BIM技术在基坑工程施工中的应用

陈卫林　童磊　马少俊　姚宏波

摘要：近年来我国科技水平的提升，建筑行业的施工技术在不断的提高。随着时代的推进，科技高速发展，深基坑工程规模不断扩大，要求不断提高，如何提高工程质量、加快施工进度、避免施工变更、将工期成本控制在合理的范围内成为关键问题。传统的二维设计模式已经不能满足深基坑工程的精细化管理要求，而BIM技术可以为建筑行业提供全生命周期的精细化管理，将文字信息和二维平面图纸转换为三维信息模型，并将建筑全生命周期的信息全部体现在模型中，为现场各专业施工人员提供信息共享平台，为深基坑工程的精细化管理发挥了重要作用。

关键词：深基坑;BIM技术;计算模型;数据库

将BIM技术引入基坑工程特别是复杂深大基坑的设计、施工、监测中，通过创建基坑BIM模型，打破基坑设计、施工、监测之间的传统隔阂，实现多方无障碍的沟通和信息共享，让项目不同参与方可以共同协作，通过三维可视化沟通加强基坑工程的施工现场、成本、进度、质量管理，节约成本，减少现场返工，提高工作效率。

一、BIM技术在基坑设计中的优势

（一）传统基坑设计方法的缺点。传统基坑设计包括计算与绘图两个部分。计算部分是通过单独的计算软件来对计算模型进行建立，基坑设计人员根据计算数据进行二维剖面图、立面图、平面图、详图以及材料表等的绘制。各种立面、平面以及剖面图中的信息则会在基坑的传统设计中产生矛盾，在构件、管线间不可避免地会出现错位、碰撞以及错误的尺寸标注等问题。而针对复杂的深大基坑，传统的CAD设计无法在协同和表达上更好的满足其复杂的地面、地下构筑物以及支护结构等。这种基坑设计方法导致图纸之间的相对独立，因为没有信息数据库对数据进行统一的管理，只能通过专业人员对分散的资料进行整理。因此，为了增强基坑工程的协作和整合，需要确保各专业设计内容之间的配合、沟通以及共享。（二）多维信息计算模型取代二维绘图。基于BIM技术的基坑设计将传统的二维设计转变为三维可视化的动态设计，该设计方法所建立的BIM三维模型包含各种各样的信息数据，然后再通过3D模型生成所有文档以及图形，且与模型保持逻辑关系，当改变基坑模型时，与其配套的文档与图像便会同时进行更新。此外，BIM基坑模型所建立的对象之间具有内在的逻辑关系，当其中一个对象发生改变时，与之相关的对象也会发生改变。该设计方法能够使各专业设计实现信息的共享，通过信息模型可以获取所有专业系统所需的信息以及参数，不必反复进行数据的录入，避免数据出现错误、冗余。（3）虚拟与智能设计的实现。BIM的建模、动画以及渲染技术可以完美地展现基坑在不同阶段的效果图。同时深大基坑由于其复杂性会导致地下管线、支撑、围护桩以及锚杆与其他地下构筑物产生交叉，进而使实际的施工无法满足设计要求。此外，BIM建模工具中的碰撞检测功能能够对其进行检查以及修改。

二、基坑工程BIM應用业务流程

（一）收集项目相关岩土工程地勘报告和设计资料，获取地形、地质数据，建立三维地质数据模型。所谓三维地质建模，是以各种原始数据（包括钻孔、剖面、地震数据、等深图、地质图、地形图、工程勘察数据、水文监测数据等）为基础，建立能够反映地质构造形态、构造关系及地质体内部属性变化规律的数字化模型，这其中包含各种物理信息如地层信息、水文地质等信息。通过适当的可视化方式，该数字化模型能够展现虚拟的真实地质环境，更重要的是，基于模型的数值模拟和空间分析，能够辅助用户进行科学决策和规避风险。（二）获取周边建筑物、道路及地下管线等设施的数据，建立施工场地布置模型。（三）导入地形数据模型及施工场地模型数据，进行基坑工程的支护体系模型建立。模型除了对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述外，还包括完整的工程信息描述，如对象名称、支护类型、材料类别、工程物理力学性能等设计信息。（四）土方开挖施工方案设计及施工模拟。通过土方开挖施工方案工程仿真，了解桩基变位，支护结构变形，地形变形对周边设施（相邻建筑及管线等设施）的影响等情况。（五）根据土方开挖设计数据及地形数据进行土方算量。（六）导入基坑变形监测数据，该数据存放在Ex-cel表格中，通过读取该数据生成基坑边形形状，可以查看到临界区域和超限危险点。还可以将某时间点的变形模型与初始模型叠合并进行误差检验。（7）基坑监测人员及管理人员确定危险点后调取基坑监测报表，确认危险点是否属实并及时启动应急预案，第一时间开始基坑危险时间处置工作。

三、深基坑BIM模型

模型采用AutodeskRevit软件建立基坑3D模型，先将有轴网、立柱桩、搅拌桩和内支撑的CAD图纸链接至Revit软件中，其中地下连续墙用基本墙绘制，内支撑、腰梁、冠梁等用梁单元绘制，搅拌桩、工程桩等用混凝土柱单元创建。相比传统的二维图纸，3D模型实现了图纸可视化，通过3D模型能为现场施工的人员直观、完整地展示支护桩结构、内支撑结构、地下连续墙等，使工作人员充分地了解设计意图，避免因理解错误而造成的损失。地下连续墙深层水平位移的测斜孔则采用柱模型代替，以便将基坑监测信息与Navisworks软件中的模型关联。

四、信息化监测

通过BIM技术将基坑的形状、围护结构、周边环境以及各类监测点建立模型，在模型中导入每天的监测数据并采用4D技术（三维模型+时间轴）+变形色谱云图的表现方式方便工程师、管理人员、业主、施工人员等查看基坑围护结构的变形情况。基于BIM技术的基坑监测的优势：（1）直观表现基坑围护结构的变形情况，通过添加时间轴的4D变形动画可以准确判断基坑的变形趋势;（2）快速定位基坑围护结构的危险点，并根据变形趋势及现状及时作出应急预案;（3）辅助施工管理，非监测专业人员同样可以看懂基坑变形情况;（4）结合其他监测数据如水位变化、道路沉降、管线变形、周边建筑物变形等辅助工程师判断基坑变形的原因及主要影响因素;（5）结合已有的基坑围护结构的变形历史判断未来一段时间的变形趋势，对危险位置提前预警重点监测，有利于施工管理人员和业主方的工程决策。

五、结语：

通过BIM技术在基坑工程的应用创建基坑的BIM信息模型，打破基坑设计、施工和监测之间的传统隔阂，直观体现项目全貌，实现多方无障碍的信息共享，让不同的团队可以在同一环境下工作。通过三维可视化沟通，全面评估基坑工程，使管理决策更科学，采取措施更有效，并加强管理团队对成本、进度计划及质量的直观控制，提高工作效率，降低差错率，节约投资。

参考文献：

[1]杨敏.BIM技术在深基坑工程中的应用探讨[J].工程地质学报，2016（22）：407.

[2]张燕.BIM在基坑工程中的应用探索[J].技术研究，2015（6）：63.