基于BIM技术的基坑施工安全管理

许国超

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，江苏 南京 210000)

0 引 言

新形势下我国正处于建设发展的繁荣期，各类工程承包商多达十万余家。每年存在数百万在建工程项目，工程技术人员不下百万余人。工程建设中的深基坑施工项目数量可观，基坑变形监测及施工安全管理成为项目管理的重难点。然而，施工过程中基坑监测数据庞大，不能直观表达基坑变形情况。[1]因此，基于BIM的深基坑施工现场安全管理系统需求使迫切的。BIM技术将基坑变形情况以三维可视化呈现，较传统图表分析方式更直观、高效，能更好的指导施工，方便采取措施控制基坑变形[2、3]。

随着近年来建筑业信息化革命进程，工程建设行业通过第一次信息化革命摆脱了手绘工程制图的枷锁。走向了基于CAD技术电子绘图，并利用二维线型和文字信息呈现三维设计的平面表达时代。然而，随着高层和大型建筑物大规模建设步伐迈进，图纸信息判读专业度高、各专业图纸信息关联度差等弊端逐渐显露，引发了建筑业信息化发展的第二次技术变革。依托建筑信息模型(Building Information model，简称BIM)技术，使工程全寿命周期内各环节的信息收集、管理、交互处于可视化集成环境。BIM技术正在改变各项目参与方的协作方式，将成为下一代主流技术。

1 工程概况

宁波市轨道交通3#线一期工程TJ3108标位于宁波市鄞州区，包括2个车站，分别为锦寓路站和钱湖北路站。锦寓路站是宁波市轨道交通3#线一期工程的第7站，车站长度173.2 m，标准段主体结构宽度19.7 m，端头井处主体结构宽度23.8 m，有效站台中心里程处底板埋深约17.61 m，端头井处底板埋深19.30 m。本站采用下双层单柱双跨钢筋混凝土框架结构。车站为地下两层11 m岛式车站，设2个出入口2组风亭。钱湖北路站是宁波市轨道交通3#线一期工程的第8个车站为地下二层岛式车站，车站长度153 m，标准段主体结构宽度19.7(20.65)m，端头井处主体结构宽度23.38 m，有效站台中心里程处底板埋深约为19.73 m，端头井处底板埋深20.42 m，计划总工期41个月，拟于2019年10月30日竣工完成。

图1 基坑施工安全管理进程

2 安全管理需求分析

2.1 静态危险源

在基坑工程结构施工过程中，暗梁、暗柱、盾构圈梁、附属与主体相接等复杂节点的施工难度比较大，且施工问题也比较多。另外，基坑边缘、集水井口、塔吊、脚手架等存在相应危险区域需格外关注[4，5，6]。

2.2 地下管线迁改

锦寓路站处于嵩江中路与锦寓路十字路口及交通主干道上，地下管线复杂，主要是污水、供水、燃气、供电、通信等管线。尤其锦寓路站北侧DN1000污水管埋深6 m，管道为顶管法施工，钢筋混凝土管，壁厚10 cm；污水井最大深度约7 m，呈南北走向，大部分与地墙重合，严重影响地下连续墙施工。

3 基于BIM技术安全管理实现

3.1 平面建模

为加强基坑工程在施工组织设计和方案编制阶段安全管理，利用BIM技术对现场施工临时便道、塔吊等大型机械位置、堆料区以及其他静态危险源区域进行建模。对于施工平面布置的三维模型进行统筹规划，动态调配能够优化平面空间协调性，有效降低安全事故触发几率。

3.2 综合管线

本项目车站范围内存在10 kV架空电力、38 kV供电管、雨水管、污水管、给水管、燃气管、电信管、军用光纤、路灯线、化粪池、雕塑等管线错综复杂。通过BIM技术建立管线三维模型进行碰撞检查，对现场复杂管线分析核查规范强条的符合性，降低安全管理成本，提高安全管理可靠性。

图2 土方分块及施工信息录入

3.3 土方关联

BIM施工信息管理软件提供土方分块功能，将基坑土方按照已评审的土方开挖专项方案进行三维分块。分块采用revit2016内置常规模型进行绘制[7]。

用户除可以设置土方关联外，还可以进行该土方与该位置对应的钢支撑(混凝土支撑)进行关联，方法与土方关联一致。软件通过实际施工节点信息输入，比如土方开挖，支撑架设的实际施工时间。将已完工和未完工的颜色进行区分，到达施工进度信息可视化的目的。在这里把已完成设置成白色，未完工设置灰色。

3.4 监测预警和数据录入

通过BIM施工信息管理软件对施工图设计文件中平面图形进行翻模后，可同步讲模型包括主体基坑及支撑情况、周围建筑物和检测点位的检测数据录入模型。建立符合工程项目现有条件和使用用途的BIM模型[8]。

测点关联完成后进行预警值配置，点击预警值配置按钮，弹出“预警值配置”的界面。可在此处统一设置各类报警值。根据已配置的预警值，在监测系统界面可以自动进行检测预警，并以已设置颜色/透明度显示在三维图形中，到达检测预警目的。

4 基于BIM技术基坑5D监测

4.1 传统基坑监测数据管理方式

传统基坑工程安全监测数据管理通过第三方监测单位每日监测数据采取、汇总、形成庞大的数据报告，采用人为对数据表格、二维变形曲线、文字描述等多种信息进行分析筛选，在进行现场基坑施工管理。传统方法人为工作量大，且数据不能直观反映基坑变形情况[5]。

4.2 基坑5D监测技术优势

为解决以往基坑监测工作中结果呈现方式不直观快捷的弊端，引入5D技术(三维模型，简称3D+时间轴+变形量色谱云图)基于BIM理念的Revit软件进行建模及监测数据录入，可将工程现场信息反映在三维模型上，并实现以下功能[5-7]：

(1)模拟开挖过程，合理配置开挖场地及机械配置。

(2)开挖阶段实时反映现场进度信息

(3)检测数据实时查看，智能进行数据筛选，最大值查看。

(4)检测预警显示，对于检测值到达预警标准时，智能识别，及时反映。

图3 BIM模型建立

5 结 语

BIM技术将土方按照实际施工情况进行分块，利用软件的图元颜色标注，将现场实施完成的工程实体变为红色，未施工的工程实体设置为半透明，明确开挖状态，提供全工程过程实时进度。能够对开挖及后续施工所需场地、设备进行优化配置。本软件提供初始检测数据录入功能，且能自动识别、自动分析和自动抽取相应的物理参数，运算后直接反应在3D模型上，形成风险预警系统。避免了人工计算，极大地改善了查找、分析的过程，减少了繁复作业和差错，贴合了实际工程状况。更适合于初级技术人员，其先进性不言而喻。

在建筑及市政行业中，传统基坑工程管理通过第三方监测单位每日监测数据采取、汇总、形成庞大的数据报告，人为对数据进行分析筛选，在进行现场基坑施工管理。传统方法人为工作量大，且数据不能直观反映基坑变形情况。本软件在研发初始，经广泛调研，听取用户的需求，在传统管理上，采用信息可视化技术，即基于BIM理念，将传统方法进行改造升级，充分适应各级用户的不同需求。本软件可以对土方进行分块并对实际施工节点进行管理，支持查看进度及无支撑暴露时间，且接受参数输入及图形导入。也可以将工程节点中的点位和Revit模型中的监测点关联，且支持多种查看方式并可生成图表。与用户的实际工程所需一致，所见即所得具有首创性。