BIM技术在深基坑盖挖逆作中的应用

1 项目概况

北京城市副中心站综合交通枢纽，位于城市副中心“一带一轴”空间结构交汇处，项目实施范围约61万，地下总建筑面积约128万平方米，地上总建筑面积约139万，基坑超大超深，底板最深处约39.192 m，且基坑超长约362 m，宽度最大处约239 m，土石方工程量巨大开挖方量约158万立方米，周边环境复杂，深基坑开挖施工难度极高。

2 深基坑逆作开挖过程中BIM管控技术应用

2.1 BIM模型创建

以设计图纸、项目BIM标准、项目BIM实施方案等文件为依据，建立初步设计BIM模型，经过“审图→建模→优化调整→审核→封模→编码”系列流程，确保模型的合理性和合规性，使模型可有限实现对设计目标的准确反馈。然后整合前期勘察、场地布置、周边环境等资料，形成基坑BIM模型，为后续施工策划、方案比选、智慧管理等提供详细且准确的工程建设依据（图1）。

图1 基坑BIM模型及参数信息（计算机截图）

2.2 前期施工策划

发挥BIM模型协同工作和场景模拟能力，组织有经验的现场技术人员、项目管理人员、技术专家、设计人员等共同参与项目策划方案研究和核查，结合基坑BIM模型对项目施工开挖区域、开挖工程量、施工作业面划分、测量方法、施工工艺工法选择、施工顺序选择、土方运输路径选择、重要参数监控方案、重难点和关键点、质量控制措施、环境保护措施、应急预案等内容进行逐一梳理，贴合工程项目工期、质量、安全、现场管理目标形成具体安排，建立多个施工策划方案的辅助模型，以便于对多个方案进行对比分析论证，辅助施工组织设计成型。

2.3 方案模拟、比选及交底

将基坑施工辅助模型按照策划要求制作方案模拟动画、WBS施工模拟等，配合深入分析方案的进度、成本、质量等完成指标，以模拟建造形式，梳理方案执行过程中的不合理、可优化问题，在不同方案间对比选择最优施工方法或问题应对措施，将多项最优措施整合形成最终方案，为项目决策提供科学依据，并配合完成专项方案编制、评审。

审核通过后，与BIM人员与施工技术人员配合，将关键工序、工法等制作成为施工方案模拟动画，并配合技术交底书和作业指导书对项目管理人员、施工人员进行可视化交底。

2.4 BIM智慧监测应用

2.4.1 布置监测点

为了保证基坑的安全性，本项目需对基坑变形进行监测，项目采用TCJ07静力水准仪对各层楼板垂直位移或沉降变形进行监测，可精确监测到0.01 mm的变化。

基坑周边项目包括坡顶竖向位移监测、坡顶水平位移监测、墙顶竖向位移监测、墙顶水平位移监测。基坑内部监测项目包括立柱沉降监测。西咽喉区基坑平面如图2所示。

图2 西咽喉区基坑平面示意

常规措施因基坑超大导致监测点位过多，人力测量工作量太大，最终采用BIM关联的自动化监控量测系统进行监测。一旦超过预警值范围，会自动报警，以此保证基坑的安全可控。

2.4.2 设置预警值

依据施工方案策划以及基坑的地理特征，在基坑北侧、西侧、南侧设置锚索力、位移、水位等传感器52个，对地表沉降、坡顶累计竖向位移、围护墙顶累计竖向和水平位移、墙体侧向变形、立柱沉降、基坑剖面累计竖向位移变形等内容进行监控，通过BIM模型关联应力监测预警系统，并将监测数据发送至自动化监测平台实时分析，当监测值超出合理范围，系统会在平台进行预警，为项目采取新的安全保护技术措施提供有力依据。

依据监测系统的北侧、南侧、西侧的地表累计沉降数据、坡顶累计竖向位移、围护墙顶累计竖向/水平位移数据显示，基坑对应形变数据处于最小控制值范围内，如图3~图5所示。

图3 地表沉降量监测统计

图4 坡顶累计竖向位移监测统计

图5 围护墙顶累计竖向位移监测统计

在墙体侧向变形、立柱沉降、基坑剖面累计竖向位移变形数据中，大部分数据在工程施工可控范围内，但有个别测点超过累计控制值，如图6~图8所示。

图6 墙体侧向变形监测统计图超值点位

图7 立柱沉降监测统计图超值点位

图8 基坑剖面累计竖向位移监测统计图超值点位

2.4.3 数值模拟分析

根据监测点的位置变化和内力变化，利用既有的BIM模型导入midas GTS NX，以建立三维模型，细分临时桩、永久桩、钢管柱、锚索、斜撑、横撑、冠梁、喷射混凝土、地下连续墙、灌注桩、止水帷幕、逆作板、底板等工程内容，约79万个单元，减少模型的二次工作量，实现模型的共通。

通过土体及桩回弹量理论计算、土体回弹影响深度计算、桩体回弹量计算，使用MIDAS数值模拟计算结果反馈，对各部位进行工况模拟，分析垂直位移、水平位移、轴力分布、降水模拟等，确定BIM模型中的最大受力及最大变形位置，合理优化开挖施工工序及现场施工场布安排，保障施工安全。

2.4.4 分析结论

监测和分析表明，立柱桩与支护墙的同时隆起，证实基坑底部有整体上升趋势，但地下连续墙整体侧向受力和水平位移变形均处于合理的变化范围内，因此基坑的整体安全可控。

通过监测数据的实时反馈，结合BIM模型点位及时调整土方开挖方案，提高结构施工控制，有效保证基坑施工质量及安全。

通过BIM将前期策划数据、过程管控数据及各类数据信息集成化应用到深基坑逆作法施工中，有效降低了施工管理成本。

3 结束语

深基坑盖挖逆作施工方式工艺复杂，对于工程质量和项目安全造成影响的重点要点较多，本研究通过在北京城市副中心综合交通枢纽工程深基坑盖挖逆作中结合BIM开展智慧应用，充分发挥BIM技术可视化、参数化、可协同的特点，与施工技术、信息采集、数值模拟、现场管理实现有效联动，从项目策划之初到施工基本完成这一系列建设阶段，做到了严谨策划、精细对比、优选方案、深入监测、准确分析、细致实施，为项目提供重要的施工质量保障与安全保障。