BIM技術在深基坑工程項目管理中的應用研究

張 寧

山西二建集團有限公司（030000）

0 前言

BIM技術的出現和應用給我國建筑業的項目管理提供了新的解決手段，能將項目十分抽象和龐雜的平面轉換成具有可視化特點的三維視圖，并采用模型作為數據信息的主要載體，以此在提高不同專業工作效率的同時，推動整個建筑業更好的發展，并且BIM技術也在不斷發展與創新。在項目的全生命周期中通過對BIM技術的引入，可以處理不同方面和階段的問題，包括前期規劃與設計、中期實施與后期運營。

在項目的實施階段，以深基坑施工為最重要的環節。對于深基坑施工，尤其是超高層建筑的深基坑施工，不僅基坑面積和挖深大，而且場地復雜，施工難度高，容易產生安全與質量隱患。針對這種實際情況，引入BIM技術開展項目管理具有十分重要的作用，除了能確保深基坑施工順利完成，還能從根本上保證質量與安全。

1 BIM技術概述及應用現狀研究

1.1 BIM技術的概念

BIM英文全稱為Building Information Modeling，即建筑信息模型。BIM以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，是對工程項目設施實體與功能特性的數字表達，被認為是CAD之后，工程建設領域出現的又一項重要的計算機應用技術[1-3]。

1.2 BIM技術應用現狀

BIM技術實現了從傳統二維繪圖向三維繪圖的轉變。傳統施工中，以CAD圖紙為基礎，編制各種施工方案，無法全方位考慮各項因素，通常一個地方發生了變更，無法準確地將所有相關的信息作相應調整，導致出現誤差。BIM技術出現，能全面直觀地展現完善的信息模型，使得其在建筑領域迅速得到了廣泛應用。目前，BIM技術在建筑工程、裝飾裝修工程、機電設備安裝工程、地鐵工程、道路橋梁工程、測繪工程等領域的應用日益廣泛，與物聯網技術、GIS、智能監測系統、3D打印技術、智慧城市等深度融合，海量信息互通互聯，加速提升質量和效率，有力推動著各行業的深度變革。

2 BIM技術應用對深基坑施工的影響

2.1 實現切實有效的成本管控

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，幫助業主選擇最優方案。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。如充分利用工程勘察報告及數據，運用BIM技術建立深基坑分層地質模型，并關聯所有室內試驗和原位測試數據，能發現數據間矛盾之處，避免錯誤。工程勘察報告中的各種資料及數據均來源于現場鉆探、取樣及試驗，不能覆蓋全部場地。在基坑開挖時，常會出現實際地質情況與報告不符的情形，這時就可以運用BIM技術將地質情況以三維模型的方式展現出來，并在實際地質情況發生改變時，能即時掌握相關影響，快速得出成本改變的數據，以精準調控。另外，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。

2.2 實現支護方案的比選與優化

不滿足放坡條件的深基坑，需要采用先支護后開挖或邊開挖邊支護的施工方法，這就涉及到支護方案的選擇。通常，深基坑支護結構可分為:水泥土擋墻式、排樁與板墻式、邊坡穩定式等三種類型。在基坑支護設計時，應綜合考慮基坑周邊環境和地質的復雜程度確定基坑壁安全等級，然后根據安全等級選用支護結構類型。施工時，支護結構的效果受地質條件和周邊環境、基礎類型、開挖深度、降排水條件、施工季節、支護結構使用期限和工程造價等因素影響。最初選擇方案時，僅憑經驗對現場可能出現的各類因素進行估計，無法用更加確切的數據等進行量化，尤其在多因素同時向不利條件轉變時，現場不可能很快作出對策并準確布署，致使時機延誤，造成損失。所以，能有一種技術可以幫助合理選擇支護方案并持續跟進效果，至關重要。

排樁與板墻式支護結構包括鋼板樁、混凝土板樁、鋼管樁、鉆孔灌注樁、現澆或預制式地下連續墻等數十種形式，其材料、工法、效果、優缺點均各有不同。當引入BIM技術后，利用其三維可視化的特點，橫向對比各類支護方案的支護效果，并賦予科學的數據，量化對比。還可以根據各方案特點結合現場環境，演練不同支護類型相結合的方案的可行性。當確定某一種支護方案后，在施工過程中，通過BIM技術及相關軟件，采集實際施工數據，動態調整各項施工因素。但是，這種結合的支護體系也有可能會出現管涌、涌泥等現象，一旦出現不利現象，施工人員馬上可以借助BIM技術進行快速反應，并找到補救措施。因為，BIM技術可以對有可能發生的意外狀況進行模擬或推演，當然也有多種解決方案可以備選。這在很大程度上解決了在傳統施工中，出現意外狀況后需要花時間了解情況、分析原因、商議評估解決辦法而導致進度拖后、成本大幅增加等后果[4-5]。

2.3 實現施工動態監測，確保施工質量

深基坑施工期間，支護結構、土體、地下水的變化情況需要特別監測，并采集相關數據與勘察資料對比，以保證深基坑開挖的順利進行。將BIM技術融入深基坑施工監測系統中，就可以充分發揮其技術優勢，做到數據集成、動態模擬、動態監測、快速反饋。如在深基坑施工期間遇降大雨情況，就要求施工企業對基坑邊坡穩定和地下水位變化保持較高的關注度，稍微一點數據的變化可能會帶來嚴重的后果。施工監測時，利用BIM平臺的多數據、快反應、高精度的特點，不斷更新監測數據，實時關聯支護結構受力情況、地下水回流情況、邊坡土體受力情況等，實時將整個現場的情況以模型、數據、報表等形式展現出來，讓施工人員做到心中有數。深基坑工程進行技術交底時，通過BIM軟件快速、準確地生成模型，再通過軟件進行4D模擬，使其工況和工序一目了然[6]。為現場人員提供了逼真的可視化資料，有效避免了施工人員理解能力欠缺致施工效果欠佳或返工現象，更可達到加強溝通、提高工作效率的目的。運用BIM技術創建的施工過程模擬，讓施工各參與方對施工順序、技術措施、質量標準等理解更清晰，進一步保證了施工質量。

3 BIM技術在深基坑工程項目管理中的應用

某項目包含塔樓、裙房和地下室三部分。塔樓總高度約268.8m，地上57層，為辦公和酒店。裙房地上6層，以商業用房為主。地下室共4層，用途為設備用房、停車場和商業用房。該項目基坑周長可以達到672m，開挖邊線為用地紅線，塔樓基礎挖深23.1m左右，裙房與地下室基礎挖深在18.4～19.4 m，坑中最大挖深27.8m左右。該深基坑支護方法為樁錨、錨桿及掛網噴面相結合的形式?；咏邓c排水方式為在基坑頂部設置排水管，在基坑內部設置積水井、降水井及排水溝，并在基坑的周圍通過止水帷幕的設置實現截水。

該項目所在地區為軟土地層，地基土表層是厚度不同的人工填土，下部以粉土、黏性土及泥炭質土為主，其成因為湖相沉積，層厚相對較大，經鉆探未發現基巖層。在基坑開挖施工范圍之內，地基與土層包括粉土、黏性土及泥炭質土，其中，黏性土隔水性較強，另外兩種較弱，加之基坑挖深很大，不同土層的實際分布范圍很廣，所以給深基坑施工帶來了很大困難。在施工與管理中引入BIM技術已經成為該項目實施的必然，必須引起相關人員的高度重視。

3.1 場地布置

在項目施工中，需要為辦公及生活設置必要的活動板房，其布置需遵循的原則為最大限度利用現有用地，保證經濟性與實用性。對此可借助BIM技術實施綜合布置，利用裝配式圍擋為施工現場展開排版。結合施工設計方案，該項目深基坑施工具體可分成以下三個階段:第一階段為場地平整，第二階段為放坡平臺施工，第三階段為坑底施工。對于第二階段，其場地布置相對復雜，不僅場地面積狹小，而且所需機械設備數量諸多，需要多臺設備同時施工，所以，有必要借助BIM技術實施平面及整個空間的優化處理[7]。

3.2 土方開挖

該項目所在地區為軟土區，且地質分布的均勻性較差?；诖耍练介_挖需結合地質情況做好區別設計。對開挖區中土質進行顏色區別，以此直觀表現出各層土質具體情況，為基坑數據監測提供幫助。在建模過程中，對不同區域的構件信息分別進行完善，然后將其導入至Navisworks開始應用，對不同階段所用開挖方法予以動態演示，使不同區域開挖實現無縫銜接，進而從整體上對繪圖模式進行改善。

3.3 支護施工

該項目深基坑支護工程量巨大，采用過去的文檔管理模式難免存在缺陷，特別是文檔之間缺乏集成性，導致后期資料復雜度較高，難以快速找到有價值的信息。對此，在引入BIM后，能為實際的支護施工順序提供良好指導，直觀表現出支護體系各方面信息，如位置、間隔距離、長度和直徑等。另外，通過對某個支護結構的單選或多選，BIM技術還能對該結構的詳細信息進行查詢。

3.4 錨索施工

該項目深基坑施工使用可回收的錨索。相比其他類型的錨索，該項目的錨索施工工藝比較復雜。對此，在完成深基坑的建模后，采用3Dmax軟件為錨索施工開展動態模擬，以此形象且直觀地表現出整個施工過程當中需要注意的重點和難點，以此使技術交底實現可視化，從而達到最佳的交底效果。

3.5 支模體系

對于塔樓的坑中坑，借助BIM來設計，其模板支撐體系主要由大塊鋼模、背楞、支撐與對拉螺桿四部分構成。其中，背楞主要采用槽鋼，而支撐采用的是型鋼。相較于傳統工藝，采用BIM技術除了能縮短17d左右的工期，還能減少10%左右的成本。另外，在地坑內側，使用厚度為15mm的覆膜多層板與木枋制作尺寸固定的盒子，在做好統一編號后，在施工中通過吊裝直接就位[8]。

3.6 復雜節點

筏板基礎底部鋼筋最厚可以達到8層，且積水井與電梯井存在很多變截面，導致鋼筋的綁扎施工十分復雜，尤其是交接部位的施工更加困難。對此，通過引入BIM技術，針對基礎界面相對復雜的地方進行模型創建，然后可借助模型分析施工是否可行，并制訂有效措施解決施工中可能出現的各類問題。

3.7 進度管理

通過對計劃進度與實際進度之間的對比，確定差異是否處在允許范圍內，并找出導致差異過大的具體原因，以此對項目的進度予以有效控制。利用Navisworks先建立構件選擇集合，然后將方案對應的進度計劃導入（也可新建），再將建立完成的選擇集添加至進度計劃當中，同時將構件實際狀態調整至構造、臨時與拆除，以此即可完成對計劃進度的動態模擬，達到預期的動態管理目標。

4 結語

在建筑業發展過程中，BIM技術絕對是一項重要的催化劑，無論是在工程設計、施工、運營，還是在管理過程中，都有著十分重要的作用。該項目深基坑施工及項目管理中通過對BIM技術的合理應用，從根本上解決了包含場地布置、方案模擬和進度控制在內的問題，并在BIM技術的支持下，還實現了一些創新應用，如研發出新型具有止逆功能的注漿器和可實現裝配的防護樓梯，為項目管理增加了科技手段，最終為項目實施創造增值效益。