基于BIM技術的深基坑工程施工運用分析

王 佳

山西三建集團有限公司 山西 長治 046000

在城市化建設進程不斷推進的背景下，高層及超高層建筑數量增多，基坑深度也越來越深。為了提高建筑工程的穩定性、安全性，就要充分利用BIM技術，以解決深基坑施工中的問題，協調建筑工程和周圍環境的關系，提高工程的整體質量。另外，在BIM技術的輔助下，可根據工程特征建立三維立體模型，以確保工程質量為前提，校核并優化施工方案，為相關工程的施工提供指導，提升施工管理水平。現結合自身經驗，就BIM技術在深基坑工程中的應用展開探討。

1 工程案例

某工程有1棟38層、2棟42層高層住宅，建筑總面積11.3萬m2。本工程中，有地下室3層，基坑坑底最深處標高21.4m，開挖深度約13.9m，基坑面積4310m2。在基坑開挖深度內，有中風化泥質粉砂巖、素填土，基底處于中風化泥質粉砂巖中。基坑南北兩側均臨近道路，安全等級1級，重要系數1.1；東西側安全等級2級，重要系數1.0。基坑施工中，以旋挖樁為圍護結構，樁型800@1100旋挖樁，排水方式為明溝排水。

施工重難點：①本工程有3層地下室，基坑內有格構柱換撐體系，和結構樓板的連接施工、底板防滲漏、土方開挖等是施工重難點。②支護樁和板邊緣相互重疊，此處施工面積狹小，增加基礎施工的難度。③地下室底板面積大，集水井、電梯井土方開挖是安全管理難點。為保證施工質量和安全需求，采用BIM技術，前期策劃考慮結構是否合理，進行三維模型構建、優化設計、模擬等，并在施工過程中展開安全監測。

2 BIM技術概述

BIM技術是一種基于三維數字技術，構建數字化模型的技術形式，是指運用三維技術和軟件，根據工程特征和各構件的關系，構建具有高仿真度的建筑模型，使其以立體、直觀的形式呈現出來。在三維模型中，工程全部信息都被納入其中，包括施工設計、管理、運營管理等，貫穿工程全生命周期，對提升工程管理效果、提高建筑質量具有重要意義[1]。此外，運用BIM技術能從多個角度和層面進行深化設計，具有極高的信息集成性；明確各環節間的關系，便于進行碰撞檢驗，避免各工序的相互沖突，強化工程的協同管理；基于某一環節的變化調整施工方案，增強各環節的關聯性，實現數據信息共享，方便各參與主體對接溝通；在高度仿真可視化條件下，可跨越人腦思想的局限預演施工方案。同時，基于施工組織設計對施工過程進行模擬，保證施工方案的合理性。

3 BIM技術在深基坑工程的運用

3.1 BIM技術的應用流程

BIM技術在深基坑工程中的應用流程見下圖1。

圖1 BIM技術在深基坑工程中的應用流程

3.2 BIM技術的應用要點

3.2.1 施工前勘察

在深基坑工程施工前，對施工環境、地質水文條件進行全方位的勘察是一項必要且重要的工作。通過對施工現場環境、水文地質的調查，判斷地貌情況，了解其是否經過人工回填改造處理；測量施工場地穩定水位的埋深，明確其標高。若地下水來自降水補給，提示地表水年度變化介于1m-2m，且含水層間相互連通。在獲得工程相關信息后，結合工程特征和要求，對不同施工方案進行比較，從中選擇最合適的一種。后借助BIM技術建立環境模型，使施工環境特征更加直觀、全面的顯示出來。在此基礎上，對環境模型進行分析、計算，選擇最優方案。需要注意的是，環境模型要包含地下管線分布、地形地質、周圍環境等內容，才能保證環境模型的適用性。

3.2.2 構建三維可視模型

在環境模型構建完成后，需全面考慮模型所包含的信息，在此基礎上構建三維可視模型，確保深基坑結構的科學性，充分發揮出深基坑的支護作用。一般來講，在深基坑施工過程中，由于各因素影響導致實際施工和設計方案存在偏差，所以必須充分運用BIM技術建立三維模型，此時各工序和構件關系一目了然[2]。如果施工過程中出現不足或變動，通過該模擬展開模擬可優化施工方案，提高方案設計的有效性。另外，經BIM技術的可視化功能實時監測工程，并科學設置臨界預警值，當模型發現數據超出規定值后自動發出警報，實現智能監控的效果，確保深基坑施工安全。本工程中，深基坑監測內容和預警值見下表1。

表1 深基坑監測內容和預警值

3.2.3 設計優化和圖紙會審

（1）設計優化。在深基坑結構階段的優化，通過施工前勘察資料的整合、模型建立、數據分析，幫助相關人員了解工程情況，深化地質參數，設計施工方案，方便相關人員了解設計想法。在方案設計優化過程中，通過施工場地的布置、模型的應用，對模型中的土方展開分析，劃分開挖區域，根據開挖量、高程的區別，將基坑劃分為3個區域，然后再開挖土方。同時，參照不同的開挖作業優化運輸線路，經三維模型展示施工現場內的道路及開挖前后的基坑面貌[3]。（2）圖紙會審。基于BIM模型對深基坑工程進行三維查看、圖紙輸出，并核查結構圖紙、支護結構設計、監測點位布置等，輔助圖紙會審。發現圖紙和實際有出入后，安排人員到現場勘察、審核，為施工圖紙的優化調整提供參考。

3.2.4 技術交底

深基坑施工涉及眾多工序，為了保證施工質量，對關鍵工序、重要部位采用基于BIM模型的技術交底。具體包括：（1）格構柱調垂。在工程逆作施工區，實施“一柱一樁”支撐體系，采用于格構柱內插入鋼筋混凝土立柱樁支撐系統（豎向）。在格構柱施工過程中，運用氣囊法調垂處理，此工藝屬于隱蔽工程，再加上格構柱是整個工程主要的承重構件，故需嚴格把控其的制作和安裝；構建格構柱調垂模型，細度LOD300，包含氣囊調垂設備、鋼筋籠，經模型介紹氣囊法的工作原理和組成部分[4]。（2）梁柱節點處理。“一柱一樁”支撐體系是永久結構柱，位于上部梁柱節點的梁鋼筋需穿過鋼立柱，因此其節點處理比較復雜。本工程中，格構柱橫截面（外緣）400×400，框架梁界面500×1100、800×1100，框架梁縱筋間距也比較大，擬采用鉆孔鋼筋連接法對各節點進行處理。（3）后澆帶細部構造。深基坑施工作業面大，需要在多處設置后澆帶，尤其是順逆、逆作區結合處。基于此，需構建LOD400級后澆帶模型，并在模型內納入材料信息、施工工藝，運用BIM模型逐一展示后澆帶細部構建。實際施工中，為了能夠均勻傳遞后澆帶受力，于基坑西側后澆帶添加工字鋼作傳力桿件，提高結構受力的整體性。

3.2.5 施工模擬

（1）基于優化方案和工程模型，相關人員只需使用Revit軟件即可達到深化施工場地布置的效果，關鍵內容有：基坑分區開挖、土方運輸等。需要注意，過程中不能只關注工作開展，還要檢查是否符合要求，若發現和要求不符的地方，需重新設置，以免影響后續工作的開展。（2）結合專項施工方案進行施工模擬，嚴格把控施工進度。在施工場地布置完成后，在相應軟件內導入模型，輔以漫游技術觀察施工情況及對周圍環境的影響。漫游技術的應用，不僅能把握地下管線、建筑結構的影響，還能預測工程竣工后的效果，比較適用于不同方案的比較。對于不合理的地方，及時制定整改措施，原則上是合理調整施工工藝和作業面，以便提高施工效率和工程質量。

以土方開挖為例，受周圍環境、支撐體系、施工場地等方面的限制，土方開挖是前期基坑設計需要關注的重點，如開挖順序、車道設計等。前期對施工場地進行勘察，由于本工程基坑開挖深度較深，底板面積大，采取盆式開挖法，分區域、分層開挖；基于三維模型，模擬不同施工階段的工況，直觀展現施工方案，提高各工序的溝通效率；基于BIM模型、圍護體系，結合各階段的施工工序，通過擺放施工設備、模擬車輛行進路線等，來了解施工現場的機械使用情況。

3.2.6 施工安全監測

本工程基坑開挖深度在10m以上，是一項危險性較大的工程。基坑工程不可預見性多，設計、施工首先考慮的問題是確保基坑和周圍環境安全，基于BIM技術的參數信息化、協同性等特征，不僅能快速識別基坑施工中的危險點、敏感點，還能清晰直觀的展示出基坑變形情況，從而有效防范安全事故的發生[5]。在施工安全監測中，要做好以下幾點：（1）布置監測點位。按照監測要求和設備類型建立監測點位模型，運用模型布置監測點位、傳感器，經第三方軟件上傳監測數據和結果，監測系統整合后再將數據上傳至Revit模型，以直觀的形式完整展示監測過程。（2）采集數據和整合。定時或不定時的采集監測數據，通過傳感器傳至第三方，經監測系統進行分析、統計，形成完整的數據結論。（3）和BIM模型關聯。通過對基坑位移、建筑物沉降、地下水等監測點位數據的采集，經Revit軟件進行二次開發，和三維模型顏色相關聯，運用三維可視化功能直觀反映安全預警的區域。對于監測點位，在Revit軟件內單獨增設參數，設置警報值，在范圍內為綠色，超出范圍為紅色，并設置預警提示。

對于深基坑工程而言，只有全方位的監測支護結構、周圍土體等，才能全面把控工程施工對周圍環境的影響、工程安全性，同時也能在出現問題后做出反饋，并基于實際情況對相關參數、施工工藝進行調整，以此來保證深基坑施工安全順利的進行。

3.3 BIM技術的應用效果

在深基坑工程施工中，BIM技術的應用具有顯著成效，主要表現為：（1）通過BIM模型優化場地布置，保證材料區、設備選址的合理性，防止因場地布置不合理影響施工進度。（2）對于難以把控的施工環節進行模型展示，有助于相關人員了解設計意圖，防止因盲目施工頻繁出錯，引發質量問題[6]。（3）對施工過程進行模擬，能夠了解各工序的施工情況，避免管理人員錯誤估算施工情況，實現對施工進度的預測與把控。在本工程中，通過BIM技術的應用，不僅保障了深基坑工程的施工質量，還獲得了良好的經濟與社會效益，至少節約了65萬元的成本。

4 結語

綜上所述，BIM技術在深基坑工程中具有顯著優勢，市場前景廣闊。本文通過上述分析，得出以下結論：（1）BIM技術的優勢在于能夠完整的勾畫工程落實流程，同時也能分析、存儲各階段的數據信息，形成完整的數據庫，方便日后調用。（2）通過前期勘察、模型構建、設計優化和圖紙會審等，能夠充分發揮出BIM技術的作用，為深基坑工程的順利施工提供指引。（3）目前，BIM技術日益成熟，本文BIM技術應用只是基本的功能嘗試，還存在一些問題，全方位、全過程的BIM技術應用有待深化。