BIM技術在深基坑工程施工中的應用

周 鑫 袁玉茂 陳 卓

(中國建筑第七工程局有限公司,河南 鄭州 450000)

深基坑工程實際上指的是開挖深度大于5m的基坑土方開挖、支護或者降水工程，在這些工程中應用BIM技術能夠達到事半功倍的效果。除此之外基坑深度不足，但周邊地質環境以及地下管線比較復雜的土方開挖等也可以使用BIM技術。近幾年我國城市發展過程中，對地下空間的利用率明顯提升，在常見的地鐵、地下商場以及隧道等大規模工程開挖時，使用BIM技術也是十分合理的選擇。

1 BIM技術概述

BIM技術是將三維數字技術作為基礎而實現數字化模型構建的一種技術形式。在這個數字化三維模型中，所有的工程信息都將會被納入進來。而通過這個模型的構建與應用，可以為工程項目的具體設計、施工和管理等提供科學的指導。在整個的建筑工程生命周期內，都可以借助于BIM模型來進行可視化的施工管理，以此來實現整體工程項目管理全面性、系統性與直觀性的顯著提升。

相比較其他形式的建筑工程技術而言，BIM技術最為突出的特征表現在其信息的集成化、工作的協同性以及工作的關聯性等方面。首先是信息的集成化。在BIM技術的具體應用過程中，其構建出的數字化三維模型數據庫和普通的二維平面設計圖紙具有本質區別。通過這個數字化的三維模型，可將建筑工程中的各個節點更加直觀地表現出來，比如荷載情況、空間關系以及相應構件的連接形式等，這樣便可讓建筑工程的管理效率及其精準性得以顯著提升。其次是工作的協同性。借助于BIM技術，可以實現一個高效的信息化溝通平臺構建，通過這個信息化平臺，建設單位、設計單位、監理單位以及施工單位之間可實現高效的溝通。這樣不僅可實現整體建筑工程管理效率和管理質量的顯著提升，同時也可以使其管理成本得到良好控制。另外，在BIM技術中，也涵蓋了科學性的碰撞檢查策略，通過該策略便可對建筑工程中各個系統之間的問題與沖突加以科學判斷，可以有效避免實際施工中的諸多問題，以此實現建筑工程中各個專業之間溝通的進一步強化。最后是工作關聯性。在BIM技術的具體應用中，數字化三維模型的構建是該技術的基礎，而在這個模型中，所有的信息之間都存在著強大的關聯性。在通過該技術進行建筑工程的具體設計與施工中，如果有技術變更情況，BIM模型中的相應信息也會自動同步改變，并不需要重新進行相關圖紙的設計。通過這樣的方式，不僅可以保證施工設計、施工效率和施工質量，也可以進一步節約成本。憑借著這些顯著特征，BIM技術在當今的建筑工程領域中已經得到了廣泛應用，且其應用效果也十分明顯。

2 BIM技術在深基坑工程中的應用流程

BIM技術在深基坑工程中的應用流程如圖1所示。

圖1 BIM技術在深基坑工程中的應用流程

模型建立工作的主要內容就是收集項目的勘測報告、設計文件以及周邊其他建筑物相關的數據，這些數據會作為建筑模型建立的依據。優化設計工作的關鍵在于將已經建立好的各種專業模型整合起來，再進行優化測試，將其中不合理之處完善好。根據深基坑專項施工方案以及已經建立好的模型進行施工模擬工作，這樣能夠提前了解深基坑施工過程中不同階段的進展情況，以及對周邊環境產生的影響。基坑監測工作對智能化設備的依賴程度比較高，需要對基坑變形情況進行實時監測，同時及時將監測數據傳輸到服務器當中和BIM模型關聯，最終在BIM技術的輔助下進行直觀展示，就能夠預測監測結果并落實相應的處理工作。

3 BIM技術在深基坑工程中的應用

3.1 優化設計

基于BIM技術的深基坑優化設計基本流程如圖2所示。

圖2 基于BIM技術的深基坑優化設計基本流程

在圖2當中的深基坑工程優化設計基本流程中，具體的工作依據就是地勘報告和設計文件，后續需要使用建模軟件將地勘資料逐步轉化成為三維地勘模型，為節省建模時間，還可以同步建立支護模型，這樣能夠將建筑工程的支護結構形式、幾何尺寸以及材質和空間等信息都比較直觀地在模型當中展現出來。后續的優化工作，技術人員只需要以已經建立完成的模型作為依據，初步優化之后進行碰撞檢測，若檢測過程中發現其他問題則要記錄下來，同時在后續的優化過程中就存在的問題進行修改，若沒有發現問題，則直接進行深入優化即可。

最終技術人員使用Revit軟件就能夠將各種模型實現整合，同時將相關信息導入到Navisworks軟件當中，對建筑深基坑全模型進行碰撞檢測。若在此階段發現問題，依舊可以進行修改，若沒有問題就要進入成果產出的步驟，一般情況下的主要成果指的就是優化報告、二維圖紙以及三維模型這三項內容。

此外，需要注意的是BIM技術本身能夠將原本的二維信息通過三維的方式展現出來，模擬真實環境之后就能夠比較快速和直觀地了解到工程設計方案當中存在的問題，并在完成安全性和經濟性分析之后，將模型導入到有限元軟件和結構設計分析軟件，常見的就是Midas。利用軟件功能對建筑結構的安全性能展開分析，對后續的工程設計工作產生優化效果，也能達到降低誤差的效果。此外這種工作方式的明顯優勢在于，一旦在設計過程中發現問題，直接在模型上進行修改即可，能夠有效提高工作效率以及優化效果。

3.2 施工模擬

首先，根據深基坑施工方案以及優化之后的工程模型，技術人員只需要使用Revit軟件就能夠達到優化深基坑工程三維場地布置的效果。其中，關鍵內容包含基坑開挖分區、土方運輸路線、物料堆放點等，需要注意的是不能僅關注工作落實，還需要注意檢查是否嚴格符合工程要求，若存在不符合要求的情況，則要重新布置，反之則可以落實下一步工作。

其次，需要按照深基坑專項的施工方案開展工程施工模擬，同時還要合理控制施工進度。將完成場地布置之后的模型導入到相應的軟件內，并利用漫游技術配合施工即可達到直觀查看深基坑施工情況以及工程對周邊環境影響的目的。該項技術的優勢在于能夠準確把握地下管線以及建筑物的影響，還能夠預測施工完成后的效果，因此更適合多種施工方案之間的比較。若在對比階段發現工程內的不合理之處，則可以進一步優化，原則就是更加科學合理的對基坑工程的施工工藝以及工作面等進行調整，最終達到提高工程質量和效率的目的。

最后一步就是要將工程優化圖紙以及模型等進行統一整理和編輯，并準備最終的成果輸出工作。

3.3 智慧管理

智慧管理實際上是BIM技術在深基坑工程當中應用的核心環節，常規的核心平臺軟件就是BIM5D管理平臺，其主要功能包含深基坑生產管理、安全管理、進度管理等，其中，安全監測系統、環境監測系統、自動噴淋系統在較大程度上有效提高了建筑工程深基坑管理的精細化程度。

3.4 智能監測

將BIM技術融入深基坑檢測工作中之后，技術人員就需要盡快建立基坑、支護結構以及周邊環境相關的模型。首先，需要從布置深基坑監測點開始，即通過無人機和3D激光掃描儀等設備獲取全部的基坑變形數據，作為后續工作的參考。在落實后續其他工作時，技術人員需要將本身已經掌握的基坑監測數據，通過物聯網等先進技術進行實時傳遞，并將其導入到已經建立完成的BIM模型當中，后續只需要同步與基坑相應部位和測點相互關聯，即可直觀地展示建筑基坑不同時段產生的變形，以及后續有可能產生的變化曲線。此外，要按照每個測點允許的不同變形閾值、變化速率閾值等進行安全等級方面的評定，若變化值和速率都超過了標準值，在模型圖上就會產生高亮顯示作為提醒，若檢測結果表明存在風險，則高亮顏色為黃色，若儀器正常則是綠色。

4 BIM技術在深基坑工程施工中的應用分析

4.1 仔細了解工程概況

為對建筑工程的基坑支護工程效果以及安全性提供穩定保障，基坑支護設計可以使用支護樁+錨桿+錨桿止水的支護方式。技術人員還可以結合基坑深度、地層條件和周邊環境，將其劃分為若干個剖面，從而為后續管理工作的落實奠定堅實穩定的基礎[1]。

同時，建筑工程技術人員應提前調查現場的地質水文條件，判斷該區域地貌情況，常見的地貌情況有剝蝕斜坡、剝蝕堆積緩坡等，除此之外，還要判斷其是否經歷過人工回填改造地貌的處理。同時，還應該考慮在建筑構造的影響下，現場后期產生了部分碎裂巖，場地基坑開挖的深度范圍內，主要的地基土層也是以素填土和粉質黏土等為主。測量出整個場地的穩定水位埋深，確定穩定水位的最終標高。如果當地的地下水主要來源就是降水補給，那么證明地表水的年變化幅度在1m～2m之間，且各含水層之間大部分都是相互連通的。只有了解清楚上述工程實際情況，才可以為后續BIM模型的建立提供完善的準備工作依據。

4.2 BIM模型建立

首先是BIM軟件的配合應用。目前常見的BIM技術軟件種類比較多，但其中大部分若同時導入進行協同工作的兼容性不好，因此在建筑模型建立之前，技術人員就要研究哪些內容能夠通過軟件實現相互配合使用[2]，最終的工作目的就是全面提高建筑工程落實效率。

其次是BIM建模的實際規劃。在建模工作落實方面，需要從不同的需求角度深入分析問題，且每個角度的建模標準都有所不同。建筑工程使用的BIM技術主要集中在施工方案的優化以及細部節點的優化設計等幾個方面。在基坑支護階段，技術人員也可以將BIM技術投入使用，并更加合理優化建筑工程的施工細節以及節點部分，這項工作能夠起到的效果十分關鍵，技術人員本身也需要隨著施工進度的推進情況建立模型，最終保障模型的精度，達到指導現場工作的效果。在文件大小的控制方面，建筑工程技術人員根據基坑支護的形式，先把各單元模型的支護結構拆分后再建立，要點就是要保障模型控制工作落實的合理性，且保障文件大小規格統一，避免現場瀏覽以及下載產生卡頓的情況。

此外就是模型本身的坐標系統，建筑工程技術人員應保障全部模型和參照模型的坐標都要和項目的設計點相一致，降低后續管理難度。在建筑構件的信息規劃階段，技術人員考慮的主要問題就是如何降低后期局部模型檢驗工作落實的難度。正式開始落實建模工作之前，還需調查整理比較統一的模型構建以及其中包含的信息內容。

在建筑工程當中，BIM構件模型信息主要包含基本尺寸、標高以及材料型號等[3]，屬于基本參數內容。具體操作要點也與模型建立相關，為保障規范度，技術人員先建立了建筑樣板文件和結構樣板文件，確定項目基點之后才落實各單元標高以及軸網繪制工作[4]，有效降低了后續管理難度。

4.3 超深基坑工程中BIM技術的應用

如果超深基坑工程當中存在L形，那么建筑中必然存在陽角。技術人員應該考慮到錨索施工階段的角度優化設計，通過使用BIM技術將錨索交叉碰撞問題排除。例如，某工程使用BIM技術建立了建筑陽角位置的錨索模型，傾角設置為20°，鉆孔直徑150mm，結合設計施工情況，最終模型的直徑為200mm。通過對模型的調整，技術人員發現沖突錨索的每一根都調整了2°～3°，在傾角的允許范圍內能夠避免錨索產生沖突。但這種方式對現場施工而言并不算優質選擇，主要原因在于操作比較煩瑣，幾乎每一根錨索的角度都要調整，施工效率比較低。因此，技術人員選擇在模型當中對有可能產生的情況進行了模擬和調整，最終選出最適合現場施工的方案，不僅避免了錨索沖突，還保障了工程成本控制在合理范圍之內。

5 結語

綜上所述，BIM技術的關鍵優勢在于能夠為建筑工程勾畫出完整的落實流程，同時，還能夠將各個階段需要投入使用的數據進行分析和存儲，形成數據庫之后方便后續的調用。BIM技術能夠在較大程度上減少工程造價管理工作量，同時還能提升工作質量，且當工程造價方面產生了爭議時，利用BIM技術就能夠減少溝通過程中由于信息差帶來的矛盾，保障工程本身在滿足各方面需求的基礎上加快落實。