BIM技术给建筑行业带来新的精细化管理手段, 它将抽象平面和文字转化为可视化的三维视图, 同时以模型作为信息载体, BIM应用的价值逐渐被发掘和创新, 不仅提高了各方的工作效率, 也促进了建筑业的蓬勃发展。在建筑全生命周期不同阶段, 利用BIM技术处理问题的不同, 大致分为规划阶段、设计阶段、实施阶段与运营阶段4大部分。在实施阶段, 深基坑施工是其中的重要环节之一。

昆明景成大厦项目位于昆明市原巫家坝机场内, 拟建昆明新中心核心位置。项目建筑标高1 892.500m, 由超高层塔楼、裙房以及纯地下室组成。其中超高层塔楼建筑高268.8m, 57层, 主要功能为办公、酒店;裙房6层, 主要功能为商业;地下室为整体4层, 主要功能为停车场、商业及设备用房 (见图1) 。

基坑周长为672.7m, 基坑开挖边线均采用用地红线, 最大超出22.5m。裙房和纯地下室基础土方开挖深18.4~19.4m, 超高层塔楼基础开挖深约23.1m, 坑中坑最大开挖深约27.8m。土方总量约40万m³。基坑安全等级为一级和二级。

基坑支护形式采用桩锚与锚杆+挂网喷面组合支护体系。降排水控制措施为坑顶排水管+坑内集水井+坑内降水井+坑内排水沟, 截水措施为基坑周边设置封闭的三轴深层搅拌止水帷幕和长螺旋深层搅拌止水帷幕。

昆明地区属于典型的软土地层, 场地地基土除表层为不等厚的人工填土外, 其下为第四系冲积层、湖相沉积成因的黏性土、泥炭质土、粉土, 湖相沉积地层厚度较大, 钻探深度范围内未揭露基岩。

场地稳定水位埋深在现地表下0.4~1.3m, 标高为1 889.200~1 891.020m。场地基坑开挖深度范围内主要地基土层以黏性土、粉土、泥炭质土为主, 黏性土相对隔水, 粉土、泥炭质土均为弱透水层, 但基坑开挖深度大, 各粉土、泥炭质土层分布范围广、厚度大, 场区地处湖积盆地边缘, 地下水丰富、水量大。场区钻探深度范围内地下水主要有上层滞水、潜水2种类型。

BIM应用软件较多, 但大部分BIM软件互相导入格式的兼容性没有统一要求, 无法处理复杂项目所出现的问题。因此在建立模型前, 需确定建模中不同内容采用哪款软件, 这些软件如何配合使用, 因此各软件间协作性显得尤为重要。本项目应用中, 核心建模软件为Revit, Tekla;Sketch Up和Rhino作为辅助建模软件;Navisworks, Lumion, Fuzor, 广联达等作为应用型软件。

模型目标从不同需求出发, 有不同建模标准。本项目BIM应用价值主要体现在建立施工深化设计、施工方案模拟及平面布置优化等方面。该阶段的BIM应用对施工深化设计的准确性、施工方案的虚拟展示以及平面布置合理性等方面起到关键作用。施工过程中结合施工工艺及现场情况将设计模型加以完善, 得到满足施工需求的模型。

在按照系统划分模型的基础上, 各系统应进一步按施工标段、施工流水段, 分区、分楼层拆分模型。模型文件大小要合理控制, 单一模型文件最大宜≤100M, 以避免后续操作多专业模型时, 硬件设备反应过慢, 同时给现场模型浏览和下载带来不便。

所有模型和参照模型的坐标都需要和项目原始坐标保持一致。项目启动前共同约定项目基点位置, 按照复测后准确坐标进行确定。各专业分包采用Revit的BIM模型, 可直接原点对原点链接总包BIM模型做协同建模。

本项目BIM构件除了包含基本的几何尺寸信息、材料信息, 还应包含施工过程及运维相关的信息。不同的专业会有不同的信息需求, 在此进行统一规划。

本项目采用核心建模软件Revit2016建立基坑模型, 先绘制完标高, 再绘制轴网前调出项目基点, 根据项目图纸定位点与项目基点重合。

创建应用视图样板, 并把该视图样板属性传递给其他楼层。载入项目中所需的族, 如机械设备族、钢筋加工棚族、围墙族等。

创建共享参数, 根据所需参数定制。以冠梁钢筋配筋信息为例, 在Revit2016中没有梁标注参数, 导致出图或明细表展示存在缺陷, 因此可定制共享参数, 便于应用。

基坑模型流程:新建公制场地族 (相应族) →定位 (根据族参考平面交点定位载入后的项目位置) →根据基坑形状与剖面图创建族模型→载入项目。

活动板房是施工中办公与生活必不可少的, 布置原则是在考虑仅有临时用地面积上尽可能地满足办公、生活需求, 同时兼顾实用与经济性。利用BIM技术对办公区、生活区进行综合布置, 并对施工现场采用的装配式围挡进行排版。

按照施工组织设计, 深基坑施工过程可分为3个阶段, 分别为场地平整阶段、-8m放坡平台施工阶段和坑底-18m施工阶段。其中-8m放坡平台施工阶段场地平整布置较为复杂, 主要特点是场地小、施工机械多, 存在5台桩基、7台挖掘机、3台汽车式起重机同时作业, 因此采用BIM进行空间和平面优化。-8m平台布置如图2所示。

本项目地处软土区, 地质分布不均匀。因此土方开挖的分层、分段要根据地质情况进行区别设计。水平分区开挖按照A2区→A1区→B2区→B1区→塔楼区依次开挖 (见图3) , 垂直开挖以锚杆底部500mm进行控制。同时, 对基坑开挖范围内的土质进行颜色区别, 形象地表示出每层开挖的土质情况, 有助于基坑监测数据的记录和分析。

模型建立过程中, 分区域性完善每个构件信息。完成后导入Navisworks进行实际应用, 通过Animator设计演示每个阶段开挖方案, 从而达到每个区域开挖的无缝连接效果, 整体改善技术层面绘图模式。

由于支护桩数量庞大, 在传统文档管理模式中存在很多缺陷, 尤其是文档间集成性不强, 在后期资料复杂时很难寻找到想要的信息, 采用BIM技术后, 实时指导以上支护桩施工顺序, 可以直观表示工程桩的方位、间距、长度、桩径等信息。可单选或多选某支护桩, 查询支护桩信息明细表。支护桩与止水帷幕如图4所示。

本项目采用可回收式预应力锚索, 施工工艺较复杂, 在建立基坑BIM模型后, 通过与3Dmax软件的协作, 对整个锚索施工工艺进行模拟, 形象展示出施工过程中的技术、质量控制要点。通过可视化的技术方案交底, 大大提高了交底质量。

塔楼坑中坑内侧利用BIM技术进行设计, 采用散拼大钢模、槽钢背楞、型钢支撑和对拉螺杆等组成模板支撑体系, 相比传统工艺, 节省工期约17d, 降低施工费用10%。

集水坑等地坑内侧采用15mm厚覆膜多层板及50mm×100mm木枋制作成定尺寸的大盒子, 并统一进行编号, 施工时采用塔式起重机整体吊装就位, 如图5所示。

筏板底筋最厚达8层, 电梯井和集水井变截面较多, 使钢筋绑扎复杂, 其中交接处施工较困难, 后浇带钢筋做法较多。使用BIM技术, 对基础界面较为复杂部分进行建模, 分析施工可行性、解决施工问题, 如图6所示。

基于BIM技术的虚拟进度与实际进度比对, 主要是通过方案进度计划和实际进度的比对, 找出差异并分析原因, 实现对项目进度的合理控制与优化。

通过Navisworks软件, 首先添加相应构件的选择集, 新建或导入施工进度计划, 把相应构件的选择集添加到对应进度计划中, 再把相应构件的状态调整为构造、临时、拆除, 即完成简单计划进度模拟过程, 实现进度计划的动态管理。

塔楼工程桩采用复式后注浆施工, 为避免注浆时水泥浆渗入周边还未进行注浆的工程柱、堵塞注浆管, 项目结合BIM技术, 设计出带有止逆功能的注浆器。

基坑开挖深度达19.7m, 为方便作业人员上下同行, BIM小组配合技术部进行设计并制作了装配式安全防护楼梯, 如图7所示。

BIM技术的应用是建筑业快速发展的关键催化剂, 在设计、施工以及运营管理阶段均发挥着不可替代的作用。本项目深基坑工程的BIM技术应用, 顺利解决了三维场地平整布置、土方开挖方案、支护桩施工方案、锚索施工方案的模拟以及进度计划的4D化对比, 增强了项目管理的科技手段, 为项目施工阶段带来增值效益。