BIM技術(shù)在深基坑內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)沖突處理中的應(yīng)用-

BIM技術(shù)在深基坑內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)沖突處理中的應(yīng)用中關(guān)村科創(chuàng)中心二期項目蔣皓王?！菊恐嘘P(guān)村科創(chuàng)中心二期深基坑工程中，廣泛運用格構(gòu)柱支頂?shù)拇罂缍葍?nèi)支撐結(jié)構(gòu)。內(nèi)支撐施工中，存在內(nèi)支撐鋼筋與格構(gòu)柱的沖突情況；地下室結(jié)構(gòu)施工中，會發(fā)生內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)沖突的情況，同時內(nèi)支撐梁正下方結(jié)構(gòu)作業(yè)空間狹小，施工困難。我項目部組建了專業(yè)的質(zhì)量管理小組和BIM技術(shù)小組，利用BIM技術(shù)研究總結(jié)內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐鋼筋與格構(gòu)柱沖突處理方法，減少沖突帶來的工期、成本、安全等方面的影響，且為同類工程提供參考?！娟P(guān)鍵詞】深基坑內(nèi)支撐梁格構(gòu)柱地下室結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)一、成果背景1.社會背景中關(guān)村科創(chuàng)中心二期項目是江寧開發(fā)區(qū)大力推進“三房”（標準廠房、科創(chuàng)載體、人才公寓）建設(shè)的一項重點工程，有助于發(fā)揮產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢和規(guī)模優(yōu)勢，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)企業(yè)技術(shù)和信息的互通，有效促進自身及入駐企業(yè)的良性發(fā)展，增進企業(yè)抗風(fēng)險的能力，形成創(chuàng)新要素更加集聚，高端項目加速成長，產(chǎn)業(yè)競爭力迅速提升的良好局面，有利于促進南京市以及江寧區(qū)發(fā)展轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級。2.企業(yè)背景中國建筑第八工程局有限公司，作為世界500強企業(yè)——中國建筑股份有限公司的骨干成員，國家首批“三特三甲”資質(zhì)企業(yè)，以投資、建造、運營為核心業(yè)務(wù)，始終活躍在中國經(jīng)濟建設(shè)的前沿，通過BIM技術(shù)的引進、應(yīng)用與自主研發(fā)，實現(xiàn)建筑行業(yè)的精細化管控。3.工程概況(1)建筑概況中關(guān)村科創(chuàng)中心二期項目占地面積22180㎡，總建筑面積114946.88㎡，地下52157.49㎡，地上62789.39㎡；地下3層，基底標高為-14.95m；地上2棟單體：主樓為23層科研辦公樓，建筑高度99.95m，裙樓為5層食堂會議用房，建筑高度24.9m，項目效果圖如圖1所示。圖1項目效果圖(2)深基坑設(shè)計概況本工程深基坑長149m，寬度127m，基坑周長534m；基坑大面開挖深度為14.45m，局部深坑開挖深度為16.25m；基坑開挖面積19000m2，挖土方量約為29萬m3，基坑支護采用圍護樁+2道內(nèi)支撐的設(shè)計方案，外加1道三軸攪拌樁止水帷幕，基坑工程安全等級為一級，圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為1年，深基坑BIM效果如圖2所示。圖2深基坑BIM效果圖二、選題理由（1）深基坑工程具有很強的綜合性深基坑工程涉及土力學(xué)中強度、地面變形和土中滲流這3個最基本的問題，三者有機統(tǒng)一需要綜合處理。例如，有些基坑工程的開展過程中，土壓力強度會隨著工程的開展，會對支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，因此，支護結(jié)構(gòu)施工過程中要充分保證內(nèi)支撐的強度和穩(wěn)定性。（2）深基坑工程具有較強的環(huán)境效應(yīng)在進行基坑開挖和施工過程中，施工者必須要著重考慮基坑周圍的土方的應(yīng)力場、地下水位等相應(yīng)的環(huán)境變化。同時需要考慮施工對于相鄰的建筑物、構(gòu)筑物以及本地的市政管網(wǎng)和通信等相應(yīng)的工程對其所造成的影響，同時，大量的土方轉(zhuǎn)運也會對城市的交通產(chǎn)生影響。（3）深基坑工程具有工程量較大且工期較緊相較于一般的土方開挖工程，深基坑工程施工特點是基坑開挖深度較大，費用較高，對于施工質(zhì)量要求高，安全保障措施要求高，同時對于施工節(jié)奏要把握緊湊，不能延誤工期。在做好支護結(jié)構(gòu)安全性的同時，抓緊施工工期，不僅是施工管理上的要求，它對減小基坑變形，減小基坑周圍環(huán)境的變形也具有特別的意義。基于上述理由，我們將“BIM技術(shù)在深基坑內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)沖突處理中的應(yīng)用”作為項目部管理的主控方向，保證質(zhì)量、安全的前提下，要求在最短的時間內(nèi)完成內(nèi)支撐施工。三、實施時間1.實施時間：2021年10月——2022年7月2.分階段實施時間（1）管理策劃：2021年10月——2022年2月（2）管理措施實施：2022年3月——2022年7月（3）過程檢查：2022年3月——2022年7月（4）取得成效：2022年3月——2022年7月四、管理重點與難點1.管理重點本工程管理重點主要是充分利用BIM技術(shù)對深基坑內(nèi)支撐施工進行成本、質(zhì)量、進度、安全等四個方面控制。2.管理難點(1)施工成本管理運用BIM技術(shù)建立3D模型,在BIM建立深基坑模型和地下結(jié)構(gòu)模型,使施工方更直觀清楚的了解到成本控制主要部位；通過BIM模型提前了解內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐鋼筋與格構(gòu)柱等沖突,減少施工時出現(xiàn)此類的問題而造成的返工現(xiàn)象,從而節(jié)約成本。(2)質(zhì)量管理本工程為創(chuàng)江蘇省“揚子杯”工程，對內(nèi)支撐材料選購和使用環(huán)節(jié)進行嚴格的控制,以解決材料質(zhì)量差的問題,在BIM中建立模型后,對內(nèi)支撐各類型材料進行詳細的標注,并導(dǎo)出不同類別的材料清單,在材料使用環(huán)節(jié)嚴格控制質(zhì)量。(3)進度管理針對深基坑工期緊張、工作量大,工作人員可以借助于BIM模擬施工場地以事先布置施工場地,有效規(guī)避現(xiàn)場施工時胡亂布置場地而擾亂施工秩序；同時,施工模擬還能使管理人員實時查看施工實際與施工計劃之間的進度差距,出現(xiàn)例如暴雨臺風(fēng)等突發(fā)狀況時,可以提前增加各場地的人員以調(diào)整施工進度與計劃相匹配。(4)安全管理管理人員可以借助BIM技術(shù)制作相關(guān)視頻對施工人員進行生動、形象的安全教育,將內(nèi)支撐施工安全要點以二維碼的形式貼于施工現(xiàn)場,便于施工人員可以隨時掃碼觀看；也可以將深基坑現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時導(dǎo)入,實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化,實時查看各觀測點的數(shù)據(jù),保證提前注意到深基坑施工中的安全隱患,來降低人員傷亡和經(jīng)濟損失。五、管理策劃和創(chuàng)新點1.全方位考慮項目管理在深基坑施工前，同時與業(yè)主、設(shè)計進行充分溝通。在充分了解業(yè)主的質(zhì)量要求和投資控制要求后，主要利用BIM技術(shù)對深基坑內(nèi)支撐施工進行成本、質(zhì)量、進度、安全等四個方面控制。2.目標值的確定在充分了解項目管理重點的前提下，制定工程項目管理目標，并相應(yīng)安排了責任人，見表1。深基坑內(nèi)支撐施工目標值表1項目目標值完成時間風(fēng)險控制質(zhì)量深基坑質(zhì)量在滿足國家及行業(yè)現(xiàn)行施工驗收規(guī)范標準2022年7月安全杜絕死亡和重傷責任事故2022年7月工期深基坑300天（總工期1280天）2022年7月綠色施工施工期間對周邊建筑、市容無影響2022年7月未污染環(huán)境及周邊道路2022年7月3.項目管理分級策劃在深基坑工程施工前7天完成深基坑項目管理策劃，形成《深基坑項目管理策劃書》。《深基坑項目管理策劃書》作為指導(dǎo)深基坑項目管理工作的指導(dǎo)文件，對深基坑項目管理的目標、內(nèi)容、組織、資源、方法、程序和控制措施進行了安排。圍繞實現(xiàn)深基坑項目的成本、工期、質(zhì)量、安全、綠色施工等管理目標和經(jīng)濟目標，確定深基坑項目管理模式、分包及采購模式，明確人、機、物、料、資金、技術(shù)等資源配置措施，明確深基坑項目管理過程中公司層面和項目部的職責、授權(quán)關(guān)系及服務(wù)關(guān)系等內(nèi)容，深基坑項目管理策劃書如下圖3所示。項目部在工程正式開工前完成《深基坑項目實施計劃》?！渡罨禹椖繉嵤┯媱潯肥窃凇渡罨禹椖抗芾聿邉潟坊A(chǔ)上深化而成的項目操作文件，由項目經(jīng)理組織編寫，并報公司相關(guān)部門審核，經(jīng)分公司技術(shù)總工審批后發(fā)布實施，深基坑項目實施計劃如下圖4所示。圖3深基坑項目管理策劃書圖4深基坑項目實施計劃4.成立BIM技術(shù)小組，統(tǒng)一管理項目成立以項目經(jīng)理為主，技術(shù)負責人主抓的BIM小組，統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織BIM技術(shù)應(yīng)用，針對深基坑工程的重難點部位、安全防護設(shè)施、施工進度、各專業(yè)資料，利用云平臺統(tǒng)一整合，形象展示。小組成員覆蓋項目各部門，更有利于項目整體協(xié)調(diào)管理。5.專業(yè)培訓(xùn)，熟練運用BIM軟件組織項目部年輕員工進行規(guī)范、方案和BIM相關(guān)軟件等的專項培訓(xùn)，通過組織學(xué)習(xí)BIM基本知識，組織項目BIM建模，形象對比現(xiàn)場實際施工情況，更直觀了解施工工藝、質(zhì)量控制標準、安全管理標準等，將反應(yīng)出問題進行分析，增加了管理人員對施工整體過程的控制和判斷能力。6.創(chuàng)新特點利用BIM模型及云平臺，將現(xiàn)場施工、安全、進度、資料、成本、材料進行統(tǒng)一整合，工程量詳細、明確；材料采購、進退場手續(xù)簡化，提高效率；發(fā)生變更，各部門可及時獲取信息，讓信息傳遞不再混亂，有據(jù)可尋；可進行模型對比分析、碰撞檢查、匯報、交底，更直觀、明確、客觀了解現(xiàn)場施工情況、問題整改情況、安全管理隱患、安全防護措施等。六、管理措施和風(fēng)險控制1.沖突位置確定利用Revit軟件中自帶的“碰撞檢查”功能實現(xiàn)深基坑支撐梁模型、格構(gòu)柱模型與地下室結(jié)構(gòu)模型間的碰撞檢查。在同一坐標系、標高系統(tǒng)中分別建立支撐梁模型、格構(gòu)柱模型和地下室結(jié)構(gòu)模型，將支撐模型鏈接進地下室結(jié)構(gòu)模型和格構(gòu)柱模型。運行“協(xié)作”選項卡中的碰撞檢測命令，選擇格構(gòu)柱與支撐梁、地下室梁、板、柱進行檢查。在產(chǎn)生的沖突報告中選擇一個問題，點擊顯示就可以在選定的視圖中跳轉(zhuǎn)到碰撞處，接著會發(fā)現(xiàn)碰撞的對象都對應(yīng)有一個ID號，可以通過這個ID號去查找碰撞對象的位置。通過Revit碰撞檢查導(dǎo)出的報告可以統(tǒng)計出基坑支護結(jié)構(gòu)共設(shè)計有格構(gòu)柱135根，與地下3層墻柱沖突4處，與地下2層梁沖突3處，與地下2層板沖突135處，與地下2層墻柱沖突3處，與內(nèi)支撐梁沖突128處。2.格構(gòu)柱與結(jié)構(gòu)沖突處理（1）格構(gòu)柱位置底板處理格構(gòu)柱與底板鋼筋碰撞，為保證底板鋼筋盡量拉通布置，防止底板與格構(gòu)柱交界處出現(xiàn)滲水問題，需將底板區(qū)域格構(gòu)柱內(nèi)的混凝土全部鑿除，對格構(gòu)柱進行除銹處理，此處節(jié)點還需做好防水處理。在鑿除混凝土?xí)r，為加快鑿除速度，可以拆下部分綴板，以便進行鑿除作業(yè)，為保證受力，嚴禁同時拆除同一標高處的所有綴板。格構(gòu)柱與底板鋼筋碰撞處理效果如圖5所示。圖5格構(gòu)柱與底板鋼筋碰撞處理效果示意格構(gòu)柱與地下室底板防水需重點處理，采用以下防水做法：在格構(gòu)柱距底板混凝土墊層300mm高處焊接止水鋼板，止水鋼板將格構(gòu)柱內(nèi)部封閉，同時格構(gòu)柱外部焊接200mm寬的止水鋼板繞格構(gòu)柱一周。在格構(gòu)柱周邊500mm范圍內(nèi)涂抹2mm厚水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料加強層，并沿格構(gòu)柱涂抹至止水鋼板處。格構(gòu)柱與混凝土連接陰角處用無紡布做成45°坡角，先涂抹1遍水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，再鋪貼無紡布，最后再涂抹2遍涂料，并使涂料完全浸透無紡布，不得有露槎及褶皺。原底板2mm厚防水層聚合物水泥基防水涂料與3mm厚BAC自粘防水卷材鋪至格構(gòu)柱邊時上返至止水鋼板處，并采用密封膠密封處理卷材與角鋼接縫，保證卷材粘接牢固，確保防水性能。格構(gòu)柱底部防水構(gòu)造做法如圖6所示。止水鋼板陰角處無紡布處理預(yù)鋪反粘高分子卷材水泥基滲透結(jié)晶防水涂料止水鋼板陰角處無紡布處理預(yù)鋪反粘高分子卷材水泥基滲透結(jié)晶防水涂料100厚C15混凝土墊層素土夯實圖6格構(gòu)柱底部防水構(gòu)造做法示意（2）格構(gòu)柱與墻、柱沖突處理項目通過碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)格構(gòu)柱與墻柱碰撞共計20余處，主要有3種處理方式：原結(jié)構(gòu)尺寸加大、局部切除格構(gòu)柱、換托處理。1)原結(jié)構(gòu)尺寸加大格構(gòu)柱與地下室結(jié)構(gòu)墻、柱均發(fā)生沖突，但考慮該處建筑用途為送風(fēng)井，因此更改原結(jié)構(gòu)尺寸對建成后的觀感和使用影響都比較小，且格構(gòu)柱位置處無機電管線。經(jīng)與設(shè)計人員確認后，將與該格構(gòu)柱發(fā)生沖突的墻、柱尺寸向風(fēng)井內(nèi)部加寬，原配筋不變，橫向鋼筋遇到格構(gòu)柱時斷開并分別焊接在角鋼或綴板上。2)局部切除格構(gòu)柱此種方法主要解決尺寸小于格構(gòu)柱的墻柱沖突問題，原結(jié)構(gòu)不可斷開后施工，不可增大截面尺寸，需對與結(jié)構(gòu)相交的局部格構(gòu)柱進行切除處理。格構(gòu)柱原為雙向軸對稱構(gòu)件，需要計算切割格構(gòu)柱分肢部分截面后格構(gòu)柱是否滿足受力及穩(wěn)定性要求，通過驗算后才可采用此方法，同時為保證穩(wěn)定性，不可完全切除四肢中的任意一肢，需保留四肢部分截面不完全切除。3)換托處理此種方法適用于格構(gòu)柱與地下室結(jié)構(gòu)柱重合，且結(jié)構(gòu)柱不能后施工的情況，故格構(gòu)柱必須提前拆除。在底板澆筑前，提前預(yù)埋鋼板和地角螺栓，并于底板面設(shè)置鋼板，鋼板與臨時鋼柱底焊接，支撐梁處采用植筋，植入地腳螺栓與鋼板連接，后與臨時鋼柱頂焊接，完成立柱樁安裝。臨時鋼柱底部連接示意如圖7所示。圖7臨時鋼柱底部連接示意臨時鋼柱采用20mm厚直徑700mm的鋼管制作，作為臨時鋼柱支頂，鋼柱主體焊接采用雙面坡口焊縫，鋼管、鋼板選用Q235B，焊縫等級為二級。（3）格構(gòu)柱與樓板沖突處理格構(gòu)柱處板鋼筋盡量拉通，若格構(gòu)柱角鋼和綴板影響范圍內(nèi)鋼筋較多，考慮格構(gòu)柱周圍0.5~1m范圍內(nèi)板鋼筋預(yù)留后施工，且相關(guān)范圍內(nèi)設(shè)置臨時支頂，待地下室施工完畢且拆除格構(gòu)柱后再施工。板鋼筋截斷后，采用搭接方式，搭接長度對應(yīng)的接頭百分率要滿足規(guī)范要求，也可采用雙面焊接5d（d為鋼筋直徑）的方式連接。格構(gòu)柱周圍設(shè)計臨時支頂及板筋預(yù)留設(shè)計示意如圖8所示。圖8格構(gòu)柱周圍臨時支頂及板筋預(yù)留設(shè)計示意（4）格構(gòu)柱與梁沖突處理根據(jù)格構(gòu)柱與梁沖突的程度，將沖突分3種情況處理：部分斜角沖突、大部分結(jié)構(gòu)沖突、平行沖突。通過碰撞檢查，選取典型位置進行分析處理。1）部分斜角沖突當梁截面與格構(gòu)柱一角部分沖突時，采用截斷部分鋼筋，格構(gòu)柱內(nèi)補強的方式處理。梁縱筋盡量拉通，遇格構(gòu)柱角鋼阻擋無法拉通時將鋼筋截斷，將縱筋截斷彎折并按照搭接長度要求焊接到格構(gòu)柱角鋼上，角鋼內(nèi)部采用鋼板進行補強，此做法可以保證結(jié)構(gòu)梁的完整性，但模板支設(shè)空間狹小，可能影響混凝土成型效果，后期拆除格構(gòu)柱后，需對此處進行打磨處理。結(jié)構(gòu)梁鋼筋處理示意如圖9所示。圖9結(jié)構(gòu)梁鋼筋處理示意2）大部分結(jié)構(gòu)沖突若梁截面大部分被格構(gòu)柱角鋼阻擋，采用類似樓板與格構(gòu)柱沖突處理做法，格構(gòu)柱左右兩端0.5~1m范圍內(nèi)的梁預(yù)留縱筋，待地下室施工完畢且拆除格構(gòu)柱后再施工，梁縱筋截斷后，采用Ⅰ級機械接頭連接。3）平行沖突若梁截面垂直于格構(gòu)柱，且梁縱筋大部分穿過格構(gòu)柱時，可切除格構(gòu)柱局部四肢角鋼，保證主體結(jié)構(gòu)的正常施工，同時此區(qū)域用鋼管支撐架回頂。此處模板支設(shè)空間狹小，可能影響混凝土成型效果，后期拆除格構(gòu)柱后，需對此位置進行打磨處理。結(jié)構(gòu)梁鋼筋處理示意如圖10所示。圖10結(jié)構(gòu)梁鋼筋處理示意3.內(nèi)支撐梁及棧橋板與結(jié)構(gòu)沖突處理（1）內(nèi)支撐梁與主體結(jié)構(gòu)柱插筋沖突處理項目鋼筋混凝土內(nèi)支撐梁位于地下一層樓板面之上，與地下一層板面的間距僅為400mm，此情況造成柱插筋不能滿足連接要求，除此之外，內(nèi)支撐梁下空間狹小，混凝土澆筑時，振搗困難。在地下一層結(jié)構(gòu)施工前，應(yīng)用BIM技術(shù)建模分析，發(fā)現(xiàn)7處柱與內(nèi)支撐梁沖突，柱縱筋與內(nèi)支撐梁有不同程度的碰撞，與設(shè)計單位通核算，可在內(nèi)支撐梁上開孔，孔徑不大于70mm，有效解決此類問題?，F(xiàn)場實際應(yīng)用如圖11所示。圖11內(nèi)支撐梁上開孔現(xiàn)場（2）內(nèi)支撐梁及棧橋板與主體結(jié)構(gòu)沖突處理項目基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計有3塊棧橋板，棧橋板距離地下一層板面距離為400mm，直接影響地下一層墻柱插筋施工，導(dǎo)致鋼筋無法滿足預(yù)留長度和接頭面積百分率要求，故在底板換撐板澆筑完成后，提前拆除棧橋板?；又ёo南側(cè)管線較多，支護樁施工時為避免對周圍管線的影響，將支護樁向基坑內(nèi)移動600mm，導(dǎo)致地下室外墻鋼筋與內(nèi)支撐梁沖突，地下一層地下室外墻難以施工，因此在該區(qū)域內(nèi)支撐拆除時，優(yōu)先拆除此處內(nèi)支撐梁。此內(nèi)支撐梁有一邊與基坑外側(cè)支護樁連接，無法直接將繩鋸機的金剛石串珠套在腰梁上進行切割，需先在連接處鉆孔，供金剛石串珠穿過，配合叉車和汽車式起重機完成拆除工作。4.支撐梁與格構(gòu)柱相交節(jié)點處的鋼筋沖突處理支撐梁與格構(gòu)柱相交節(jié)點處的鋼筋沖突處理方法，是第1、第2道支撐施工時重點控制的地方，由于現(xiàn)場格構(gòu)柱與支撐梁往往不平行也不垂直，導(dǎo)致支撐梁鋼筋經(jīng)過格構(gòu)柱的時候鋼筋無法穿過。為解決該問題，項目部特意咨詢了設(shè)計院，設(shè)計院給出了以下幾點原則：（1）鋼筋盡可能不要斷開，可以采用鋼筋集中從格構(gòu)柱中間空洞處穿過，或者從格構(gòu)柱外邊繞過的方法，以確保鋼筋的連續(xù)傳力；（2）與綴板相碰時，可在綴板位置開孔，鋼筋穿過，但綴板應(yīng)在開孔前在其上下相鄰位置焊接等截面之加強綴板；（3）與豎向角鋼相碰時，如無法繞過時，可兩端截斷鋼筋，采用滿足搭接長度要求的短鋼筋繞過角鋼并與兩端鋼筋焊接。通過BIM模型，獲得支撐梁鋼筋與格構(gòu)柱沖突的數(shù)量，提前繪制出穿格構(gòu)柱鋼筋的樣式（包括彎折角度、長度），生成特殊部位的鋼筋下料單。支撐鋼筋穿格構(gòu)柱角鋼節(jié)點如圖12和圖13所示。圖12第1道支撐鋼筋穿格構(gòu)柱角鋼節(jié)點圖13第2道支撐鋼筋穿格構(gòu)柱角鋼節(jié)點七、過程檢查與監(jiān)督1．項目管理組織構(gòu)架完善現(xiàn)場施工配合緊密，每道工序均有專人負責管理，工序交接責任明確，提高工作