基于BIM技术的隧道基坑施工安全信息化管理及应用

牛宜惠

摘要：随着我国交通事业的进步，对各项交通组成部分提出了更高要求，其中隧道工程作为铁路工程施工的重要组成部分，而其施工质量受到了各界关注。由于隧道工程涉及内容广泛、环节众多，而隧道基坑施工作为整个工程中的重要一环易受到诸多因素影响而引发安全事故。为此，本文将探讨如何运用BIM技术实现隧道基坑施工的安全信息化管理，以不断优化施工安全专项方案。

关键词：BIM技术;隧道基坑;基坑施工;施工安全;信息化管理

一、BIM技术相关概论

BIM技术是在计算机技术基础上，促进安全信息化水平不断提高，并提高其自身与各行业的适用性，BIM技术与建筑业的结合，极大促进了我国建筑业信息化、智能化水平的提高。BIM技术已经实现从建筑工程领域拓展到桥梁、道路等市政工程领域，并被成功应用到许多大型建筑工程中，受到了业界广泛认可。BIM在隧道基坑施工应用正在逐步发展，并具有较大的发展空间。隧道基坑施工易受到地质等方面因素的影响，而BIM的智能化、可视化、动态化等应用到隧道基坑施工中，有利于提高安全信息化管理水平及施工效率。

现阶段，部分项目仍采用CAD软件设计图纸（二维图纸），而这类图纸在传递信息上存在不直观及信息传递效率低等问题。采用Autodesk Revit软件进行项目施工图翻模，再配合运用Autodesk Navisworks软件模拟深基坑工程，优化深基坑施工安全信息化方案。

二、隧道基坑施工特点分析

隧道大断面基坑施工多具有施工环境复杂、地质因素不确定性多、危险系数大等特点，这些给安全施工、高质量施工及施工进度保证带来了一定难度。安全信息化管理能有效降低信息分析难度，为各影响要素提供最佳的施工方案参考数据。本文以京雄城际铁路机场2号线工程为例，该工程北起北京大兴机场地下站，南穿永定河南大堤后露出地面，全长8.338km。隧道采取单洞双线隧道施工设计，对于洞门的设计是采用柱式洞门，隧道额顶板、仰拱厚度及外侧撑角分别为0.8m、0.85m、1.2m。基坑开挖与防护等施工环境复杂、管控难度较大，深度挖掘BIM技术，大力开发有关信息化技术，以解决技术难题。BIM基数是隧道工程实现安全信息化的最主要力量。

三、基于BIM技术的隧道基坑施工安全信息化管理和应用

（一）需求下的安全信息规划和开发

在充分考虑隧道基坑施工信息管控的要求基础上，结合技术工艺、施工安全、施工质量及施工进度等方面的安全信息规划和开发。以技术为基础，提出合理的施工方案，并使之便于操作实施。隧道基坑施工---京雄城际铁路机场2号线工程多规模大、施工工期紧张、地质环境复杂等因素，而BIM技术的应用可以实现模拟施工，提高施工前的风险管控水平。此外，BIM技术优势---可视化，通过该技术优势实现将各施工细节记录在电脑中，也可以实现随时随地对信息的调取。结合机场2号隧道施工方法及施工要求，将文字要求通过三维软件建模，实现还原作业现场，便于施工人员整体掌控工程情况。

（二）监测与控制

利用BIM技术三维分析功能虚拟施工现场，并论证技术工艺等可行性，如基坑稳定性、台车施工便捷性、支护碰撞检查等。此外，BIM技术的应用可以实现量化统计材料、设备用量，进而实现精简施工成本，把控整体施工造价。以基坑稳定性为例，使用BIM技术的分析功能进行即时监测与控制等工作。通过收集、分析理论数据及监测应变数据，采用内置算法进行施工风险预警。结合前期理论和土质等级，划分风险等级（极高、高、中和低），并以不同颜色区别风险登记，这将成为工作人员金风险管控的重要参考依据。

（三）对危险源进行提前标记，加强动态监管

在施工前，通过BIM模型查看可能存在的危险源，并直接标记在模型具体位置上，以便施工过程中给予重点关注，开会讨论应对方案，当解决危险源后，再标记已解决，便于事中管理。在开挖基坑后，主要的监测内容包括：地面沉降、水平位移、支护结构的水平位移及沉降等方面，在对这些数据进行测量时，可以使用到水准仪、水位计、钢筋应变计等设备。并定期将量测数据上传到系统，便于监测数据、判断动态发展趋势，可控，形成中间报告，不可控，发布预警单，由专家进行风险评估，并提出后续处理对策。

（四）施工质量及进度信息管理

为保证工程施工质量，以及在工期内完成施工任务，施工单位可以具有结合工程施工情况，建立以隧道基坑施工为主体的数据库，在该数据库里将实现关联施工质量、进度信息及三维模型构件等数据。这样便于查询有关数据，实现提高了对信息的高效处理能力，如可以实现点击任意结构组件查询产品的合格证、检测资料及质量文件等，这样施工人员在施工过程中可以依据此进行管理和利用，保证各环节质量的可查、可控。以隧道基坑施工主体结构为例，通过扫描对组件的二维码，查询获得各组件的各类信息。而关于质量管理则可以尝试通过办法进行，对现场质量指标信息进行定期的归档、整理，这些数据信息将是后期开展评估工作的数据支持，管理人员则可以利用这些数据，开展更具针对性的质量控制工作。

鉴于进度管理是工程建设过程中不容忽视的重要环节，在开展该工作过程中，可以借助BIM模型进行，实现实施时间、完成情况等方面信息的关联。一旦发生，问题，警示模块将发出警报，此时工作人员应及时采取应对措施加以应对。应用BIM基数进行进度管理，可以辅助定位，防止工期延误，并用不同颜色对各月份进行施工进度标识，便于发现施工迟缓时段和查找工作现存问题。

四、施工人员及环境的安全信息管理

（一）施工人员及环境的安全信息管理

施工人员、技术人员以及监理人员等是系统主要监控对象，由于各岗位人员的工作内容不尽相同。在隧道施工过程中，现场停留的时间也有所不同。对此，系统针对此情况，对上述人员采取不同控制方式，主要包含三个方面功能需求：一是，記录和展示所有参与施工人员自身实际情况，了解当前工作状况;二是，记录和展示各级工作人员进出隧道信息，明确隧道当前人数;三是，记录和展示管理、监理人员到岗情况，展示相关人员在当前线路平面图的具体位置，考核工作人员内容。

为实现定位各级工作人员位置，通过基站定位等技术完成定位工作。系统依靠GPS模块收集信息，并以第一次l到2分钟作用，之后低于40秒作用，误差不超过10米。但是，受到隧道等结构影响，可选择GSM网络基站计算当前终端位置，定位获取信息，展示大地图中工作人员所在位置信息。此外，系统报警功能，工作人员人只要离开指定区域，系统会自动发出报警。

（二）环境信息的监测

施工环境是施工安全的重要影响因素。工程施工会对周边围岩造成严重干扰，如果强度较低，则不易发生变形，否则将严重威胁施工安全。鉴于此，工作人员当利用信息技术，创建监测系统。该系统包括传感器网络、采集箱及软件处理程序。在信息进行传递或选择过程中，其将以无线网桥形式及RS486模式进行传输。这样一来，便可以实现全部完成传感器网络构建工作，满足通信工作要求，确保信息及时传输到监控中心。

结束语：

综上所述，隧道基坑施工是一项工序、施工条件复杂，技术工艺要求高的工程项目，其安全将直接关系到人民的生命和财产安全。为了提高该项工程的安全方案实施质量和效率，本文借鉴将京雄城际铁路机场2号线工程的深基坑施工安全专项方案，探讨BIM技术在隧道基坑施工安全信息化管理及应用，以实现更高效、更便捷、更细致管控安全施工，提高施工效率。

参考文献：

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