蒋岳成
上海隧道工程有限公司 200335
摘要：超大型深基坑结构工程施工复杂、受到内外部因素的影响较大，一旦控制不力，就会引发严重的安全事故。本文中，针对超大型深基坑结构工程施工的特点、现状，探讨了BIM技术应用于超大型深基坑结构施工安全管理问题，目的是提出降低超大型深基坑结构工程施工事故发生概率的具体措施。文中首先对BIM技术与超大型深基坑结构施工进行了概述，然后重点从建立标准化族群、准确识别危险源、可视化技术交底、信息化施工与监测以及施工过程中的BIM技术应用等方面探讨了BIM应用于超大型深基坑结构工程施工安全管理的具体策略，以期对当前的超大型深基坑结构工程施工安全管理活动的开展有所参考。
关键词：BIM技术；基坑；安全管理；建模
1 引言
城镇化建设步伐的加快，导致城市空间大幅压缩，为了满足居民生活、企业生产以及经济发展的需求，现代城市建筑逐渐由原本单一的地上建筑建设逐渐地转向地上建筑为主、地下开发利用为辅，这就涉及到了地下空间开发利用过程中的深基坑结构工程施工问题。
2 工程概况
虹桥污水处理厂工程HQ1.4标位于苏州河以南、长宁区田度废弃物综合处置中心及地铁车辆段以西，许浦港以东、规划北华路以北，占地11.5公顷。新建地下式污水处理厂1座，设计规模为20万m3/d，含一体化污水调蓄池1座，以及综合楼、排水口、进水口等附属设施。
图1：虹桥污水厂站址平面图
主基坑开挖面积约80100㎡，基坑周长约1192m，场地整平后标高约+4.00000m。基坑分深（A）、浅（B、C、D）两区。基坑围护、支撑信息见表1。基坑安全等级：主基坑A区为一级，主基坑B、C、D区为二级。基坑环境保护等级为三级。
（1）浅基坑（7.55m），采用放坡结合复合式水泥土重力式挡墙
考虑施工便道，基坑边线外17m整体卸土，卸土高度2.5m，放坡坡度1:2，一级放坡，坡面采用钢筋混凝土护坡。围护桩采用11排（厚5.7m）Φ700双轴水泥土搅拌桩，外侧设置一排钻孔灌注桩（直径Φ800mm，间距1.5m），桩顶设置钢筋混凝土压顶。坑内被动区土体加固：A区采用?800高压旋喷桩格栅式裙边加固，宽5m，加固至坑底以下4m。
（2）深基坑（13.45m），采用放坡结合钻孔灌注桩+内支撑支护体系，外设Φ850三轴搅拌桩/Φ800高压旋喷桩止水帷幕。
基坑边线外15m整体卸土，卸土高度2.5m，放坡坡度1:2，一级放坡，坡面采用钢筋混凝土护坡。围护桩采用?1000钻孔灌注桩+Φ850三轴搅拌桩/Φ800高压旋喷桩形式，坑内设两道桁架式钢筋混凝土水平支撑，支撑节点处设立柱桩。结构回筑阶段底板位置设置一道斜抛撑换撑。坑内被动区土体加固：B、C、D区采用?700双轴水泥土搅拌桩格栅式裙边加固，宽4.7m，加固深度为坑底以下3m。
表1 各基坑信息表
深、浅基坑根据变形缝划分为A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2八大区。根据每个大区内的后浇带再细分为若干块小区，每块小区的边界为变形缝或后浇带。其中A区4块、B区4块、C区10块、D区10块，共计28块。
3 BIM技术及工程应用
3.1 BIM技术概述
BIM技术全称是基于模型的信息化管理，是一种应用于建筑工程设计建造管理的现代化的、数据化的、先进的技术工具。BIM技术以建筑工程各类信息数据为基础，运用三维管理模型，采取数字化模拟、仿真建筑物“真实信息”的方式来实现对建筑工程项目信息化管理。BIM技术具有信息关联性强、信息更为完备、模拟性、协调性、可视化、优化性等特点，通过搭建信息化系统管理平台，将设计、建设、监理以及施工等参与项目建设的各方“连接”在一起，达到共享建筑信息模型的目的。与传统的应用技术相比，BIM技术实现了三维设计，而且从原本的静态管理转化为动态管理，有助于解决超大型深基坑工程施工过程中遇到的各种“突发问题”。BIM技术在超大型深基坑结构施工管理领域中的应用，对增强企业及其员工的安全防护意识、降低工程施工事故发生的概率以及保护企业财产安全具有重要的意义。
3.2 超大型深基坑结构施工特点介绍
与普通的基坑工程施工相比，超大型深基坑结构工程施工难度更大、受到各种因素的影响更为明显，比如，工程施工地区的地质条件、所选择的施工工艺、施工时的外部环境（自然环境、天气状况）等等这些因素都会给超大型深基坑工程施工造成直接的影响。仅仅依靠传统的二维设计技术为主的设计方式，由于表述不够准确、无法实现协同设计、数据实时传输效果差以及设计效率不高等，很难满足超大型深基坑工程施工的需求，这就需要我们充分利用现代信息技术、计算机技术以及网络技术的发展成果，将新技术应用到超大型深基坑工程设计、施工过程中去，以为超大型深基坑工程安全施工奠定坚实的基础。
图1：BIM技术在超大型深基坑结构施工应用示意图
2 BIM技术在超大型深基坑结构施工安全管理中的应用策略
安全施工是超大型深基坑结构工程施工的重中之重，一旦安全方面出现问题，就会对人身、财产安全造成巨大的威胁，工程施工也就失去了价值。将BIM技术应用于超大型深基坑结构施工安全管理，关键需要做好以下几点：
2.1 模拟建立超大型深基坑结构施工BIM标准化“族库”
BIM具有可视化、可控性以及模拟性强等优势，这就为超大型深基坑结构工程安全施工管理提供了技术支撑[1]。BIM应用于超大型深基坑结构安全施工，必须要以充足的数据信息作为基础，如果数据信息采集不能满足仿真、模拟需求，BIM技术的优势就很难发挥出来。因此，实践中，一是必须要做好BIM技术参数的选择，根据超大型深基坑结构的施工特点，综合考虑BIM技术对基坑支护结构、建筑活动模拟所需要的参数，将可能影响超大型深基坑结构的各种要素都考虑进来，发现设计、施工阶段可能出现的问题，在此基础上调整支护结构、优化支护结构尺寸，最大限度地降低由于支护结构不合理而引发安全事故发生的概率；二是建立标准化的BIM“族群”，单纯的选择好BIM技术参数，如果不能对这些参数实时信息化管理，就很难确保所有的环节不会出现问题，而基于BIM技术应用需求的基础上构建超大型深基坑结构安全标准化“族群”，能够显著降低安全事故发生的概率，“族群”中必须要包括超大型深基坑结构的各个图元的尺寸、所需要选用的材质、相关设备及元器件的具体安装位置等等，并这些参数录入控制管理系统，明确每个参数的取值范围，然而再由施工单位根据安全防护标准化数据库来科学、合理地选择材质、支护结构，达到降低超大型深基坑结构工程施工安全事故发生几率的目的，从而为整个工程的安全、高效施工奠定坚实的基础[2]。
图2：超大型深基坑结构施工BIM标准化族库
2.2 运用BIM技术准确识别“危险源”
能否准确、识别各种潜在的“危险源”，能否根据超大型深基坑结构施工特点准确划分危险区域，这将会对整个超大型深基坑结构安全施工造成决定性的影响。将BIM技术应用于超大型深基坑结构施工安全管理过程中，首要的就是必须要根据超大型深基坑结构工程施工图纸、设计要求分专业建立主体模型，以实现对各个单元的单独审查以及整个结构的关联审查，避免在某个环节出现问题或者整合优化方面出现问题，降低安全事故发生的概率[3]。运用BIM技术建模的过程中，必须要明确地划分各类危险源以及危险级别，并用不同的颜色进行标注，便于制定相应的改进方案以及应对策略。比如，将超大型深基坑结构施工危险源（支护、操作、通道等等）的危险级别由重到轻划分为不同的颜色，根据颜色来识别各类危险源的级别（即危险程度），提醒施工方在相应的位置必须要加设安全防护设施，减少安全施工发生。
2.3 运用BIM技术实现安全技术可视化交底
超大型深基坑结构施工传统较低多采取的是口述交底与书面交底相结合的方式，不仅交底工作十分繁琐，而且交底内容也很难落实，效果并不理想。BIM技术模式下，超大型深基坑结构技术较低能够实现3D模型的模拟交底，通过采取3D漫游动态管理技术，技术交底更为直观、形象，而且还能够以虚拟施工的方式将整个施工过程进行交底，从而有助于交底双方及时发现施工过程中可能存在的安全隐患，并将整个施工、操作过程的各项安全管理要求、措施明确地展示出来，施工管理人员、施工人员的安全管理意识大幅增强，交底效果更为理想[4]。另外，运用BIM技术，不仅能够对超大型深基坑结构工程本身进行较为准确地“计量”，而且还能够根据设计、系统中的安全防护要求你确定各个单元、族群的安全防护所需要的设备，从而大大降低了安全管理部门的工作量、安全管理更加具有针对性。
图3：BIM技术在安全技术交底应示意图
2.4 运用BIM技术实现信息化监测与施工
超大型深基坑结构安全施工的目标能否实现，这与整个施工阶段的控制、施工监测有着直接的关系，一般而言，如果监测、管控到位，那么安全施工发生的几率就会大大降低，反之亦然。与传统施工控制技术相比，BIM突出的优势就是实现了各类信息资源的共享，使得参与超大型深基坑结构设计、施工、监理的相关单位能够通过技术管理平台来进行互动、沟通，比如，各方可以进行深基坑支护结构设计的讨论、施工过程的安全管理讨论等等，然后，将讨论的结果反馈给管理部门，再由技术、设计以及管理部门对超大型深基坑支护结构的安全性、质量进行评估，达到提升工程施工安全效率的目的。另外，BIM技术模拟性强的优势，使得其能够根据输入的相关参数信息“监测”到施工过程，当系统中储存了一定数量的监测数据以后，就能够通过信息化管理平台来对超大型深基坑结构变形进行比较准确地预测，一旦预测基坑结构会出现倾斜、坍塌等变形的情况，就可以根据模拟预测结果事先采取防护措施，避免模拟出的安全事故变为现实，这对于降低超大型深基坑结构工程施工事故发生的几率具有重要的意义。
图4：BIM技术在4D施工模拟中的应用示意图(1)
图5：BIM技术在4D施工模拟中的应用示意图(2)
如果仍然采取传统的二维模拟以及控制方式，很难讲超大型深基坑结构工程施工的所有复杂的节点纳入到施工过程安全管理体系中来，施工安全管理的目标也就无从实现。另外，由于绝大多数的超大型深基坑结构工程施工场地、空间相对狭小（与地面空间相比），施工效率并不太高，而且现场施工及其管理的难度较大，即使只有某个节点出现问题，就可能会对整个工程的施工进度产生显著的影响，后期，施工方为了赶进度按时完工，可能就会违背应遵守的施工原则，从而给超大型深基坑结构安全管理造成了不利的影响，针对这一问题，将BIM技术应用于超大型深基坑结构工程施工管理，能够有效地解决现场施工空间狭小与施工作业空间需求较大之间的矛盾冲突，比如，利用BIM技术来实现对空间尺寸的准确策略、构建布置的合理放置、线路的科学分布以及原辅材料的合理堆放等等，拓宽施工空间，从而为安全施工目标的实现提供“空间”保障。
3 结束语
超大型深基坑结构工程施工复杂、受到内外部因素的影响较大，一旦控制不力，就会引发严重的安全事故。超大型深基坑结构安全施工的目标能否实现，这与所选择的控制技术有着直接的关系。BIM技术作为一种模拟性、可视性、交互性的数字化、信息化施工管理的技术工具，能够从设计、施工、管理等各个方面实现对超大型深基坑结构工程的全方位管理，并根据系统、平台上储存的数据来预测深基坑结构工程发生变形的倾向，便于施工、设计方指定相应的安全防护应对措施，最大限度地降低安全事故发生的概率。当然，将BIM技术应用于超大型深基坑结构工程管理，并不意味着一劳永逸，而是还需要设计方、管理方以及施工方及时地进行沟通、交流，然后从事前预防、事中的控制以及事后的处理等各个环节对超大型深基坑结构安全施工实施全方位的控制，促进工程施工安全管理目标的顺利实现。
参考图片：
图1：BIM技术在超大型深基坑结构施工应用示意图
图2：超大型深基坑结构施工BIM标准化族
图3：BIM技术在安全技术交底应示意图
图4：BIM技术在4D施工模拟中的应用示意图(1)
图5：BIM技术在4D施工模拟中的应用示意图(2)
参考文献：
[1]李博，马云东，王林峰.基于BIM技术的隧道基坑施工安全信息化管理及应用[J].大连交通大学学报，2017，38(03):84-87+91.
[2]翟越，李楠，艾晓芹，何薇.BIM技术在建筑施工安全管理中的应用研究[J].施工技术，2015，44(12):81-83.
[3]潘剑峰，杜丹，单红波，赵昂，唐俊.BIM技术应用于超高层钢结构施工安全管理研究[J].施工技术，2016，45(18):18-20.
论文作者:蒋岳成
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/27
标签：结构论文; 深基坑论文; 技术论文; 基坑论文; 工程施工论文; 安全管理论文; 应用于论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;