基于 BIM 技术的高架 路市政工程施工安全分析及优化

牟治龙

中国十九冶集团有限公司四川分公司 成都 610031

摘要：基于大量参考资料和BIM在理论和方法论、技术基础，本着安全、可靠、经济、合理、技术可行、方便的原则，对高架桥深基坑支护结构进行研究分析。结合navisworks的BIM模型软件技术，对基坑支护结构进行碰撞检测，分析存在的问题，并根据相关监测需要提出合理建议，以满足安全标准，减少施工经济损失。

关键词：BIM技术；深基坑支护结构；建模；碰撞检查

1 引言

据调查，2013年5月，杭州某工地基坑不稳定，坑内地面隆起、坑外塌陷，导致围护桩底部“踢脚”；建筑物的倾斜是由于与施工现场相邻的加油站的地基不稳定。在了解高架桥支护施工具有高风险、高难度之后，本人认为深基坑的结构分析是必要和有效的。

2 范公路新洋港大桥深基坑支护方案评价模型的建立

基坑挖掘工程是指在地下5米以上或三层以上，或埋深不超过5米，但地质条件、环境和地下管道特别复杂的挖掘工程。

2.1 范公路新洋港大桥项目概况

1. 项目概况

新洋港大桥是某市高架主线唯一有较高通航要求的桥梁，其工程深基坑沉积层厚度以石灰质土、石灰质土、硅质质和硅质质土为主，滑砂层间穿插。地面高度介于 31.15 和 32.34 m 之间，预期地面高度约为 34.00 m。场地地下水位9m，地层自上而下分布，土质为非均质、粘土和砂岩，有利于重湿粘土球和砂岩和中湿粘土砂岩的施工。车站总长400m，坑底表面约400×350m²，基坑水平分别为-15.900m、-16.900m、-18.400m、-19.1000m和最深部分为-12m。

2. 水文地质条件

水文条件：

在勘探期间，该项目的每次钻井均受到地下水的影响，主要是砂（3）和球（4）中存在的多孔潜水，具有一定的抗压能力。勘探期间，场地地下水深度约1.0～2.8 m，恒定水位28.75～30.96 m。ZK4 ZK21，根据目前对水坑所得结果进行分析和水质分析，对场地环境进行综合判断，这方面属于ii类。

根据文献和现场经验，对于按地下水水环境类型分解的通式结构，按地层对光的腐蚀能力显示透水性，在轻型结构中需要切割轻微腐蚀的地面弹耐腐蚀性能和钢结构的耐腐蚀性能最弱。

地质条件：

根据23个钻孔的地层发现，该地点的土壤主要由粘土、粘土、硅质、圆形、粘土和变质砂岩组成。

2.2 依据相关工程建立BIM技术中的Revit软件模型

2.2.1 模型的前期规划与设计

止水帷幕及支护完成后，为便于施工，在开挖坑前应安装降水井；降水井最好设在坑的四个角，且降水井深度不小于1m，对于有关的设计支护参数可见下表2-1所示：

表2-1 支护参数表

斜撑根据现场土壤质量选择，侧撑要求安全等级为三级；施工场地应设计成可独立使用或与其他结构组合使用；当地下水位高于坡脚时，应进行降水测量。

2.2.2 深基坑三维模型的建立

建模过程是使用Autodesk的Revit 软件进行的，如下所示：

（1）对于新建工程，首先要画出工程立面图和轴系。标高是该项目构成的一个非常重要的部分。第一步是固定建筑层的高度，假设如果需要改变高程，相应连接元件的伸长或压缩发生在垂直方向。轴网和标高共同构成一个三维空间，轴网和标高一旦确定，尽量不要改变。

（2）项目的实际地理位置，要创建建筑模型，点击“管理”选项卡，找到“项目位置”面板，点击“位置”按钮，打开编辑框“默认城市列表”，输入合适的经纬度（纬度：39.12，经度：117.20），最后点击确定，输入经纬度确定地理位置。

（3）使用安装点训练地形，找到“场地建模”选项后，按“弯曲地形，选择放置”按钮，将它们分别放置在两个点并调整高度，整个地形完成，完成后，点击完成查看3D效果。

（4）建立边坡保护装置。边坡防护通常以立面或剖面为视角进行，参数设置比较简单。需要注意的是，从上到下的高程要仔细调整，否则坡度会过长。我们通常会选择集成模型来创建保护。点击“构件”选项中的“内置模型”。

最后，建立的范公路新洋港大桥深基坑的Revit模型如图2-1所示。

图2-1 深基坑三维模型

2.3.3 结合BIM技术中的Navisworks软件进行碰撞检查

将Revit模型软件导入Navisworks使用clash detective功能直接得出检查结果，如果单击模型中的碰撞点，则结果会显示在右侧的编辑框中，并且有问题的结构会出现在作为碰撞结果的结构位置。

图2-2碰撞检查图

通过碰撞此工程前期支护结构的三维模型，从撞击点可以看出，共447个，446个，其中建筑，1个活动点，承重元素先前的间隙结构，通过分析含有大量水的泥浆，对某些结构元件进行横向支撑工作。倾斜的挡土支撑不能有效地减缓元件的退化；一旦工期过长，这种支撑就会成为项目工作的一大隐患，有可能导致支撑结构倒塌，进而引发事故，造成重大人员或物质损失。

3 模拟模型的优化设计

3.1 优化设计

根据《建筑物基井支护技术规程》（jgj120-2012）第3.3.2点，可根据周围环境条件、土层特征和深度，在不同场所采用不同形式的支护。坑的不同；支撑结构可以是不同类型结构的上下组合。支撑结构的上部由土墙或边坡组成，而支撑结构的下部由土坡组成时，土墙或边坡必须符合本规程的要求。支撑结构的形式，应视为整体结构。表3-1分析了不同支撑结构的优缺点。

表3-1 各种支护结构优缺点分析

放坡加深层搅拌桩的平面图如图3-1所示：

图3-1 放坡加深层搅拌桩支护平面图

为新的支撑结构构建三维 Revit 模型的过程如下：

（1）必须安装结构柱，切换到“建筑”选项卡，找到“方形”按钮，选择“结构柱”按钮。并在“属性”面板中找到类型选择器，从下拉列表中选择“立方体“混凝土柱-矩形”，选择标准类型，在工具选项中，参数设置为高度，连接条件为设置为f2。

2）对于可导入族中不存在的Revit族系统和族模型，需要对合适的族进行操作，如下：

1.样品的选择。切换到“应用”，点击“家族”大叔进入“原型文件选择”，选择“常规度量模型”。

2.定义族的类别。单击族编辑框中的“族类别和族参数”按钮，出现一个对话框。

3.参数调整：必须保证参数设置精确，以便在后续操作中可以灵活调整不同排或不同单元的冲泡堆长度。

最后得出支护结构为护坡加深层搅拌桩的三维模型，如图3-3所示。

图3-3新型支护结构三维模型

3.2 碰撞检查

（1）对新型支护结构进行碰撞检查

碰撞过程不再赘述，碰撞结果如图3-4所示。

图3-4 碰撞检查图

运用navisworks分析，创建的新结构与三维模型强行碰撞。从检查结果可以看出，当有551次碰撞时，其中0个活动点和新支护结构损坏，可以证明了结构的效果，增加了支护结构的安全性能，显着减缓了构件的断裂和侧移。

4 结语

本文主要对新的跨新洋港大桥深基坑进行安全分析，创建3d BIM Revit软件模型，新模型更直观，其次是碰撞试验，表明存在初步承重结构，分析地质等因素条件，相关法律法规的支持，合理化建议，最后，新型支架在发生碰撞时接受新的检查，以证明项目的合理性。得出以下结论：

(1) BIM技术可用于深部土方工程的深入研究。

(2)使用支护结合挖土和挖底桩在一定程度上安全，可以有效减缓支护结构的磨损，减少水平位移，比使用地面支护、挖层。

(3)基坑施工前宜对支护结构进行一系列的检查，以便提前发现小问题，减少不必要的损失。

(4)没有支撑是绝对的安全，安全是相对的。

参考文献

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