BIM技術在地下空間深基坑工程中的應用研究

王文龍

（建材天水地質工程勘察院有限公司）

1 BIM技術以及基坑工程相關概述

1.1 BIM定義與特點

BIM 技術是信息化時代的重要技術類型，在使用過程中不僅可以運用到建筑工程全生命周期，而且還能代替傳統施工管理以及建筑設計模式，提升施工過程中的專業性與科學性。同時，該技術還能通過模型搭建的形式為工程開展提供數據支持，增強深基坑前期設計以及施工管理、后期驗收質量，為上部結構的建設奠定良好基礎[1]。

BIM技術具備一些特點。第一，可視化，指能夠將工程數據信息轉化為三維立體模型，使二維圖紙能夠可視化地展現在技術人員面前，為工程后續規劃與設計提供有力幫助。第二，模擬化，技術人員可以通過三維模型以及時間維的運用，在施工前對后續的施工環節進行模擬，并為方案優化提供指導。第三，優化性，BIM 技術與其他技術相比，數據模型的搭建可以隨時根據信息數據的變化而調整。

目前，很多深基坑施工團隊雖然具備豐富的經驗，但是在施工技術運用方面，依舊使用傳統形式，沒有引入BIM 以及有限元技術，以至于在軟件使用的過程中很難快速發揮軟件以及技術的價值，這也嚴重阻礙了地下空間深基坑施工項目的發展。

1.2 深基坑工程特點

基坑指按照基底標高以及平面尺寸要求挖掘的土坑，穩定的地下室結構施工可確保施工順利進行。

①區域性。不同地區由于水文地質條件不同，在土壤性質方面會存在較大差異，需要針對性采取措施，無法實施標準化、統一化建設。

②綜合性。深基坑工程涉及多方面內容，包括技術運用、結構工程等，因此也會受到很多因素的制約，要求工作人員具備較強的綜合性知識儲備才能夠達到建設標準。

③復雜性。深基坑挖掘過程中地基結構容易出現形變，水文環境的影響也會使基坑變得更加復雜。

④風險較大。在支護結構搭建的過程中，由于屬于臨時結構，因此很多團隊在此方面的資金投入成本較低，這也制約了深基坑工程的施工質量。

⑤建設周期較長。深基坑工程的支付工作難度較大，要花費較長的時間才能降低水文以及外在因素對施工的影響，因此在前期設計的過程中要充分考慮施工周期，以免影響工程交付[2]。

2 地下空間深基坑施工中的BIM技術應用分析

2.1 技術運用目標以及應用現狀

本工程2022年3月開工，主要包括三方面內容：①利用BIM 平臺以及有限元分析軟件完成資料收集；②通過BIM 技術實現3D 模型搭建，優化施工方案；③通過軟件完成基坑挖掘施工模擬，了解基坑建設過程中地基以及支護結構的受力與變形狀況。

目前，BIM 技術已經被廣泛運用在建筑工程中的多個領域，能夠有效確保工程質量，解決傳統工程中面臨的問題，使施工方案設計實現二維到三維的發展。此外，利用3D模型搭建以及有限元分析軟件的使用，能夠全面分析深基坑挖掘數據，確保方案的合理性，幫助管理人員掌控管理重點以及地基和支護結構形變的范圍，并利用動態模型分析的形式保障施工安全。同時，BIM 技術的應用在深基坑項目應用過程中還進行了創新：在模型導入以及有限元分析軟件運用的過程中，可以通過MIDAS Gen軟件作為轉換介質，實現三維模型和有限元模型的應用變化，進一步突破傳統技術局限，為拓展技術應用范圍奠定了良好的基礎[3]。

2.2 深基坑設計階段的技術運用

2.2.1 應用意義

本工程項目主要針對深基坑深度大、場地有限、環境復雜等加以研究。由于深基坑工程具備一定的特殊性，屬于隱蔽工程類型之一，因此，在技術要求方面也更加嚴苛，一旦產生危險事故，不僅會破壞周圍環境質量，而且還會產生人員傷亡隱患。在過去深基坑施工過程中，技術人員往往會通過二維圖紙設計的形式完成施工前期規劃，此形式時間較長，而且無法精準地體現地下的結構關系，在構圖上存在隱蔽性，無法使技術人員了解整體情況，難以指導具體施工。與此同時，由于支護結構屬于動態工程，而傳統的技術運用中施工與監管各方獨立，因此無法確保工程的順利開展。由此可見，必須要針對深基坑設計加以研究，并利用BM 技術以及有限元分析技術的運用增強施工的可視化與協調性，盡可能規避工程問題[4]。

2.2.2 使用特點

首先，施工前期設計在技術形式上從二維轉為三維立體化設計，進一步增強構建以及各區域結構之間的關聯性和系統性。在后續優化模型的過程中，只需要更改其中一處數據便可以調整全部的數據，因此在系統關聯性上也能夠實現無障礙交流。其次，在BIM技術應用的背景下，三維幾何模型的搭建可以在幫助技術人員了解基坑設計結構的基礎上，清晰地展示結構與地下管線和地下室其他結構節點之間的碰撞狀況，進而為規避施工問題做好施工前的方案制定，最大程度降低對具體施工的影響。最后，BIM技術可以還原和模擬施工過程，并利用有限元分析軟件幫助技術人員了解地基變形情況以及結構受力，保障施工水平[5]。

2.3 項目施工管理中的技術優勢

對于深基坑施工管理來看，深基坑設計由于受到多種環境的限制，且存在一定的未知性，在施工過程中很容易出現安全隱患。而BIM技術人員則可以通過模擬施工狀況提前了解方案中的問題并加以優化。除此之外，從宏觀的角度來看，BIM技術的應用不僅可以強化工程建設水平，而且有助于減少不必要的資源浪費，降低深基坑施工對周圍環境的影響。

在此基礎上，BIM 技術在施工管理方面也具備一些優勢。①人員安全。在深基坑施工的過程中，BIM技術的使用可以進一步縮短施工進度。管理人員可通過3D模型提前了解施工狀況，并結合自身經驗判斷可能存在的安全隱患，提前制定相應措施，這樣不僅能夠確保工程管理的科學性，而且還有助于規避質量問題，提升工程水準。②材料方面。管理人員可通過BIM 軟件錄入信息的形式，完成材料的供應管理，不僅能夠明確材料狀況以及相應信息，而且還可以計算不同區域材料的使用需求，提升工程效率。目前，隨著技術的不斷升級與發展，BIM技術還可以為施工管理人員提供信息比對等功能。在具體工作中，軟件會根據平臺質量管控標準與建造模型完成數據比對，分析問題區域狀況以及產生數據偏差的原因，為管理優化提供數據支持。③機械設備方面。BIM技術的使用可完成機械設備動態化布置，從而在節約現場資源的前提下尋求最科學的機械布置設計，既能夠確保機械使用過程中不會互相影響，又可以保障現場秩序。④環境方面。BIM 技術的使用可提前了解現場環境，利用數據錄入的方式判斷深基坑施工的安全情況[6]。

2.4 工程竣工階段的BIM技術管理

在深基坑項目竣工階段，BIM 技術應用主要包括以下兩方面內容：一是資料管理；二是成品維護。一方面，深基坑項目工程驗收是施工中的最后內容，是評定項目施工水準的關鍵，一旦驗收不能通過，就會影響其他結構的施工進度，產生不必要的時間成本以及資源浪費。因此，在前期，工作人員必須要整理并收集驗收資料，并確保資料的真實性與科學性，能夠追根溯源查詢當時的信息。

在BIM技術運用的背景下，深基坑3D模型搭建以及數字化存儲等形式可幫助管理人員實時收集工程資料和信息，并將其歸納在數據庫的不同資料管理類別中，進而實現施工全生命周期的數字化質量管理。管理人員可以擺脫時間以及空間的限制，動態掌控項目施工狀況以及變更簽證的情況，在竣工時，只需要驗收并提取資料便可一次性生成驗收資料文件夾，從源頭上提升竣工驗收的質量和效率。

從產品質量維護方面來看，深基坑工程較為隱蔽，因此竣工之后無法細致了解內部情況，一旦出現問題，難以追蹤到技術人員。而BIM 技術利用存儲管理形式可以記載每一個施工環節的具體信息，包括施工人員、團隊狀況、驗收報告、施工進程等，并形成工序資料檔案。在施工交付之后，即使工程出現問題，系統資料也不會消失，可以隨時為管理人員提供當時的真實狀況，并分析質量問題產生的位置。利用模型了解構件屬性，分析問題原因，幫助工作人員及時加以處理，這樣不僅能夠進一步強化地下空間工程的后期管理維護效果，而且還能明確工作人員的責任信息，使其可以加強對施工過程的重視，有效確保工程質量。

總而言之，BIM 技術能夠利用數據信息完成數字化模型構建，并將其作為后續施工管理以及信息材料收集的重要依據。此外，在BIM 技術應用的背景下，可以有效彌補傳統支護項目中的技術缺陷，通過構建技術體系的形式以及有限元分析軟件的應用，強化深基坑工程質量。由此可見，深基坑項目中的BIM 技術具有較高的應用價值，在未來的發展過程中，政府以及施工團隊也要加大對BIM 技術的重視，拓展技術應用范圍，并利用研發升級的形式增強BIM 的功能性，進而為推動我國建筑工程行業的長遠發展創造良好的條件[7]。

3 結語

綜上所述，BIM 技術作為現代化技術的典型代表，有效運用到地下空間深基坑工程中，不僅可以提升工程質量，而且還能確保項目數據的科學性，減少資源浪費，降低工程成本。因此，在后續工作中，要求深基坑項目施工團隊要進一步加大對BIM技術的關注，并針對有限元分析軟件加以研究，利用轉化插件的形式規范系統開發水平，拓展BIM 技術的應用范圍，為我國深基坑工程的可持續發展創造良好的條件。