馮俊銘

(中國新興建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司，北京 100039)

0 引言

在深基坑工程中，支護(hù)形式的選擇極為重要，不僅關(guān)系到工程邊坡的穩(wěn)定性，周圍建筑物、地下管線、周邊道路的安全性，還影響在建項目的正常施工及基坑變形控制。因此，在深基坑支護(hù)施工中，要根據(jù)現(xiàn)場情況選擇最佳的支護(hù)形式，確保深基坑支護(hù)工程的牢固可靠及持久耐用。深基坑支護(hù)工程的可靠性與建筑自身的質(zhì)量和耐久性有密切聯(lián)系，要根據(jù)工程的實際情況選擇合理的支護(hù)方案。應(yīng)用BIM技術(shù)指導(dǎo)深基坑工程施工，有助于合理規(guī)劃施工工序、降低施工成本及安全風(fēng)險，達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。

本文以中國農(nóng)業(yè)科技國際交流中心項目基坑工程為例，探索如何應(yīng)用BIM技術(shù)整合項目各階段的管理及信息，提供工程項目增值服務(wù)，并研究BIM 4D施工管理的有效性和實用性。

1 工程簡介

中國農(nóng)業(yè)科技國際交流中心項目土護(hù)降工程位于北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街與學(xué)院南路兩條交通干線的東北角，地鐵東南出入口與項目地下2層銜接。該工程為中國農(nóng)業(yè)科技國際交流中心項目土護(hù)降工程，基坑側(cè)壁安全等級一級，其設(shè)計使用年限不超過2年。結(jié)構(gòu)類型為鋼框架+支撐，地下5層，1#樓地上16層，2#樓地上17層。建成后將成為該區(qū)域標(biāo)志性建筑。

該結(jié)構(gòu)地下室為5層，基坑面積約10 187m2，槽深25.5m。施工采用明挖順作法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)為單排樁+內(nèi)支撐+錨索支護(hù)，護(hù)坡樁規(guī)格為常規(guī)區(qū)域1000@1400與西側(cè)地鐵區(qū)域1200@1600兩種灌注樁，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)采用混凝土桁架撐，錨索為一樁一錨，豎向方向設(shè)置3道內(nèi)支撐和1道錨索。

本基坑工程主要分為兩大施工項目：基坑土方，支護(hù)。支護(hù)包括護(hù)坡樁、內(nèi)支撐、預(yù)應(yīng)力錨桿、土釘墻、擋土墻、樁間土護(hù)壁等分項工程。

2 工程重難點

2.1 西側(cè)臨近地鐵的保護(hù)

該工程西側(cè)緊鄰地鐵4號線魏公村站，擬建基坑距離地鐵車站主體水平距離約12.3m(地鐵底板埋深17m)，地鐵東南口出入口距基坑僅約3.7m，因地鐵結(jié)構(gòu)對邊坡變形十分敏感，稍有變形可能會影響地鐵運營，所以施工時要針對地鐵部位采取專項防塌孔措施，如采用優(yōu)質(zhì)膨潤土護(hù)壁、護(hù)筒跟進(jìn)、遠(yuǎn)側(cè)注漿等措施，盡量縮小每根護(hù)坡樁施工各工序間隔，成孔一根后立即完成灌注混凝土，吊裝鋼筋籠、格構(gòu)柱時安排專人指揮，合理安排作業(yè)時間，盡量避開早晚高峰人流擁擠時段，確保地鐵側(cè)在護(hù)坡樁施工中不出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

2.2 土方開挖難度大

該工程基坑上部支護(hù)采用三道混凝土支撐，支撐下部土方須采取掏挖，施工降效嚴(yán)重，且支撐梁對變形十分敏感，開挖時需采用科學(xué)合理的土方開挖方法，嚴(yán)格遵循“縱向分區(qū)、豎向分層、橫向分段、限時開挖、隨挖隨撐、嚴(yán)禁超挖”的施工原則。在保障挖土效率的同時確保支撐梁的整體變形受控，另外開挖時要采取專項措施保護(hù)格構(gòu)柱，避免開挖碰撞格構(gòu)柱，以最大限度保障邊坡安全。

2.3 嚴(yán)格控制支撐體系施工質(zhì)量

該工程支撐體系工程量較大，施工時要合理布置流水段和施工縫，施工縫位置要做好模板處理，防止走模和跑漿。每段混凝土支撐應(yīng)連續(xù)澆筑，下段混凝土澆筑前要先做好接茬清理，然后才能澆筑砼，以保證施工質(zhì)量。

2.4 嚴(yán)格控制護(hù)坡樁、立柱樁的施工質(zhì)量

施工時需準(zhǔn)確做好定位，確保樁位偏差滿足要求。施工時應(yīng)采用合適的膨潤土制作泥漿，加大對泥漿重度的控制力度，避免塌孔。施工中要對機(jī)械鉆桿垂直度進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證護(hù)坡樁垂直度偏差滿足規(guī)范要求。

2.5 嚴(yán)格控制錨桿施工質(zhì)量

錨桿施工前要采取試鉆，確保錨桿順利穿過基坑與地鐵區(qū)間部位，防止對地鐵結(jié)構(gòu)造成損壞。為盡量減少錨桿對地鐵的擾動，錨桿施工時采取跳鉆間隔、適當(dāng)壓漿、加速凝固等措施，將錨桿施工對地鐵的影響降至最低。

2.6 格構(gòu)柱與支撐梁節(jié)點部位鋼筋安裝

本工程支撐梁節(jié)點型式較多，各段支撐通過節(jié)點進(jìn)行連接，鋼筋縱橫交錯、密密麻麻，且受格構(gòu)柱影響，部分鋼筋穿越受阻，需采取加固、打洞等合理有效措施，并及時與設(shè)計單位溝通確定鋼筋穿越方案，確保支撐梁主筋順利穿越格構(gòu)柱。

2.7 提前制訂各項預(yù)案

深基坑施工中不可預(yù)見因素較多，常常遇到邊坡局部坍塌、護(hù)坡樁及錨桿成孔異常、局部管線滲漏水、流砂及地面沉降等問題，需要制訂各種預(yù)案，一旦發(fā)生問題立即進(jìn)行處理。

2.8 提前規(guī)劃施工流程

本工程施工工藝復(fù)雜，為保證工程順利進(jìn)行，需在項目開工前規(guī)劃好施工流程：施工準(zhǔn)備→場地平整→測量放線定位→土方開挖→土釘墻施工→護(hù)坡樁、立柱樁施工(先進(jìn)行遠(yuǎn)離地鐵側(cè)的施工，以便在后續(xù)施工中采用合適的膨潤土制作泥漿，且加強(qiáng)對泥漿重度的控制，確保地鐵側(cè)施工無塌孔現(xiàn)象)→冠梁及上部擋土墻施工→樁間護(hù)壁→腰梁及三道內(nèi)支撐施工→預(yù)應(yīng)力錨桿施工→土方開挖→清槽→基坑馬道土方收尾→工程竣工驗收及移交。

3 BIM技術(shù)研究與應(yīng)用情況

結(jié)合項目實際及各項目標(biāo)，在中國農(nóng)業(yè)科技國際交流中心項目基坑工程應(yīng)用BIM技術(shù)。

3.1 建立三維模型

在建立BIM模型初期，組織專業(yè)人員對項目應(yīng)用BIM技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、所要達(dá)到的效果進(jìn)行了深入研討，最終確定了項目應(yīng)用BIM技術(shù)的實施方法和步驟，并組織專門的BIM團(tuán)隊負(fù)責(zé)模型的建立，并在后續(xù)工作中持續(xù)進(jìn)行模型更新、高精度建模、設(shè)計深化、圖樣審核、施工策劃、平面布置、模擬施工、復(fù)雜節(jié)點分析、結(jié)構(gòu)碰撞檢測、進(jìn)度管理、動態(tài)展示等。應(yīng)用BIM技術(shù)建立中國農(nóng)業(yè)科技國際交流中心項目基坑工程基本模型，支護(hù)前模型如圖1所示，支護(hù)后整體模型如圖2所示。

圖1 支護(hù)前模型

圖2 支護(hù)后整體模型

3.2 設(shè)計深化及圖樣審核

在模型建立過程中，BIM團(tuán)隊深刻了解細(xì)部構(gòu)造及設(shè)計意圖，并對施工圖樣進(jìn)行校核及必要深化，以在施工前預(yù)見和在施工中解決各種問題。

3.3 碰撞測試

以往施工過程中的內(nèi)支撐梁柱與土建結(jié)構(gòu)碰撞問題只能通過各專業(yè)之間協(xié)調(diào)解決，對技術(shù)人員的專業(yè)技能要求較高，容易引發(fā)空間不足等一系列問題。施工中使用BIM模型事先進(jìn)行碰撞檢查，然后生成碰撞沖突檢測報告，能夠精準(zhǔn)定位碰撞點數(shù)量及位置，提前發(fā)現(xiàn)問題。中國農(nóng)業(yè)科技國際交流中心項目基坑工程充分利用BIM碰撞檢測的優(yōu)勢，生成相應(yīng)碰撞報告，與設(shè)計單位進(jìn)行溝通。設(shè)計單位根據(jù)碰撞報告對設(shè)計做出相應(yīng)調(diào)整，以滿足施工要求，大大提高了工作效率。中國農(nóng)業(yè)科技國際交流中心項目基坑工程運用碰撞測試，妥善解決了節(jié)點碰撞問題，達(dá)到了碰撞為零的目標(biāo)，節(jié)約了工期。

3.4 輸出已建模型的材料清單

通過BIM模型信息庫，能夠在施工中根據(jù)需求導(dǎo)出各類工程量，減少因人為失誤造成的數(shù)據(jù)偏差，提高工程量的準(zhǔn)確性。另外，通過BIM模型數(shù)據(jù)庫能夠及時導(dǎo)出施工過程計量的材料清單，快速有效地提出材料采購計劃，加強(qiáng)對各種材料的管理，增加項目盈利。

3.5 施工進(jìn)度模擬

該項目交叉作業(yè)較多，施工過程復(fù)雜，需通過施工進(jìn)度模擬使項目整體施工工序之間的銜接情況更加直觀、立體，施工人員從模擬中找出進(jìn)度關(guān)鍵節(jié)點，解決傳統(tǒng)施工過程中編制施工進(jìn)度計劃理想化的問題。通過進(jìn)度模擬成果，可直觀感受施工進(jìn)度并持續(xù)進(jìn)行進(jìn)度比對，如發(fā)現(xiàn)進(jìn)度滯后可及時糾偏，以保證施工進(jìn)度滿足工期要求。第三層土方施工進(jìn)度模擬如圖3所示。

圖3 第三層土方施工進(jìn)度模擬

3.6 合理進(jìn)行空間布局

該工程建成后是一座數(shù)字化的寫字樓，樓內(nèi)采用了很多先進(jìn)的設(shè)備和復(fù)雜的管線設(shè)計，因此合理優(yōu)化設(shè)備和管線空間布局不僅是出于施工便利的考慮，更是為日后的運行維護(hù)打下良好基礎(chǔ)。BIM團(tuán)隊結(jié)合該項目結(jié)構(gòu)特點，全面復(fù)核了結(jié)構(gòu)的布置情況，運用BIM軟件的實體功能，綜合考慮房間整體布局以及操作、維修人員的工作空間，進(jìn)行深化設(shè)計，通過模擬對每一處復(fù)雜節(jié)點制訂了多個布置方案，最終從美觀、施工便利的角度確定最佳的布置方案。

3.7 模型漫游

傳統(tǒng)施工中無法展示建筑物的整體效果，也不能直觀評估和感受基坑布置等多方面的問題。而通過模型三維漫游能夠直觀全面地展示任意位置支護(hù)結(jié)構(gòu)，帶給用戶很強(qiáng)的親身體驗，為項目的整體評估提供全面、科學(xué)的依據(jù)。

3.8 可視化虛擬交底

傳統(tǒng)的施工交底是基于圖樣及規(guī)范要求，對于復(fù)雜節(jié)點的交底多采用平面圖形式，并配合施工人員的空間想象能力進(jìn)行，但因每個人的空間想象能力差別較大，交底效果一直不理想。借助BIM可視化模型，模擬展示施工效果，并對復(fù)雜節(jié)點進(jìn)行三維技術(shù)交底，方便施工人員了解復(fù)雜節(jié)點及關(guān)鍵工序的成型效果。輔助漫游動畫，可以有效提升施工工藝及效率。同時，三維可視化模型實現(xiàn)了支護(hù)、結(jié)構(gòu)信息的無損傳遞，有效控制了傳遞過程中的信息衰減。在該工程中，內(nèi)部土方及錨桿施工中復(fù)雜的節(jié)點和虛擬三維交底得到應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過在中國農(nóng)業(yè)科技國際交流中心項目基坑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，得出以下結(jié)論：①BIM技術(shù)具有強(qiáng)大的建模功能，可更加直觀、深刻地展示圖樣，有利于對異形結(jié)構(gòu)的把握；②通過三維渲染效果可以形象生動地向招標(biāo)單位展示施工重點和難點，提高項目中標(biāo)率；③經(jīng)過分段建?？梢灶A(yù)見并解決圖樣中存在的問題，大幅減少施工過程中的技術(shù)問題、安全問題，避免因圖樣問題造成返工整改，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)效；④通過三維模型能夠更加直觀地對現(xiàn)場勞務(wù)人員進(jìn)行交底，提高交底質(zhì)量，提高現(xiàn)場施工管理效率；⑤通過應(yīng)用BIM技術(shù)使護(hù)坡樁、內(nèi)支撐、格構(gòu)柱等的施工精準(zhǔn)、合理，有效避免返工費料，優(yōu)化資源配置；⑥通過對關(guān)鍵、復(fù)雜節(jié)點的模擬，可以不斷改進(jìn)施工工藝，提高施工水平；⑦在模型中實時跟進(jìn)施工動態(tài)，直觀反饋，一目了然；⑧BIM技術(shù)強(qiáng)大的信息資源整合能力，便于建筑全生命周期內(nèi)的管理和維護(hù)。