BIM 技術(shù)在醫(yī)院建設(shè)基坑監(jiān)測(cè)安全管理中的應(yīng)用

嚴(yán) 犇 （上海市第十人民醫(yī)院， 上海 200072）

建筑工程施工是危險(xiǎn)性大、突發(fā)性強(qiáng)、容易發(fā)生傷亡事故的過(guò)程，因此，保證項(xiàng)目的安全生產(chǎn)和文明施工顯得尤為重要。通過(guò)安全管理及文明施工工作，提高安全與環(huán)境保護(hù)水平保障從業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，控制生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的污染和危害，使醫(yī)院建筑的生產(chǎn)與人類(lèi)自身、生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。

醫(yī)院建筑具有復(fù)雜性，作為工程建設(shè)施工基礎(chǔ)，基坑及圍護(hù)工程往往面臨施工周邊環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件多樣，且施工過(guò)程中施工技術(shù)復(fù)雜、施工條件差、不確定因素多，給施工安全管理工作帶來(lái)了一定的困難[1]。為保證基坑在人口密集區(qū)施工安全及周邊建筑物的安全，對(duì)基坑進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

如今許多項(xiàng)目的管理和實(shí)施都離不開(kāi)BIM（Building Information Modeling , BIM）技術(shù)[2]，BIM 技術(shù)因其具備可視化、動(dòng)態(tài)化、參數(shù)化、平臺(tái)集成化等優(yōu)勢(shì)特征，其對(duì)醫(yī)院建筑項(xiàng)目施工安全管理工作具有十分重要的指導(dǎo)作用[3-4]。相比于以往的建筑施工安全管理，應(yīng)用 BIM 技術(shù)能夠促使項(xiàng)目管理人們及時(shí)直觀(guān)地發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患，并及時(shí)排查整改安全隱患，確保建筑施工安全[5]。將 BIM 技術(shù)引入基坑圍護(hù)安全監(jiān)測(cè)中，利用 BIM 信息化模型建置，構(gòu)建基坑安全監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)信息交流和共享，滿(mǎn)足工程整體可視化需求。基于可視化手段制訂安全應(yīng)急預(yù)案，將會(huì)大大提高施工安全管理水平，避免建筑工程安全事故的發(fā)生。結(jié)合 BIM 云平臺(tái)集成化智慧管理，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、基坑變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、安全工況實(shí)時(shí)跟蹤等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目各參建方集成化管理，對(duì)順利推動(dòng)醫(yī)院項(xiàng)目安全文明建設(shè)具有十分重要的意義。

1 工程概況

綜合樓建筑面積為 11 550 m2，地上建筑面積 6 700 m2，地下建筑面積 4 850 m2。污水處理站地上建筑面積為15 m2（不計(jì)建筑面積的地下污水池為 1 216 m2）。地下二層區(qū)域基坑開(kāi)挖面積 2 800 m2，開(kāi)挖深度為 10.80～11.10 m，安全等級(jí)為二級(jí)，局部落深 12.60 m，安全等級(jí)為一級(jí)；地下一層坡道開(kāi)挖面積 400 m2，開(kāi)挖最大深度為 6.45 m，安全等級(jí)為三級(jí)；地下一層連廊開(kāi)挖面積 85 m2，開(kāi)挖普遍深度為 6.15 m，安全等級(jí)為三級(jí)；污水處理池開(kāi)挖面積約 670 m2，開(kāi)挖普遍深度為 6.15 m，安全等級(jí)為三級(jí)；本工程 ±0.00 相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高 +3.92 m，其中污水處理池絕對(duì)標(biāo)高 +3.55 m。

基坑采用的圍護(hù)形式如下：

（1）本工程急診綜合樓地下二層基坑采用主體結(jié)構(gòu)與支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，整體逆作方案，采用鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，止水帷幕采用三軸水泥土攪拌樁，利用主體結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐，局部采用鋼筋混凝土支撐或鋼支撐作為臨時(shí)支撐。

（2）地下一層坡道及地下一層連廊基坑采用鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，止水帷幕采用三軸水泥土攪拌樁，設(shè)置一道鋼筋混凝土支撐，順作開(kāi)挖。

（3）污水處理站基坑普遍區(qū)域采用鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，上水帷幕采用三軸水泥土攪拌樁，設(shè)置一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，順作開(kāi)挖。

2 工程難點(diǎn)分析

上海市某醫(yī)院急診綜合樓項(xiàng)目位于延長(zhǎng)中路 301 號(hào)南大門(mén)處，東靠共和新路，基坑邊線(xiàn)東側(cè)距離地鐵一號(hào)線(xiàn)通道最近約 43.0 m，南為延長(zhǎng)中路，北側(cè)距離已建外科病房綜合樓約 25.0 m，西側(cè)緊鄰原有門(mén)診大樓，東側(cè)緊臨原有口腔樓，場(chǎng)地位于地鐵主體車(chē)站與隧道外邊線(xiàn) 50 m 范圍保護(hù)區(qū)內(nèi)。其中新建污水處理池處于院內(nèi)西北角待拆除的老污水處理池西側(cè)，距北側(cè)居民樓約 8.15 m，距南側(cè) 5 號(hào)樓約 14 m，距西側(cè)圍墻外居民樓約 34.3 m，距東側(cè)待拆除的老污水處理池約 1.0 m。在圍護(hù)施工過(guò)程中，由于一定面積內(nèi)土體受擾動(dòng)，產(chǎn)生土體擠壓力及孔隙水壓力發(fā)生變化，波及鄰近范圍的土體沉降和水平位移，對(duì)周邊管線(xiàn)建筑物等產(chǎn)生不良影響；基坑內(nèi)降水可能使坑內(nèi)外水位發(fā)生變化，也可使土體產(chǎn)生位移，影響建筑物及地下管線(xiàn)的安全；樁基、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、基坑開(kāi)挖及回填等施工階段對(duì)土體擾動(dòng)，必然對(duì)鄰近運(yùn)營(yíng)的地鐵 1 號(hào)線(xiàn)延長(zhǎng)路站結(jié)構(gòu)造成影響。

3 基于 BIM 基坑監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)施

使用 Revit 軟件平臺(tái)構(gòu)建該醫(yī)院急診綜合樓基坑圍護(hù)模型。結(jié)合地勘報(bào)告對(duì)周邊的地下管線(xiàn)和建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置，根據(jù)基坑工程監(jiān)測(cè)等級(jí)、圍護(hù)體系的類(lèi)型、形狀、位置以及分段開(kāi)挖的長(zhǎng)度、寬度和基坑施工進(jìn)度等因素，對(duì)能反映各類(lèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)體受力和變形的變化趨勢(shì)的部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置，實(shí)施對(duì)基坑施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制，掌握地層、地下水、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐體系的狀態(tài)，及施工對(duì)既有建筑物的影響。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，結(jié)合漫拓云工程云平臺(tái)將每日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳，形成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)及各類(lèi)構(gòu)件受力和變形的變化趨勢(shì)圖，賦予施工構(gòu)件以信息化和可視化功能，指導(dǎo)基坑開(kāi)挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，為隱蔽工程的工程質(zhì)量、施工期間及運(yùn)行初期的工程安全提供必要的評(píng)估資料。

3.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合理有效布置是運(yùn)用 BIM 技術(shù)的重要工作之一，根據(jù)基坑工程監(jiān)測(cè)等級(jí)、支護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工工藝、變形控制要求以及設(shè)計(jì)要求確定了監(jiān)測(cè)對(duì)象的類(lèi)型和內(nèi)容，分9 個(gè)類(lèi)型進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)詳情如下：

（1）周邊市政管線(xiàn)監(jiān)測(cè)共計(jì) 27 個(gè)管線(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)：M1～M7、DX1～DX5、D1～D5、S1～5、X1～X5。

（2）周邊建筑物監(jiān)測(cè)共計(jì) 52 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)：綜合樓 F1～F30，液氧罐 Y1～Y2，污水處理站 F31～F46，地鐵出入口 DT1～DT4。

（3）周邊路面、地表變形監(jiān)測(cè)斷面 3 個(gè)，每個(gè)斷面布設(shè) 5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn) 15 個(gè)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)：DB1～DB15。

（4）圍護(hù)體頂部垂直及水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn) 26 個(gè)，其中測(cè)點(diǎn)編號(hào) Q1～Q20的為綜合樓基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)，Q23～Q26 為污水處理站監(jiān)測(cè)點(diǎn)，LL1～LL2 為連廊圍護(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（5）圍護(hù)樁體及土體測(cè)斜：綜合樓樁身測(cè)斜布設(shè) 9孔，監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 CX1～CX9；污水處理站樁身測(cè)斜布設(shè) 4 孔，監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 CX10～CX13；連廊圍護(hù)測(cè)斜布設(shè) 2 孔，監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 LX1～LX2。土體測(cè)斜布設(shè) 1孔，監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 TX1～ TX2。

（6）支撐軸力監(jiān)測(cè)在兩道支撐布設(shè)共計(jì) 15 個(gè)斷面，每個(gè)斷面安裝 4 支應(yīng)力計(jì)，其中第一道支撐布置 8 組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，第二道支撐布置 7 組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 ZC1-1～ZC2-7、ZC9；連廊布設(shè) 2 組支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 LX1～LX2。

（7）立柱樁垂直位移監(jiān)測(cè)，立柱垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)27 個(gè)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 LZ1～LZ27。

（8）坑內(nèi)、外地下水位監(jiān)測(cè)共計(jì)布設(shè) 13 孔，其中綜合樓布置坑外水位 7孔、坑內(nèi)選擇降水孔測(cè)試 2 孔，污水處理站布設(shè)坑外 4 孔，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 SW1～SW11，坑內(nèi)測(cè)點(diǎn)編號(hào)KN1～KN2。

（9）梁板內(nèi)力監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 LNL1-1～LNL2-3。

3.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警值設(shè)置

按照設(shè)計(jì)要求，本工程監(jiān)測(cè)報(bào)警值如下：

（1）圍護(hù)樁體、樁頂、周邊地面、坑外土體深層沉降及位移：急診樓地下二層基坑南、北兩側(cè)連續(xù) 3 d 日變量大于 3 mm 或累計(jì)大于 40 mm；坡道基坑?xùn)|、南兩側(cè)連續(xù) 3 d日變量大于 1 mm 或累計(jì)大于 10 mm；其他 3 d 日變量大于 2 mm 或累計(jì)大于 20 mm。

（2） ZC1-1 軸力大于 4 000 kN，ZC2-1 軸力大于 6 000 kN；梁板內(nèi)力大于 15 MPa。

（3）立柱樁頂隆起/沉降連續(xù) 3 d 日變量大于 3 mm 或累計(jì)大于 30 mm。

（4）坑外地下水位變化日變量大于 300 mm 或累計(jì)大于 800 mm。

（5）地鐵水平垂直位移連續(xù) 3 d 日變量大于 0.5 mm或累計(jì)大于 5 mm。

（6）管線(xiàn)水平垂直位移連續(xù) 3 d 日變量大于 3 mm 或累計(jì)大于 10 mm。

（7）建筑物液氧罐沉降連續(xù) 3 d 日變量大于 2 mm 或累計(jì)大于 20 mm；傾斜增量大于 1/1 000；墻體裂縫增量大于 1 mm。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，利用漫拓云工程云平臺(tái)基坑監(jiān)測(cè)模塊對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳并設(shè)置各類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上下限報(bào)警值，對(duì)構(gòu)件變形趨勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，結(jié)果以圖表形式進(jìn)行反饋。

3.3 緊急情況應(yīng)急措施

為了確保建筑工程項(xiàng)目參建人員在施工過(guò)程中的人身安全、產(chǎn)品安全、資金安全和建設(shè)工程順利進(jìn)行，將安全管理工作作為項(xiàng)目管理的重點(diǎn)，貫徹落實(shí)國(guó)家及地方有關(guān)安全生產(chǎn)文明施工的法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主”的方針，確保無(wú)重大安全事故，以強(qiáng)有力的手段實(shí)施安全文明施工管理。

工程出現(xiàn)緊急情況或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值時(shí)，應(yīng)采取如下的應(yīng)急預(yù)案措施，配合相關(guān)部門(mén)實(shí)施工程應(yīng)急預(yù)案：

（1）立即按照相關(guān)程序向軌道公司總工辦、安質(zhì)部及工程部報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)情況。

（2）組建應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作小組。

（3）增加監(jiān)測(cè)人員和監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備。

（4）增加監(jiān)測(cè)對(duì)象或項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)頻率。

（5）做好與緊急情況或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值時(shí)工程場(chǎng)地現(xiàn)狀的各種文字、影像記錄。

（6）協(xié)助相關(guān)部門(mén)處置緊急情況，并對(duì)工程應(yīng)急處置工作提出建議。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以上海市某醫(yī)院急診綜合樓工程為例，介紹了 BIM技術(shù)在建設(shè)基坑監(jiān)測(cè)安全管理中的應(yīng)用?；颖O(jiān)測(cè)于 2018年 11 月 10 日進(jìn)行首測(cè)，截止 2019 年 6 月 27 日共計(jì)監(jiān)測(cè)98 次。在此監(jiān)測(cè)過(guò)程中未出現(xiàn)重大緊急情況，一直根據(jù)監(jiān)測(cè)方案實(shí)施，土方開(kāi)挖前 2 d 一測(cè)，隨著工程項(xiàng)目的推進(jìn)，進(jìn)行開(kāi)挖階段后每日一測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況良好，暫未出現(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)達(dá)到預(yù)警和報(bào)警值。

因此，利用模型建模結(jié)合漫拓云工程平臺(tái)的方式，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化，并通過(guò)變化速率顯示基坑構(gòu)件的變形情況，為基坑施工提供必要的安全評(píng)估，為項(xiàng)目的持續(xù)推進(jìn)提供了安全方面的保障。