汪结春（上海市水务建设工程安全质量监督中心站，上海市 200237）

近年来随着我国经济的发展，水利工程建设规模日益扩大，结构形式愈加复杂，对安全质量监督工作的要求也越来越高。与一般工业与民用建筑相比，水利泵闸深基坑工程涉及面广、专业类型多、工程环境复杂，在建设过程中稍有不慎，就有可能造成重大安全、质量事故。在信息化高速发展的今天，如何在确保水利建设工程安全质量的同时，运用信息化手段有效提升安全质量监督效率，解决传统深基坑监管的困难，是亟须解决的难题之一。

2016 年 9 月上海市水务局发布了《上海市水务局关于推进建筑信息模型技术水务应用三年行动计划（2017—2019 年）》的通知，文件中强调要“促进以 BIM 技术为基础的水务工程信息广泛共享，提高水务工程项目全生命周期各方协同参与的效率和质量，促进水务行业工程管理和政府监管方式转变，提高水务行业工程项目现代化管理的水平、效率和价值”。

建筑信息模型（Building Information Modeling， BIM），是集可视化、参数化、信息完备性、模拟性、一体化性、协调性、优化性及可出图性于一体的综合应用及管理技术。通过 BIM 技术对工程中各阶段数据信息进行合理的分析、决策、管理，可以有效提升整个建设工程项目的管理水平。利用 BIM 技术促进政府监管方式的转变，是工程监管方式转型升级的重要手段。高惕非[1]从政府支持、业主驱动和主导 BIM 技术应用及监管人员能力 4 个方面分析了真正、有效地实现基于 BIM 技术的工程质量监管的相关前提 。李菁、王颖[2]将监测三维 BIM 应用于大坝安全监测及资料分析，形成可进行分析的三维模型和多维数据应用。黄靖程[3]在研究了国内外建设工程质量政府监管的现状的基础上，提出了现行建设工程质量监管存在的不足，探讨了基于 BIM 的建设工程质量政府监管模式。

尽管行业内在政府监管 BIM 技术方面有部分研究成果，但普遍基于理论探讨，很少有安全质量监管过程中的实际 BIM 应用案例。本研究旨在通过一个典型的水利泵闸深基坑工程项目案例，探索 BIM 技术在安质监过程中的应用方法及路线，为类似工程的政府监管提供实践参考。

1 工程概况及 BIM 应用要点

1.1 某水利泵闸项目深基坑工程概况

某水利工程泵闸项目深基坑，顺水流向长约 103.0 m，垂直水流向宽约 70.0 m，基坑周长约 339.8 m，基坑面积 6 931 m²，最大开挖深度为 11.1 m，工程安全等级为二级，开挖面积约为 7 500 m2。基坑周围采用钻孔灌注桩＋三轴搅拌桩止水帷幕围护结构，设 2 道钢筋混凝土内支撑，站身与闸首底板高程不同处采用水泥土重力式围护墙，结构平面图详见图 1。

图1 某水利泵闸深基坑工程结构平面图

本项目最小开挖深度为 7.0 m，最大开挖深度达 11.1 m，属于典型的深基坑工程。其基坑开挖施工方案详见表 1。

表1 开挖施工方案

1.2 安质监过程中的 BIM 应用要点分析

当前我国水利建设工程安全质量政府监管都是以确保建设工程安全和质量为目的，通过采取直接或间接的行政手段，对影响工程建设活动的不利因素进行综合协调，使各因素稳定在一定范围，从而确保建设工程活动规范、有序进行。上海市水利工程项目监督工作流程详见图 2。

图2 项目监督工作流程

深基坑作为水利工程的一个重要分项，“施工阶段的监督管理”是监督重点阶段。根据相关安全质量监督规范文件，本项目水利工程水闸与泵站深基坑工程开挖施工过程安质监要点如下所示。

(1) 安全监督：抽查施工现场的基坑监测报告，检查监测数据达到报警限值的解决方案；若已发生过报警险情，检查处置情况的相关资料。

(2) 质量监督：检查桩基施工情况，包括桩位偏差等；抽查基坑开挖方案、基坑开挖深度、宽度和标高。

本研究主要目标为通过 BIM 技术，对施工安全及质量监管进行动态分析，对水利泵闸深基坑工程进行系统的、全面的、科学的监管。

2 基于 BIM 的施工安全监管动态分析

水利泵闸深基坑工程安全监督工作，是对参建各方人员在施工现场遵守有关安全生产法律法规和工程建设强制性标准情况实施政府监督的活动。

水利泵闸深基坑周边变形监测数据监管是施工安全保障的重要措施之一。利用施工中不断获得的监测变形数据来判断基坑周边安全情况，并用以指导下一步施工工作，是基坑工程中必须应用的重要信息化手段之一，也是安全监管的主要依据。

项目采用测斜仪进行基坑围护结构深层水平位移监测。基坑周边设立 P 01～P 08 共计 8 个测斜孔，见图 3，测孔埋深为 20.0 m，每 0.5 m 测量一个数据。基坑开挖阶段测量频率 ≥1 次/d，结果由仪器生成 txt 文件，转存至电脑。

图3 测斜孔平面位置图

本项目从深基坑开挖至底板混凝土浇筑时间约 6 个月，每日获得水平位移监测数据 320 个，开挖期间共计约 5.7 万个水平位移监测值。传统模式下监测数据一般以表格形式呈现，见表 2。监督过程中须逐条核查每日数据是否达到报警限值，工作量大且效率不高，为安全监督带来了障碍。

表2 监测数据传统表 mm

运用 BIM 技术，将二维数据三维化，运用 3 D 空间模型展现基坑周边监测变形情况，并结合时间与报警限值，自动高亮提醒监督人员是否出现报警情况，形成监测变形的 4 D 动态模型，辅助监督员快速、高效进行深基坑施工过程的安全监管动态分析。水利泵闸深基坑工程施工安全监管应用流程详见图 4。

图4 施工安全监管过程 BIM 应用流程图

从基坑监测变形监管角度出发，本项目基于 BIM 的施工安全监管动态分析具体步骤包含以下几点。

(1) 获得监测文件，分析监测数据表格类型及规律。

(2) 基于 BIM 软件建立三维基坑变形模型，可通过调整时间、变形放大比例等参数来实现，自动建立不同时间段变形模型，快速反应现状。

(3) 提取各监测点变形最大值，用模型展现其具体位置。根据规范对每个监测点设定允许阈值，通过 BIM 软件判定各点最大变形是否超过允许值，若超过则进行红色高亮显示报警，见图 5。

图5 监测模型判别示意

(4) 对红色高亮警示点进行现场巡检复核，结合施工 4 D 进度模拟，查看不同施工期内变形最大值的变化情况，分析其安全风险及问题，形成监督记录，提出相应监督整改要求。

(5) 整改完成后，返回监测文件获取更新状态，重复应用 BIM 技术辅助安全监管动态分析。

本项目在基坑开挖至基槽底部时，P 02、P 03、P 04 出现红色报警，监督人员根据报警信息立即巡检现场施工状态，并召开监督会议，提出复核、整改要求，检查处置情况。

3 基于 BIM 的施工质量监管应用分析

水利工程质量监督工作，是依据有关法律法规和工程建设强制性标准，对涉及工程主体结构安全、主要使用功能的工程实体质量情况以及水利工程参建各方人员在施工现场履行法定质量责任和义务的情况实施政府监督的活动。

水利泵闸深基坑工程在施工阶段的质量监管是项目最重要的阶段之一，这一过程时间长，参与人员多，一旦任何部位出现任何质量问题，都会在不同程度上影响着工程项目的最终质量，更有甚者会引发项目后续的安全质量事故。

传统模式下深基坑工程的质量验收多通过“听”“看”“查”“测”“验”的方式完成日常巡检及地基验槽工作，对监督人员的专业和经验要求相对较高。

依托工程，利用倾斜摄影技术，通过无人机采集施工现场实体信息，生成三维实景模型，与 BIM 设计模型进行拟合、对比分析，通过不同的颜色来标识质量偏差大小，掌握深基坑工程的实体质量情况，实现快速巡检，科技验收。基于 BIM 技术的施工质量监管流程详见图 6。

图6 基于 BIM 技术的施工质量监管流程图

结合倾斜摄影技术，本项目基于 BIM 的施工质量监管应用步骤包含以下几点内容。

(1) 无人机采集现场数据，生成三维实景模型。

(2) 结合原有的 BIM 设计模型，与实景模型进行对比分析。

(3) 运用软件测量、拟合等方式进行偏差分析，查看偏差量是否超过规范要求，见表 3。

表3 混凝土支撑间距分析

(4) 对未超过允许偏差的，进行分部工程质量验收；对超过规范要求的开展监督会议，进行质量安全复核。

(5) 在复核满足要求后，整改 BIM 模型；不满足要求则提出整改方案，整改完成后重新进行倾斜摄影，重复工作流程。

依托工程，在混凝土支撑检查、地基验槽、隐蔽工程验收等阶段，均通过实景模型与 BIM 模型进行对比分析。在隐蔽工程验收时发现个别桩位偏差大于规范允许偏差，监督人员以监督记录的方式将其发至项目法人并督促其组织相关参建单位对坑底整体桩位偏差进行复核。

4 结 语

本研究依托一个典型的水利泵闸深基坑工程项目，探索了 BIM 技术在政府安全质量监督管理过程中的应用方法。研究结果表明，运用 BIM 技术，将二维监测数据三维可视化，运用 3 D 空间模型展现基坑周边监测变形情况，并结合时间与报警限值，自动高亮提醒安全报警情况，能有效辅助监督员进行深基坑施工过程中的安全监管。

结合倾斜摄影技术，建立现场三维实景模型，并将其与 BIM 设计模型进行拟合、对比分析，可信息化监管深基坑工程实体质量，并辅助进行关键节点质量验收。

安全质量监督作为水利工程建设管理中重要的一环，其 BIM 技术应用还处于探索阶段。相信随着信息技术的快速发展，采用 BIM＋互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能等技术进行科技监管，将是水利行业转型升级的重要手段之一。