1 工程概况

　　天津平安泰达金融中心项目位于天津市河西区，总建筑面积30.6万m²，包括56层办公楼、62层公寓楼、4层商业裙房、5层地下室。

　　项目场地四周为城市主干道，且被7栋超高层建筑、老旧小区及历史保护建筑所包围，施工环境十分复杂，基坑开挖深度为24.5m，最深开挖深度31.3m，为天津市房建领域在建项目中的最深基坑。

　　2 超深基坑施工面临的风险分析

　　本项目基坑开挖面积1.45万m²，开挖深度最深31.3m，属于超深基坑，支护形式为4道钢筋混凝土支撑，须在土方开挖及支撑施工过程中监测基坑的变形情况，一旦发现异常，可及时进行分析、研究、采取措施并加以处理，以防事故发生，确保施工和建筑物安全。

　　本项目地下施工阶段的塔式起重机在基坑开挖前已施工专门的塔式起重机桩，并在塔式起重机桩上搭设格构柱钢平台作为塔式起重机基础。随着基坑的开挖，塔式起重机基础格构柱逐渐暴露;受土方开挖、塔式起重机使用所产生扭矩、弯矩的影响，高桩承台基础易产生空间扭曲变形，因此，深基坑土方开挖施工时，须及时进行塔式起重机桩格构柱的变形监测，以供决策者制订加固方案。

　　基坑南侧的老旧小区距基坑仅33m，且为20世纪80年代建成的天然地基建筑，须严密监控建筑的沉降情况，在基坑施工过程中对其进行沉降、变形监测，确保其变形在规范允许范围内，防止因变形过大而影响使用，从而影响施工进度。本项目应用三维激光扫描+BIM技术进行变形监测，监测数据可为项目管理人员决策提供参考。

　　3 超深基坑BIM+三维扫描技术应用

　　3.1 基本原理

　　利用三维激光扫描仪对现场及建(构)筑物进行定期三维扫描，将扫描的点云模型进行处理并与BIM模型进行对比拟合分析，对生成的偏差报告进行数据分析。

　　3.2 塔式起重机桩格构柱垂直度检测

　　3.2.1 点云模型处理

　　经扫描之后的点云模型首先需在Scene软件中加载数据并进行点云拼接(见图1)，在Recap软件中对点云模型进行精简(见图2)，本次主要分析塔式起重机桩格构柱基础的垂直偏差，故只保留塔式起重机桩格构柱部分，将其余位置点云全部删除。

　　图1 Scene软件点云拼接  

　　图2 Recap软件点云处理   

　　3.2.2 Autodesk Revit数据分析

　　将上一步骤中处理好的点云模型导入Revit软件，绘制剖面并在剖面上准确测量点云模型的垂直偏差，进行格构柱的垂直度分析。在Revit中可对三维模型进行平面和剖面视图的实时切换，准确定位模型和测量距离。本项目基坑施工阶段共布置1,2号2台塔式起重机，在Revit中对点云模型设置4个剖面，如图3所示。

　　图3 1,2号塔式起重机桩格构柱剖面设置  

　　在剖面中分析时，通过设置辅助线进行准确测距，主要测量塔式起重机基座以下至土方开挖工作面之间的格构柱垂直方向长度及水平方向间距两项数据，根据这两项数据进行垂直度偏差分析，剖面如图4所示，水平方向偏差为34mm，格构柱倾斜度为0.20°。

　　图4 剖面1-1示意   

　　根据JGJ 160—2016《施工现场机械设备检查技术规范》等，塔身轴心线对支承面的侧向垂直度偏差≤0.4%，以此为标准，假设格构柱垂直方向高度为h₁(塔式起重机基座平台以下至挖土工作面)，水平方向偏差为h₂，则垂直度偏差计算为h₂/h₁×100%，正常状态下垂直度偏差值需≤0.4%。应用此公式及Revit中剖面测量数据，1,2号塔式起重机桩格构柱垂直度分析结果如表1所示。

　　表1 1,2号塔式起重机桩格构柱垂直度分析 

　　表1 1,2号塔式起重机桩格构柱垂直度分析

　　3.3 基坑周边建筑物变形监测

　　3.3.1 监测点设置

　　某小区的楼面宽度近90m，根据地形条件初步定出监测点布设位置，为了获取最佳点云模型，将该小区建筑分3段进行扫描，在北侧10m红线处以43.165m间隔设置控制点和监测点，以便得到更清晰的点云模型，监测点布设如图5所示。

　　3.3.2 数据采集与数字模型搭建

　　监测点布设完成后，定期在监测点位置对该小区北侧建筑面进行3D激光扫描，须对关键部位进行细部扫描，并做好扫描数据的收集。

　　根据设计院原有设计图纸，利用Revit软件建立该小区的建筑外立面模型，作为点云扫描的参考模型。为了与后期点云模型更好地拟合，在BIM模型的北侧墙体设置10个参照标志作为模型拟合的参照点，局部放大如图6所示，每次用10个参照点与点云模型中的相应位置信息比对，获取10个点位在每次点云模型的位置坐标信息。

　　图5 基坑南侧小区监测点设置平面   

　　图6 参照标志局部放大示意  

　　3.3.3 数据处理与分析

　　对该小区点云扫描模型进行后期处理，三段点云模型进行拟合拼接，尽量减少人为误差;拼接完成后，对模型进行降噪处理，得到比较理想的点云模型，如图7所示。

　　图7 某小区点云模型  

　　将处理好的点云模型和BIM模型导入Geomagic软件(见图8)，将BIM模型设置为参考模型，点云模型设置为测试模型。

　　图8 点云模型和BIM模型3D分析  

　　通过对10个监测点各种数据的分析和对比，得出该小区近期的沉降分析曲线，如图9所示。近1个月的最大沉降点为N₆点，为1.7mm;最小沉降点为N₁点，为0.3mm。查规范得知:超深基坑周边建筑物沉降报警值为:天然地基累计30mm，桩基累计25mm，每天限值为3mm。该小区近期的沉降数据暂时符合要求，随着施工进行，沉降分析曲线渐趋于平稳，说明基坑施工对周边建筑物的影响可控，满足规范及建筑物使用要求。

　　图9 某小区建筑物沉降分析曲线  

　　3.4 基坑变形监测

　　3.4.1 基坑BIM模型搭建

　　使用Revit 2018构建本项目基坑BIM模型，建模时须根据基坑设计图纸及地下连续墙图纸对基坑支撑结构及地下连续墙围护结构准确建模，如图10所示。

　　图1 0 基坑支撑结构与地下连续墙BIM模型 

　　3.4.2 扫描布置

　　本项目基坑平面面积大，支撑结构复杂，一次扫描无法将基坑全部覆盖，结合项目实际对基坑进行分站三维扫描，在南、北2个半圆分别对角设置2个站点，按顺序对4个站点扫描完毕后进行点云拼接，基坑扫描时，扫描仪需设置成室外远距离模式，并根据需求设置好分辨率，以实现高精度扫描。

　　为提升点云模型拼接时的精确度，在现场首道支撑南、北两侧半环上各设置2处红白方格标靶，扫描结束后进行点云拼接时，可通过查找标靶的方式进行模型的精确拼接。

　　3.4.3 数据处理

　　将扫描的4站点云模型在Scene软件中进行拼接和降噪处理，拼接完毕后效果如图11所示。本文探讨的基坑变形主要通过地下连续墙进行数据分析，因此对BIM模型进行处理，只保留地下连续墙等结构构件，将处理好的BIM模型和点云模型导入Geogmagic软件进行对齐、拟合分析，如图12所示，通过生成的数据分析地下连续墙变形情况，从而获得整个基坑的变形情况。

　　通过定期不间断扫描，并和数字模型进行3D对比分析，收集整理不同时期的数据以监测基坑变形情况，实时掌握开挖过程中基坑状态。某连续2期基坑监测数据统计分析如表2所示。根据相关规范要求，地下连续墙桩顶水平位移报警值为累计25mm，竖向位移报警值为累计20mm,26个监测点全部在报警值范围内，基坑变形可控。

　　图1 1 通过标靶进行点云拼接  

　　图1 2 BIM模型与点云模型对齐、拟合  

　　表2 某连续2期基坑变形监测数据分析mm 

　　表2 某连续2期基坑变形监测数据分析mm

　　4 结语

　　天津平安泰达金融中心项目地下施工阶段较好地运用BIM+三维激光扫描技术解决了塔式起重机桩格构柱垂直度变形检测、基坑及南侧老旧小区变形监测问题，有效预防了事故发生，为地下施工提供了保障BIM+三维扫描技术在该项目地下施工阶段的成功实施也可为同类项目提供借鉴。