BIM技术在某工程基坑锚索施工中的应用

黄文平，张宏

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

基于BIM技术搭建的建筑参数模型，涵盖了项目相关的所有参数和数据，各参建方可以实现数据信息共享，在权限范围内及时更新和查阅相关数据，确保建筑信息准确无误。在建筑深基坑开挖和支护等高危工程中，基坑支护通常采用桩锚结构，支护工程的重点和难点在于在特殊地理位置和复杂地形环境下提高预应力锚索的施工质量。采用BIM 技术进行锚索施工项目管理可以为项目施工提供更加精细的设计、科学的决策、有效的措施，降低因管理不到位造成的施工返工等，同时保障了施工工期和项目成本。基于BIM技术平台可以为各参加方提供一个信息沟通和数据共享的平台，从数据源头上为工程品质提供技术支撑[1-3]。

2 工程概况

某大型建筑项目，占地面积6.7万m2，建筑面积22 万m2。项目基坑面积4.84 万m2，其中东西长度410m、南北宽度185m，周长为1110m，基坑开挖的深度为3.4m～16.4m。基坑支护工程形式为旋挖成孔灌注桩+连系梁+预应力锚索+基坑侧壁砼护面形式，采用2066 根预应力锚索，成孔直径均为150mm。按照基坑实际情况和周围环境设置锚索，除基坑东侧采用永久性锚索外，其余位置均为临时性锚索，并且锚索数量随着基坑深度会发生变化。

3 施工重难点

3.1 地理位置特殊

本工程项目地形为东高西低，东面有一高坡，场地南侧距离基坑边界0.7m～17m的外围设置有地下光缆，场地东南侧除了有地下电缆外还安装了抗滑桩，另有一建筑两层高的变电站。沿着项目红线，东西走向是一排工业园区内部用房以及公共基础设施，园区用房采用混凝土框架结构和砌体结构等，园区西侧距离工程23m 的距离为地下电缆通道。在进行基坑施工时，一定做好现场地质、地形勘测，确保周围建筑物基础免受锚索施工影响。

3.2 地质条件复杂

基坑开挖前需要做地质勘察，根据地勘数据得出，项目地质土壤内为全风化泥质粉砂岩、粉质黏土、中风化泥质粉砂岩及强风化泥质粉砂岩，土壤粉砂含量高，成分差异较大且岩土层分布不规律，并且有较大面积的软弱夹层，当水力强度大时容易产生流砂流土。项目地下水位较高、水量大，主要分为三类：第四系粘土层中和人工填土的上层滞水，卵石层中和第四系淤泥质粉质粘土的潜水，中、强风化基岩中的裂隙水。

3.3 锚索数量多

因本工程基坑开挖和支护作业复杂，采用2066 根锚索，基坑现场有20 处阴阳角。因此，本工程基坑锚索施工的重点是合理布置锚索位置，确保阴阳角处锚索不会碰撞。

3.4 施工质量要求高

建筑工程基坑支护施工中最关键的分部工程就是预应力锚索施工，该分部工程质量对整个基坑支护质量至关重要。施工作业中的锚索制作安装、成孔及泥浆配比是影响预应力锚索质量的主要因素，同时，施工作业的现场管理和施工技术也非常重要。基于BIM 技术环境下，采用Revit软件，根据基坑工程各类图纸、地质勘察报告，结合基坑实际情况，搭建桩锚模型，在该模型的辅助下可以提高预应力锚索的施工质量和效率。

4 BIM技术应用

4.1 模型建立

4.1.1 整体模型建立

搭建基坑支护结构的BIM 模型一般采用Revit 软件，基坑支护模型涵盖了预应力锚索、旋挖支护桩、腰梁和冠梁等。此外，为了确保BIM模型更好地指导基坑支护的施工作业，还应结合项目周边地下管网和建筑环境、现场地质勘察报告等具体情况，进行地质岩土和地下管网建模。

4.1.2 精细化模型建立

将二维图纸及相关数据导入Revit软件中可以生成预应力锚索的三维模型，该模型涵盖了锚索施工中的各类构件和配件，比如预应力锚索的锚具、锚垫板、导向帽、钢绞线、架线环、波纹管、紧固环及辅助材料等。

4.2 碰撞检查及设计优化

基于BIM 技术可以实现项目施工不同构件和工序的碰撞检测，将搭建完成的模型文件导入Navisworks 软件，利用ClashDetective 工具可以进行锚索施工的不同类构件（锚索、周边地下环境、旋挖支护桩）以及同类构件（不同锚索）之间的施工碰撞检测。项目管理人员根据碰撞检测报告对施工作业进行核对检查，并得到碰撞点。该项目的碰撞检测共检测到300处碰撞点，其中，同类碰撞及不同锚索施工碰撞占据91%，而旋挖支护桩与锚索的碰撞检测占比9%。本项目基坑周围环境较复杂，不规则结构和阴阳角较多，很容易产生锚索之间的碰撞，锚索锚固段与自由段是常见的碰撞位置。

项目管理人员根据BIM 模型碰撞检测对施工中的碰撞位置进行调整和优化，一般是在符合结构设计规范的条件下调整预应力锚索的钻孔角度，将调整后的模型导入Navisworks中进行模拟演示，再次进行碰撞检测。待上述步骤完成后，技术人员编制锚索施工前问题汇总，并提出碰撞问题的优化调整方案，反馈给设计单位。经过核实与确认，最终方案取消2根锚索、修改7处阴阳角，调整300根预应力锚索，其中，调整24处旋挖支护桩与锚索的碰撞，276 处锚索之间的碰撞。设计单位在满足规范要求的条件下，将施工碰撞和困难的基坑角度进行相应调整，预应力锚索调整角度在正负3°以内，调整的方位一般为放射式钻入、垂直向下和垂直向上。现场施工时技术人员和施工人员根据调整后的方案以及BIM 模型进行施工技术交底，更科学合理地指导现场施工。

4.3 锚索与原建（构）筑物碰撞调整

通过对周边环境和地下情况勘察，可以得出项目周围地下管线和建筑物较多。项目场南侧位于基坑边线0.7m～17m 处有电力设施，该设施的建筑采用钢筋混凝土结构且其基础位于基准面以下3m～20m 左右。根据基坑支护设计图纸和BIM模型可以看出锚索长度大于23m，最长处达34m，钻孔角度为20°。根据现场位置、角度测量以及基坑模型碰撞检测，可以得出锚索施工时尽管角度偏差在允许范围内，也会与电力设施的左下角发生碰撞，例如，钻孔角度在16.5°则无法躲过障碍物。经过设计人员对现场的反复调整和验证分析，确定此处锚索钻孔施工角度为25°角。

4.4 地质条件较差区域的设计优化

根据项目的地质模型可以发现基坑北侧地质情况比较复杂，但是施工设计方案并未对此处进行加固处理。为了保障施工质量，项目管理人员和技术工程师建议增加锚索，以提高基坑锚索施工质量，降低基坑结构隐患。经过设计单位测算和验证，新增一排共计17 根锚索，并对BIM模型进行修改，经过锚索施工碰撞检测后进行施工。

4.5 三维可视化交底

基于BIM技术采用Revit搭建的预应力锚索模型，将模型的FBX 文件导入3Dmax，可以根据施工方案制作动画形式的技术交底资料。该交底技术资料可以通过动画视频形式直观形象地展示锚索施工从物料准备、现场定位、成孔施工、锚索制作安装和注浆等所有施工工艺。相较于传统二维图纸技术交底的晦涩难懂、沟通理解困难等弊端，借助BIM技术进行技术交底可以向施工人员演示施工步骤，加强双方的沟通和理解，提高施工技术交底，保障了锚索施工的质量。

5 结语

综上所述，建筑项目的基坑开挖与支护工程作为一项高危工程，经常由于项目的地质条件和周围环境特殊，增加了基坑工程的施工难度。本文基于某建筑基坑项目进行工程地质和环境勘察，对于环境特别、锚索施工困难的情况，提出了BIM技术加强施工管理。基于BIM 技术的预应力锚索模型，可以实现可视化展示、模拟性演示等功能。不仅可以直接展示基坑支护各个参数和数据，还可以对基坑支护作业过程进行动态模拟，通过模拟演示进行构件的碰撞检测，施工前对同类构件和不同类构件的碰撞检测出的问题进行优化调整。通过设计单位的核实与验证，进行可锚索角度和位置的精细化调整，消除了现场施工的安全隐患，对锚索施工作业起到指导作用。BIM 技术的应用进一步提高了预应力锚索施工的质量和效率，降低了现场隐患率和返工率，以及由此带来的施工成本，进一步促进建筑行业科学化发展。