BIM技術在某工程深基坑支護設計中的應用

孫陽磊 丁鑫 周學順 徐程

【摘要】現如今，我國建筑行業發展迅速，BIM技術在工程深基坑支護設計中應用廣泛。文章提出BIM技術在深基坑施工中的應用，將傳統的高強度高風險施工作業變得可視、可控，通過采用BIM技術搭載基坑地質、水文、土層等詳細參數搭建的三維模型，可以更直觀地展示基坑情況，有力促進了基坑開挖和支護工作的順利開展。

【關鍵詞】BIM技術;深基坑支護設計;應用【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是對于工程項目進行設計、施工和運營維護管理的一種新型過程管理方法。近年來，隨著國內外BIM技術的快速發展，尤其通過建筑、結構、機電各專業的廣泛應用，巖土工程中也逐漸延伸應用BIM技術。同時，深基坑工程項目應用BIM技術的基礎、核心是創建三維模型，基坑工程的復雜節點配筋、監測數據查看、施工進度的模擬等，而Revit軟件對創建三維模型有著相對優勢，本論述主要針對深基坑工程的支護結構進行三維模型的創建及一些具體要求。

1、BIM技術的概念

所謂BIM技術簡單來說就是利用信息技術，把建筑模型可視化，具體的展現出來，幫助設計人員更好地完成工作。BIM技術是建筑信息模型的英文縮寫，目前，該技術廣泛應用于建筑信息模型的搭建中。建筑信息模型的建立需要綜合考慮建筑工程的施工具體地理位置以及用戶對建筑的具體需求，技術人員應該全面收集所有的數據信息，從而建立更加可靠的數字化模型。傳統的建筑信息模型都是靠圖紙進行構建的，2D圖紙建立的模型缺少必要的直觀性，數據分析不嚴謹。而采用BIM技術建立的模型能夠直觀地對其進行分析，實現了模型的三維建立。

2、BIM在基坑工程勘察及支護設計階段應用的現狀

基坑開挖作為建筑施工的一個必要工程，尤其是層高和結構越來越復雜的建筑，基坑開挖的難度和重要程度都會提高。基于BIM技術并將互聯網+應用到基坑工程施工中成為一個發展新思路，并被公認為實現建筑施工可持續發展的正確選擇。BIM技術已經在建筑行業的設計、倉儲、施工、監理、驗收等各個環節廣泛使用，但是目前BIM技術僅僅應用于建筑施工的基礎以上項目中，例如建筑設計、施工、機電安裝等環節，而基坑開挖等項目沒有受到足夠重視，對于BIM技術應用到地下空間建筑的標準和研究比較少。建筑行業中基坑的地質勘察、支撐維護、位移監測等缺乏相應的專業軟件，且各個環節數據格式和內容不統一，不利于推進工程項目全過程數據管理。因此，把BIM技術應用到基坑工程的地質勘察和支撐維護環節，可以推動整個基坑工程的設計、施工、養護工作的高效化。

3、BIM在基坑支護設計中的應用

3.1軟土深基坑BIM模型庫建立

本文采用族文件構建軟土地鐵深基坑BIM模型庫。通過創建族，可以將同一族文件載入到不同的項目中減少繁瑣的建模工作。將不同族劃分到同一類，形成模型族庫，方便我們隨時調用。在歸類總結基坑施工階段所有構件后，依據結構劃分，創建了相應的支護模型庫和地連墻模型庫及其配筋庫。最后根據實際需要，對已創建的構建模型庫稍加修改就可以應用于其他項目中。

鋼筋混凝土支撐、鋼支撐和地連墻等模型創建，建議選用適用范圍廣的常規公制模型樣板，對于鋼筋來說應該選擇鋼筋形狀樣板-CHN。在放置鋼筋到主體結構時，可以在一個剖面上拼接成一個整體，然后轉到相應視圖，使用陣列功能快速布置鋼筋。在陣列之前，應該檢查每一層的鋼筋是否有碰撞。因為布置的鋼筋層數較多，在三維視圖中檢查中間的鋼筋時，其他層的鋼筋會對我們的視圖造成影響，這時就需要我們隱藏其他層的鋼筋。如果發現有碰撞，就需要對鋼筋的布置進行調整，調整完成后再進行陣列。鋼筋載入模型后，默認設定為用線模型表示。如果想獲得更好的視覺效果，可以右鍵單擊鋼筋圖元，打開屬性欄的視圖可見性，在三維視圖一欄中勾選“清晰的視圖”和“作為實體”。并分別選擇“詳細程度-精細”，“視覺樣式真實”，即可在三維中查看。創建項目文件后導入CAD平面布置圖，繪制標高軸網后載入族文件，逐步完成地連墻，支護結構建模。

3.2BIM技術在深基結構施工中的應用

有效地將BIM技術應用到超高層深基坑施工過程中可以有效預防深基坑結構施工風險問題出現的概率，具體而言，相關的技術管理人員需要有效的運用AutodeskRevit軟件系統來進行超高層建筑的支護結構和主體結構設計工作，該軟件系統的運用可以有效的檢測兩種結構之間是否存在碰撞的問題。之后施工設計人員要結合模擬測試結果來審查出現碰撞問題的關鍵點，然后與相關設計部門負責人進行互動交流對設計方案進行調整，同時還要借助BIM技術來進行施工技術方案的編制以及施工成本的計算，從而提升施工管理的細致性，提升深基坑整體施工精準性。另外，相關技術管理人員還必須要借助BIM技術來對碰撞構建進行ID號設置，然后篩選出具體的碰撞構建來進行設計調整工作。

3.3基坑支護體系方案

建筑周邊距離道路和建筑較近，開挖過程中應做好基坑防護工作。基坑開挖深度為6.0m～7.085m，開挖土層主要以粉質黏土為主，結合項目的場地條件、周邊環境和基坑深度等客觀條件，綜合考慮項目的管理和工期要求因素，經過設計和施工人員的反復討論，最終確定工程施工采用鉆孔灌注樁+1道鋼筋混凝土內支撐結合雙排樁及二級放坡、大口井降水、雙軸水泥攪拌樁全封閉止水的方案。

3.4優化設計

（1）以地勘報告、設計文件等為依據，利用Civil3D軟件將二維的地勘資料轉換成三維地勘模型，同時利用Revit軟件建立支護體系模型（包括支護結構形式、幾何尺寸、材質及空間位置等信息）、場地環境模型（包括地下管線、周邊建筑物等信息）以及基坑模型（包含大小、幾何尺寸、空間位置、開挖分區及出土路線等信息）。（2）根據建立好的3D模型，進行初步優化。（3）將建立好的模型導入Navisworks軟件，進行各專業的碰撞檢測。若存在問題，則進行優化修改;如無問題，則執行下一步。（4）利用Revit軟件將各模型進行整合并導入Navisworks軟件，進行深基坑全模型的碰撞檢測，若存在問題，則進行優化修改，如無問題，則進行成果產出，主要成果為優化報告、二維圖紙及三維模型等。

同時，BIM技術將原有的二維信息以三維的形式呈現，展現出模擬的真實環境，可以快速、直觀、實時及多視角地查看基坑各部分、各部位及各構件信息及其相互之間的關系，使設計者和決策者可以更清楚獲知基坑的情況，從而進行優化設計或者選擇其他方案，并對其安全性、可行性經濟性進行分析，甚至可以將模型導入有限元軟件或結構設計分析軟件，如Midas等，對結構安全性進行分析，協助設計者進行設計，規避各種設計錯誤。此外，若發現問題，可直接在模型上進行修改驗證，提高復雜深基坑的設計與優化效率。

3.5實現切實有效的成本管控工作

通過在基坑工程中引入BIM技術，把各種與施工成本相關的因素和信息全部添加進信息庫內，建立深基坑模型，以此為基礎關聯不同的施工方案，即可直觀比較各方案施工成本，以幫助業主選擇最優方案，同時，所建立的模型使得后續成本核算工作尤為便捷。

施工成本管控工作中，由于工程變更、地質條件改變等造成的成本增加所占比重較大，而BIM技術應用則可降低此類事件影響。BIM平臺還可通過對各類資源動態調整、合理配置，對各沖突矛盾的地方進行優化和調整，精確計算工程量，實現全過程成本管控。

3.6各種結構間的碰撞檢查

在三維模型中整合基坑周邊樁基、地鐵高架、支護系統和工程樁等結構，快速核查基坑圍護樁與地鐵高架基礎及周邊工程樁之間的安全距離，可以直接在模型中修改設計，確保了后續的實際施工安全，提高了出圖效率并減少設計變更次數。

在進行基坑內各種結構的碰撞檢查時，可將相關結構按構件種類拆分，Revit軟件能夠較好地查找并顯示碰撞位置及碰撞結構間的相對位置關系。

對U型槽、管廊、承臺、工程樁以及立柱樁等結構進行碰撞檢查，發現碰撞及時修改、調整，避免將碰撞遺留到施工階段，產生不必要的損失。

3.7智能監測

將BIM技術引入深基坑的監測中，建立基坑、支護結構、周邊環境以及測點模型，實時獲取基坑變形數據并導入模型，進行分析并以可視化的形式呈現，實現基坑的智能監測。

（1）布置基坑監測測點，通過無人機、3D激光掃描儀、智能全站儀及光柵監測等設備與技術自動獲取基坑變形數據。（2）將獲取到的基坑監測數據利用物聯網、5G等技術實時傳遞并導入已經建立好的BIM模型，并與基坑相應部位、測點相關聯，利用BIM4D技術，自動建立基坑不同時段的變形模型與云圖，直觀地展示其變形情況與趨勢，智能預測可能的變形曲線。（3）根據每個測點的允許變形閾值和變化速率閾值，分析評定其安全等級并及時反饋，若變形值和變化速率值超過閾值，則在模型和云圖上紅色高亮顯示，并報警提醒;若預測此處有較大風險，則黃色高亮顯示，若正常則綠色顯示。（4）根據檢測分析結果對基坑進行處理。

從上述分析可以看出，將BIM技術引入基坑監測中，將原有的密布測點、間斷、滯后的監測方式轉變為集約、實時及可視化的監測方式。同時，隨著5G技術、物聯網和監測技術的發展，物聯網、終端（PC、移動）及深基坑智能監測的融合必將更加深入與廣泛。

結語：

BIM技術是對傳統建筑施工和管理模式的創新，通過采用BIM技術可以將傳統的二維設計圖紙變為可視化的三維立體模型，并可以實現對施工方案的模擬預演。以本項目為例，基于BIM技術建立基坑地質和開挖防護模型，得出以下結論。

（1）基于BIM技術搭建的地質土層模型，直觀清楚的展示出工程地質條件，并對基坑開挖進行施工模擬，展示出基坑開挖全過程的變化和對周圍環境的影響程度，參建各方可以實現對模型數據的查閱共享，及時了解施工方案。

（2）相對于傳統的二維施工圖紙，BIM技術可以直觀形象的展示出工程設計的意圖和難點，并且在施工過程中提高設計交底和施工交底的效率，增加了各方的溝通交流效率，為工程項目順利實施提供了安全可靠保障。

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