論深基坑支護結構施工中BIM 技術應用

文｜中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊 潘明

在更高標準和要求深基坑支護結構施工環境體系下，施工單位要積極探索效率、成本低的施工技術，并以此為依據優化、完善、重構施工項目內容、方式，同時也要積極創新技術應用方式，以適應復雜的市場環境。而BIM 技術的應用，能夠為深基坑支護結構施工等項目的作業提供良好幫助，因此有必要探討其的具體應用環境和方式[1]。

1.BIM 技術概念及其應用特征

1.1 BIM 概念內容

BIM（Building Information Modeling）主要是指結合計算機技術，以立體、可視等方式展示建筑模型的建筑技術，簡稱建筑模型信息化。拆分其內容構成要點可以看出，其主要有三個部分構成，其中B（building）主要涉及水體、土壤等同深基坑支護工程相關的內容。而I（information），其主要表示基坑支護施工過程中涉及的所有元素，如施工方案、信息技術、施工材料等。M（modeling）其主要為動態施工模型。從概念內容的表現看，BIM 描述了地下深基坑支護結構施工模型建立的行為與過程，但隨著信息技術、建筑技術、人類思維等因素的影響，BIM 技術的應用過程也變得更加復雜，因此大多數施工單位更習慣于將BIM 當作一種與建筑信息化思想相關的工程施工技術[2]。

1.2 BIM 特征表現

結合BIM 技術原理、應用表現，其特征主要包含以下幾個方面：①可視化。其能夠將整個施工過程可視化，且所有可視化的結果，除了能夠用報表、效果圖來展示，還能讓建筑項目的全生命流程可視化，如項目設計、施工過程、運營管理等；②協調性，建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業的碰撞問題進行協調，生成協調數據，提供出來；③模擬性。其能夠模擬施工整體過程，如針對設計階段的模擬，可進行光照模擬、視線模擬、節能（綠色建筑）模擬、緊急疏散模擬、CFD 模擬等。再如，在招投標和施工階段，可進行4D 模擬和5D 模擬，其中前者包括基于施工計劃的宏觀，而后者可與施工計劃匹配的投資流動模擬[3]。

2.深基坑支護結構施工中BIM 應用路徑分析

基于上述BIM 技術概念、優勢、內涵等內容，BIM 技術在深基坑支護結構施工中的應用可以從施工情況模擬、把控施工全生命周期、完善施工組織構架、優化施工技術選擇等層面，具體而言：

2.1 應用于施工情況模擬

施工情況模擬主要指通過模擬方式，了解施工圖紙設計、現場基坑支護建設方式、順序等情況是否符合規范，是否存在缺陷，并依據模擬分析結果提出針對性應對措施等[4]。首先，模擬施工圖紙設計是否合理。通過收集基坑現場情況，如周邊建筑物基本形式、埋深結構，或基坑平面位置與河渠、土坡間的關系，或基坑周邊降水量情況等，然后以此為模擬依據，分析設計圖紙是否可靠、是否有施工價值、是否存在設計缺陷等，如模擬發現土釘支護出現太大的變形、連續地下墻支護結構墻面存在缺席等、土釘拉力不足等；其次，模擬施工組織設計方案。可利用BIM 技術可視化屬性，模擬真實施工流程，并提出針對性指導措施，如掛網施工支護工藝要嚴格按照標準流程把控各個要點的施工流程，或基于放坡要求修整土壁等；其三，應用于復雜、重難點工序的模擬。以設計支護樁重要施工內容為例，要模擬其最佳樁徑、基底標高處樁間距。再如，支護構架應急加固處理等。以某兩棟建筑為例，其總建筑面積11.3 萬平方米，建設內容涵蓋高層住宅、商業、學校、地下車庫等。對項目場地實地調查發現，其基坑階段需要開挖較深的深度，且需要設計較大的底板面積，所以設計盆式開挖法，分區域分層開挖，建立三維模型，然后對各個階段進行實況模擬，發現調整物料進場方式、設備分布方式，如大型挖掘機應先由東向西開挖等。

2.2 應用于全生命施工周期

結合深基坑支護施工要點、目標等要素，其全流程包含以下幾個方面的內容，①可行性研究。在此環節主要是利用BIM優化性，對可行的深基坑支護項目進行優化，如優化施工方案；②勘察，此環節主要是利用BIM 技術將勘察的基坑信息進行數據化，如土層柱狀圖、工程地質剖析圖、勘察現場平面圖等，然后利用三維模型分析現場參數、信息等內容，以提升勘察的可靠性，為后期施工圖紙、施工組織等要素的設計奠定基礎，如利用BIM+GIS+三維地質+勘察信息化數據平臺，能夠進一步提升勘察數據的質量[5]；③施工設計，其主要應用如上述設計應用為主，當然也可對安全應急處理進行模擬，如在發生安全事件后，如何在保障施工作業人員人身安全情況下控制現場情況；④施工。施工屬于深基坑支護的核心流程，具有十分重要的意義，因此BIM 的應用也更加全面、立體，如可進行虛擬施工、施工現場建模、施工機械建模、臨時設施建模等內容，如虛擬施工，其主要是指結合施工圖紙、現場勘察等情況，以機械建模、現場施工建模以及臨時設施建模為基點，虛擬現場使用情況（如圖1 所示）；⑤深基坑回填。BIM 應用流程主要為，利用BIM 技術分析基坑結構主體→形成基本模型→利用模型分析回填邊線條范圍→搭建土方實體化模型→分層處理圖層信息→獲得各個區域實際所需回填量→依據回填量設計回填方案→進行回填[6]。

圖1 BIM 技術虛擬深基坑現場施工

2.3 應用于施工組織構架

基于BIM 技術的協調屬性，其能夠保障多個部門間協作的有效性、有序性，具有較強的作用。究其原因，BIM 技術能夠搭建橫向和縱向信息流通平臺，不僅能夠通過圖示化、圖表化內容讓作業人員快速了解支護設計要點和重點工作，繼而有效縮短施工時間、提升施工質量，還能提升現場作業人員的調度效果，如讓支護鋼筋材料的調度、現場支護澆筑、集水井的砌筑等的協調等。同時，基于BIM 技術的功能，還能建設更加有序、系統、完善的施工組織構架，讓各個部門明確自身具體責任，如施工設備的保護、選擇施工技術、施工現場相關資料的管理、深基坑全流程預算管理、支護結構保護、BIM 技術應用管理等。

2.4 應用于優化施工技術

受到環境、地理位置、土層結構、周邊建筑、設施設備等要素的影響，要科學選擇深基坑支護技術。而利用BIM 技術可達到技術選擇的最優化。目前，國內深基坑支護技術主要包含鉆孔灌注樁、挖孔樁支護技術、深層攪拌水泥土樁墻支護技術以及土釘墻支護。利用BIM 可視化技術，能夠利用建模等方式，用4D、5D 方式立體展示各個施工技術的優缺點，如挖孔樁支護技術擁有變形較小、抗彎曲能力強、剛度較大等優勢，但是其成本較高，不適用需擋水環境。再如，土釘墻支護技術，擁有造價低、施工速度快等優勢，水會使其結構軟化，繼而導致局部或整體受到破壞等。而這便能幫助施工人員、管理人員更加有序的選擇施工技術。需注意，在利用BIM 技術選擇施工方法，或優化施工時，應首先確定施工環境和設計的五維模型、要結合構件內容科學選擇模擬設備以及機械設施運作方式、明確施工順序和方式以及現場臨時裝置的位置等。

3.結語

綜上所述，在現行技術環境下，BIM技術能夠提升施工效率，提升施工效率，保障施工安全。因此，施工單位應在重視該項技術應用的同時，以項目實際情況為基點，探究其最合理、科學的應用方式。據此，文章從四個方面分析了深基坑支護結構施工中BIM 技術應用，具有一定參考價值。