裴巧玲，于 媛，莊辛宇

(西安建筑科技大學華清學院，陜西 西安 710043)

0 引言

近幾年，國內(nèi)外學者從不同角度對BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用進行大量研究。如Mohamed等[1-2]提出可模擬動態(tài)施工的Provisys模型。楊敏等[3]分析基坑支護不同設(shè)計軟件的優(yōu)缺點，提出BIM 技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用設(shè)想，分析BIM技術(shù)需解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題。楊繼波[4]運用BIM技術(shù)對基坑工程進行三維可視化模擬，結(jié)合Navisworks對基坑施工進行全過程模擬，從而發(fā)現(xiàn)模擬施工中可能出現(xiàn)的問題，并做出相應(yīng)預(yù)防控制措施。譚佩等[5]采用BIM和Navisworks技術(shù)實時查看地下連續(xù)墻圍護樁監(jiān)測數(shù)據(jù)。牛文榀[6]采用Revit API二次開發(fā)技術(shù)結(jié)合基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，探索基于BIM技術(shù)的深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)信息化管理模式。王乾坤等[7]利用T-S模糊模型對基坑風險預(yù)警進行研究，并驗證風險預(yù)警的有效性。

本文以成都地鐵火車南站深基坑項目為依托，借助Revit，Navisworks對某地鐵深基坑工程進行施工模擬，辨識施工風險信息及基坑事故險情，建立基坑風險信息及事故險情量化指標，并借助T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合模型檢驗和訓練量化指標，以確定圍護樁風險預(yù)警值。

1 工程概況

成都地鐵火車南站標準段為3層4跨結(jié)構(gòu)，端頭為3層2跨結(jié)構(gòu)。該車站基坑標準段深23.65m、寬37.55m、線間距13.0m。車站共設(shè)3個出入口通道、2個緊急疏散出入口、2組風亭。該火車南站與已建成地鐵1號線車站呈T字形換乘，東接高架橋、西接廣和一街、北臨既有綿成鐵路、南臨南站公交樞紐車站，車站呈東西向設(shè)置。地下第3層穿越正運營的地鐵1號線。

車站采用明挖法施工，圍護結(jié)構(gòu)采用φ1 200mm@1 200mm鉆孔灌注樁+鋼支撐支護，樁頂設(shè)800mm×1 200mm冠梁，樁間掛網(wǎng)噴射混凝土支護。除東端的～軸、～軸基坑設(shè)4道支撐外，其余均設(shè)3道支撐。①～⑥軸線的第1道為600mm×800mm鋼筋混凝土支撐，其余均為直徑609mm(t=16mm)的鋼管支撐，水平間距為3m，并在端部設(shè)置斜撐?；疖嚹险緲藴识位訃o結(jié)構(gòu)剖面如圖1所示。

圖1 標準段圍護結(jié)構(gòu)剖面

2 基于BIM的基坑安全風險預(yù)警控制方法

本項目將 BIM 技術(shù)融入施工管理，通過Revit和Navisworks對工程施工狀態(tài)進行模擬和演練，可形象、直觀地識別風險信息及可能發(fā)生的事故險情，并參照類似工程、變形標準確定風險信息量化指標?；贐IM動態(tài)模擬和演練，獲取基坑項目的風險信息量化指標及事故險情的隸屬關(guān)系，并構(gòu)建T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合模型。基于BIM的風險控制流程如圖2所示。BIM技術(shù)融合施工管理可提高安全風險控制信息傳遞的深度與廣度，較好地滿足各參與方對安全風險信息的需求，有利于及時制定針對性強、可操作性高的安全風險控制措施，以實現(xiàn)安全風險立體控制。

圖2 基于BIM技術(shù)的安全風險預(yù)警流程

3 具體應(yīng)用

3.1 創(chuàng)建BIM信息模型

依據(jù)CAD圖紙和現(xiàn)場實際情況，采用Revit 2016創(chuàng)建項目文件和族文件。將基坑圍護結(jié)構(gòu)CAD圖導入軟件中，其中鉆孔灌注樁使用結(jié)構(gòu)柱創(chuàng)建，混凝土冠梁、混凝土支撐使用混凝土梁單元創(chuàng)建，鋼腰梁、鋼管支撐與斜撐等使用相應(yīng)型號、材質(zhì)的梁單元創(chuàng)建，鉆孔灌注樁樁體位移測斜孔采用柱單元創(chuàng)建，通過導入基坑總平面圖生成地形表面，基坑土方開挖通過建筑地坪實現(xiàn)。該項目基坑三維模擬如圖3所示。

圖3 基坑圍護結(jié)構(gòu)模型

創(chuàng)建模型時，需確保模型設(shè)計信息與真實構(gòu)件信息一致。地形表面需注意更新土壤剖面顯示樣式、土壤厚度信息，以匹配施工模擬場景。

3.2 施工模擬

該基坑工程既有建筑物密集、管線繁多、場地狹小，機械施工作業(yè)交替進行，為確保施工安全，可借助Navisworks 軟件模擬基坑施工過程，以提前辨析項目隱含的風險源及時空沖突?；邮┕み^程動態(tài)模擬如圖4所示，直觀再現(xiàn)基坑土方開挖及圍護結(jié)構(gòu)施工過程。結(jié)合工程經(jīng)驗，模擬過程可從三維可視化視角考察基坑施工空間幾何位置能否滿足要求，相鄰鋼管與鋼腰梁間空間位置是否存在沖突等。工程師可在模擬過程中進行預(yù)判，并可結(jié)合實際模擬過程提出解決預(yù)案。

圖4 基坑施工過程動態(tài)模擬

3.3 4D施工進度模擬

借助Navisworks軟件中的TimeLiner模塊，將施工進度計劃賦予各模型圖元，實現(xiàn)4D施工進度模擬。通過4D施工進度模擬，以不同顏色區(qū)分各施工階段計劃進度和實際進度差異，分析滯后的工序并找出原因，掌握施工過程中的風險信息，提前判斷可能的風險，并及時采取控制風險的措施。通過項目動態(tài)模擬，并參照文獻[8-10]的變形標準，確定項目風險信息與事故險情隸屬關(guān)系如表1所示。

表1 基坑風險信息與事故險情隸屬關(guān)系

3.4 安全風險實時監(jiān)控

基于圍護樁風險信息與失穩(wěn)破壞的事故險情，構(gòu)建T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合模型。T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分前件網(wǎng)絡(luò)和后件網(wǎng)絡(luò)，前件網(wǎng)絡(luò)分4層：①第1層 輸入N1～N8信息數(shù)據(jù)；② 第2層 對輸入的變量進行模糊分割，計算各變量的隸屬度函數(shù)，本文中采用高斯函數(shù)作為隸屬度函數(shù)；③第3層 確定規(guī)則的適用度；④第4層 將節(jié)點進行歸一化處理。后件網(wǎng)絡(luò)由r個相同的并列子網(wǎng)絡(luò)組成，每個子網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生1個輸出量。將圍護樁風險信息與樁失穩(wěn)破壞的事故險情進行模型融合檢測與訓練后，兼顧基坑項目與既有建筑物、管線干擾情況，GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》等因素，確定風險預(yù)警值、風險等級(見表2)[11-14]。

表2 圍護樁風險預(yù)警對照

基于Revit平臺載入監(jiān)測信息管理.dll插件，導入基坑監(jiān)測信息源，設(shè)定基坑風險預(yù)警值和危險等級，系統(tǒng)經(jīng)信息處理后，對監(jiān)測結(jié)果進行處理，在BIM信息模型中以不同顏色進行標識，判別施工安全風險狀態(tài)，以實現(xiàn)安全風險實時監(jiān)控。

4 結(jié)語

結(jié)合成都地鐵火車南站基坑項目，基于BIM技術(shù)構(gòu)建基坑安全風險預(yù)警框架，進行基坑BIM模型模擬，從而辨析隱含的風險源。進行4D模擬施工后，標識進度滯后工序，研判工序滯后原因，并提前對可能的風險作出預(yù)判并制訂預(yù)防方案。界定施工事故風險險情及風險信息量化指標，根據(jù)T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合模型確定風險預(yù)警值、風險等級，并在BIM界面中加以標識反饋，從而實現(xiàn)基坑安全風險立體控制。