1工程概况

海口北塔项目位于海南省海口市国兴大道北侧，新CBD区大英山新城中心B17地块，毗邻海南省政府行政中心，建成后将成为集超五星级酒店、高级会所餐厅、高级写字楼、精品商业、观光游览等多种功能为一体的大型商业办公综合体。项目由一座超高层塔楼、东西两侧配楼及地下车库组成，总建筑面积约39.8万平方米，建筑高度429米，为8度半高烈度区世界最高建筑。基坑开挖面积约3万平米，基坑长约251.7m，宽约126.1m，最大开挖深度为25.0m，属于超大超深基坑。

 

图1　效果图

2 设计阶段BIM技术的应用

2.1三维地质模型

       在项目设计阶段，采用理正勘察三维地质软件将岩土工程勘察成果建立三维地质模型，直观地显示出场地地层地质分布情况，有助于设计人员根据地质情况讨论和确定基坑支护设计方案和土方分层分段开挖方案。

图2　场地三维地质模型

2.2基坑支护设计数值模拟

       在采用理正深基坑、同济启明星深基坑进行基于极限平衡状态理论的传统、规范基坑支护设计的同时，也采用FLAC和JK3E分别基于有限差分和有限元理论进行各工况下土体应力、锚索拉力、围护体变形、坡顶水平竖向位移和周边环境影响分析等的数值模拟。既验证了支护设计方案的可靠性，又能预测基坑支护结构和土体的应力应变趋势，对设计方案进行比较和优化，还能根据模拟结果的趋势，预先估计基坑变形，有效控制施工。

   

图3　FLAC和JK3E数值模拟

2.3支护方案三维可视化设计

       根据基坑支护设计方案，利用AutodeskRevit软件，配合自建的参数化驱动的支护结构单元族构件，建立支护方案的三维可视化整体模型。三维可视化设计一方面有利于设计人员及时发现设计方案中的缺漏和重难点，另一方面也方便参建各方清晰地了解设计方案，避免理解错误，提高参建各方的沟通协调效率。

图4　基坑支护设计方案整体模型

      自建支护结构单元参数化驱动族构件的应用，弥补了Revit软件缺乏岩土专业族构件的不足。当设计方案发生调整时，只需修改设计参数即可统一改变支护结构的尺寸等属性，节省了设计绘图和调整时间，大大减少设计变更费用。

  

图5　地下连续墙参数化模型

       地下连续墙采用自定义参数化驱动基于墙的族构件，成功实现了地连墙尺寸、工字钢接头、钢筋笼配筋、预埋钢套管等设计工作的参数化设置，还能根据模型指导现场钢筋放样安装并进行工程量的统计计算。

图6　预应力锚索参数化模型

       预应力锚索采用自建参数化驱动的族构件，可实现如锚索入射角度、钢绞线数量、锚索长度、锚固长度等锚索属性的参数化设置，并进行工程量的统计计算。

2.4复杂节点和地下连续墙配筋深化设计

       在深化设计阶段，某些复杂节点常常难以靠抽象想象和二维平面来进行设计。应用BIM技术能直观地对施工图上的复杂节点进行三维深化设计，降低了对设计人员抽象三维想象能力的要求，既节约了深化设计耗时，又可减少因抽象考虑引起的错漏。

图7 地下连续墙变标高处深化设计

       与钻孔灌注支护桩相比，地下连续墙的配筋较为复杂，其钢筋骨架一般由竖向桁架、   水平桁架、通长纵筋、截断纵筋、水平箍筋和构造钢筋组成。由于本项目采用暗梁式围檩代替后浇冠梁和型钢腰梁，故还有暗梁钢筋、锚索预埋钢管和相应的构造钢筋，配筋更为复杂。利用参数化驱动的地连墙钢筋骨架模型，可实现配筋的分类分层显示并进行深化设计。

    

图8　地下连续墙配筋深化设计

2.5土钉、锚索与市政管线、降水井的碰撞检查

      通过在统一的三维模型中整合基坑周边管线物探资料、支护设计和降水设计方案，快速核查土钉、锚索与市政管线、降水井之间的安全距离，并可以直接在模型中进行设计修改，确保了后续的实际施工安全，提高出图效率和减少设计变更次数。

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图9　土钉与市政管线的碰撞检查

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图10　锚索与降水井的碰撞检查

3施工阶段BIM技术的应用

3.1临建规划布置

      在支护模型中整合周边场地条件，使用自有的临建模型族库，布置场地临建设施，使之完全符合中建CI标准，并对场地布置进行可视化协调管理，检验施工场地布置的合理性。

 

图11　场地临建平面布置模型与实景

3.2施工进度模拟与跟踪

      将Revit模型导入Navisworks中，录入现场实际施工时间进行4D模拟，可实时展现现场的施工状态，也可模拟分析施工进度计划中存在的问题。将计划工期与实际工期进行对比，跟踪基坑施工实际完成情况，明确工期提前或滞后工序，便于施工过程中良好的控制及反馈。

图12　基于BIM技术的施工进度模拟

3.3施工工艺模拟与方案对比

       利用BIM技术对关键施工工艺流程进行可视化模拟，提高施工方案的针对性和复杂工序的可操作性。通过三维施工动画对施工流程进行模拟，可直观清晰地了解整个施工组织中各施工过程的工序和各施工过程间的衔接关系，提高施工方案的可行性和现场施工效率。通过对施工过程先后顺序的不同排列组合，参数化控制施工进度和资源配置，以确定最优的施工组织计划，并在后续现场实际条件发生变化时，可以快速灵活地进行修改，不断优化完善施工方案和组织设计。

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图13　地连墙钢筋笼吊装施工模拟

3.4可视化技术交底

       本工程基坑施工难度大，施工流程多，工艺较为复杂，需要多工种协同配合施工。针对基坑施工的复杂工艺节点及交叉工序，利用基坑BIM模型进行三维可视化技术交底，工程复杂部位一目了然，利用三维地连墙钢筋骨架模型指导现场钢筋放样安装，施工效果良好。

图14 利用BIM模型进行技术交底

3.5试验试件二维码物联网跟踪技术

项目试块试件全部采用扫描二维码见证取样，取样信息通过手机APP录入并上传至数据平台，可实现对试块试件和检测报告的实时跟踪。

  

图15　套筒连接工艺检验和混凝土试块二维码

3.6无人机应用和三维实体建模

利用无人机航拍技术进行现场施工监控，并对施工现场进行地理信息图像采集。采用无人机实景扫描技术对现场土方开挖情况进行三维实体建模，并进行土方量概算。

图16　场地三维实景模型

3.7施工图模型过程管理

       本工程利用项目局域网平台，进行项目施工图版本管理。使用BIM模型对施工图、深化设计图等进行实时动态更新管理，并及时反映设计变更洽商的图纸更新内容，更新后的模型创建与变更单号相同名的模型视图。

3.8试验、施工资料可视化管理

       将施工资料与模型相关联，保证在模型中快捷查看相应资料。将BIM模型族类型与已完成的检验批质量验收记录表相链接，通过URL直接点击模型构件查看相应的验收资料。

4结语

       1、利用BIM技术，建立了场地三维地质模型和基坑支护设计模型，并通过有限差分及有限元数值模拟和三维可视化设计，对基坑支护方案、降水方案、钢筋笼配筋、复杂节点等进行优化和深化设计，显著提高了参建各方的沟通效率、合理节约了资源、加快了出图速度、减少了设计变更成本、尽可能降低了对周边环境的影响等等。

       2、利用BIM技术，建立了场地临建模型和基坑支护、土方开挖施工模型，并通过场地布置可视化协调管理、施工进度4D模拟跟踪、施工工艺方案三维动画模拟等，合理灵活地进行临建布置、工期计划和施工组织设计，既加快了施工速度、提高了施工质量、减少了施工成本，又降低了对周边居民正常生活的影响。

       3、利用基坑BIM模型进行可视化技术交底，采用无人机航拍进行现场施工监控并建立三维实景模型用于土方概预算，提高了项目人员的工作效率，更好地保证了工程施工的安全和质量。

总之，BIM技术在设计和施工中的应用为本工程节约了大量的时间及资金成本，确保了工程的施工质量和安全，降低了对环境和周边居民生活的影响，产生了显著的经济及社会效益。

 

参考文献：

[1] 中国建筑科学研究院．JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[s]．北京：中国建筑工业出版社

[2] 周予启等．超大深基坑工程支护设计与施工[J].天津建设科技，2013，23(5)

[3] 海口双子塔·北塔项目岩土工程勘察报告[R].2016

[4]海口双子塔·北塔基坑支护工程施工图[R].2016