深基坑工程施工中BIM技術的應用研究

郭 豪

太原西山房城建安有限公司（030000）

0 前言

隨著城市化進程的快速發展，城市高層建筑數量逐漸增多,地下空間逐漸被開發和應用,許多工程開始采用深基坑施工。而更多的深基坑施工是建筑和人口居住密集的地區,這對深基坑工程的設計提出了更高的要求。高層建筑工程深基坑施工是整個高層建筑施工的基礎，高層建筑物的高度取決于深基坑施工的深度。高層建筑深基坑施工受到施工場地和豎向支撐體系的限制，施工場地狹窄，流程復雜。加強對深基坑施工前期的設計非常重要。深基坑支護工程是集合水文地質工程、巖土工程、結構工程和巖土測試技術于一體的系統性工程。基坑支護體系一般為臨時措施，其荷載、強度、變形、防滲、耐久性等方面的安全儲備較小。由于施工作業空間和地下管網錯綜復雜，在施工前期需對施工作詳細、科學的設計規劃，加強監測，以減少施工對周圍建筑物的影響。建筑信息模型（BIM）是對傳統建筑設計和施工管理模式的數字化創新應用，采用3D數字技術對建筑工程項目進行設計、模型建造和運營管理的全過程，建設數字化建筑模型，可以直觀地展現工程項目的全部信息，特別是對工程的前期方案設計、3D全息展示、自動碰撞檢查、施工圖設計和施工成本的控制方面發揮重要作用，可以有效指導深基坑的施工作業[1]。

1 BIM建筑信息模型技術的主要功能

建筑信息模型技術（BIM）技術是基于三維數據技術的三維模型，其支持所有施工信息的模型納入，可以指導工程項目的設計、施工及管理，對建筑施工全生命周期管理和復雜施工項目的精準作業指導具有積極意義。在BIM技術的支持下帶來施工作業的高度可視化，也使得項目施工更直觀、更系統、更規范、更高質。

1.1 可視化功能

可視化功能主要是構建三維模型，可帶來二維圖紙到三維模型的有效轉變，除傳統圖紙平、立、剖的表達之外，還能夠進行三維展示。三維展示也支持構建尺寸信息的詳細展示，且展示直觀而形象，這意味著項目信息從投資開始到最后竣工、運行維護都支持可視化查看[2]。

1.2 協調性功能

BIM技術的協調性主要集中在兩個方面，一方面對項目各階段進行協調，基于BIM技術信息共享平臺，實現建設項目投資、決策、設計、中標、施工、竣工到運行維護等各個階段的數字化信息的收集，指導各個階段各內容的有效調整。另一方面實現構件空間的協調處理，減少構件空間布局不合理的風險，特別是對于承重構件和管道之間碰撞的情況進行特殊關注，這些問題可以基于BIM三維模型直觀顯現，方便工作人員提前處理[3]。

1.3 模擬性功能

BIM技術的模擬性優勢體現為對建筑工程項目全生命周期各階段有效模擬。以設計階段為例，其能夠支持施工各影響要素的綜合統籌與分析，支持招評標階段施工方案的模擬，并且能模擬每天工程進度，同時對配套資源與資金使用情況一目了然。在運行維護階段，BIM技術可以對設備進行日常維護及疏散情況的模擬，高模擬度是后期決策的重要依據。

1.4 優化性功能

BIM技術為建設工程項目提供幾何、物理、規則等多方面的信息支持，而很多信息是單純憑借人力無法及時掌握的信息。這些信息的獲取能指導項目優化調整，及時發現不合理、不合規范的地方，減少返工概率，能夠提高后階段的建設效率。

2 深基坑施工中BIM技術的應用分析

建筑信息模型技術（BIM）具有可視化、集成性、模擬性、協調性等優點，可輔助建筑設計，實現建筑信息的模型化整合，指導項目策劃、方案設計、施工及管理，實現建筑全生命周期內的信息共享與傳遞。

2.1 BIM技術應用于支護方案

對于深基坑施工來說，必須先進行詳細的地質勘察，以便把握好施工區域的地質條件，指導制訂科學的設計方案。應用BIM技術可以構建環境模型，科學指導方案設計。勘察所獲得的地基基礎、地下管線、周邊構筑物等都可以納入到環境模型中，進行綜合性分析，最終的支護體系也能以三維模型的形式展示出來，方便工作人員觀察模型，分析支護體系中的建筑物、管線、道路等結構情況，及時發現問題并在模型中修改，制訂優化的設計方案。例如鋼板柱支護必須綜合防水性能、承載能力、強度要求等指標，合理施工。在BIM技術的三維模型顯示下，明確深基坑施工的重點，準備工作到位，使得深基坑施工既有質量保證，又能起到擋水、擋土的作用。

2.2 BIM建筑信息模型技術在協同深化設計的應用

所謂的協同深化設計就是需要將所有基坑、基礎、建筑及結構納入到協同設計體系中。傳統設計技術被認為是深基坑施工設計的技術難點，而BIM技術的引入實現了所有內容一個平臺的集合，指導建構綜合性的三維模型，三維模型中心文件可以和模型互相連接，也方便其他專業設計人員查看模型、分析模型，指導設計方案的科學變更等，大大提高了協同設計的效率。BIM技術支持深基坑施工中參數的優化設計，其使得復雜構件以新組建的形式展示出來，且直接布置到BIM的三維模型中，只要調整參數就可以分析工程材料的總量，實現施工成本的合理控制。設計人員可以將BIM模型中展示的現場勘察報告指標參數進行施工設計，基于物理力學對施工現場相關建筑參數準確計算，選擇需要的施工材料，作業中需要的施工設備，集中探討與科學審核，及時發現問題，及時溝通。勘察、設計、施工人員在BIM技術支持下高效溝通，開展深基坑施工，提高施工實效，使施工作業更可行[4]。

2.3 BIM技術在碰撞檢查中的應用分析

深基坑施工是一項系統復雜且具有風險性的工程。鑒于城市地下管網錯綜復雜性，在基坑支護施工前期需對施工進行詳細、科學的設計規劃，加強監測以減少施工對周圍建筑物的影響。BIM技術應用于深基坑施工可科學合理地進行碰撞檢查，以提高深基坑工程的設計水平。對比其他的建筑類型，深基坑施工的碰撞檢查不包括梁柱之間的碰撞檢查、管線管線之間的碰撞檢查，但與其他結構之間也很容易存在碰撞風險，如地下室結構與格構柱的碰撞、工程樁與立柱樁的碰撞等。BIM技術可以了解這些建筑結構之間的復雜空間位置關系，指導設計人員調整與優化設計。當前高層建筑深基坑施工涉及到的管道數目尤為龐大，排布錯綜復雜。如果一次性地進行碰撞檢測，會導致計算機的運行非常緩慢而且顯示的效果也不理想。為了達到較快的速度和顯示清晰的目標，可采用逐層進行碰撞檢查的方法[5]。

3 模擬可視化施工組織作業

加強深基坑施工的設計和施工質量是保證高層建筑物穩定性的基礎。土方開挖量大是深基坑施工區別于其他建筑工程領域的最大特點。深基坑施工受周圍高層建筑場地和豎向支撐體系的限制，施工的組織、規劃應重點做好挖土出口的布置、土方開挖的順序和現場交通規劃，采用建筑信息模型（BIM）技術可對施工全過程進行立體展示，提升施工效率和質量。

4 結語

BIM技術是建筑信息管理模型技術，將建筑工程項目中相關的信息作為運行的基礎，收集信息，建立立體建筑模型，以立體化、直觀化的呈現讓人們更好地獲取建筑相關信息，以建筑信息數據的整合帶來一體化的應用，從而達到項目優化管理的目的，提高建筑工程施工及管理效率，減少施工風險。在今后的深基坑工程施工及其他項目施工管理中必須靈活使用BIM技術，積極發揮其應用價值。將BIM技術引用到深基坑施工中能有效降低誤差、節約時間、提高效率、完成動態監管，獲得理想的應用效果，實現建筑施工作業高度可視化，使項目施工更直觀、更系統、更規范、更高質，從整體上提升施工效率和質量。