深基坑工程施工中BIM技术的应用研究

郭 豪

太原西山房城建安有限公司（030000）

0 前言

随着城市化进程的快速发展，城市高层建筑数量逐渐增多,地下空间逐渐被开发和应用,许多工程开始采用深基坑施工。而更多的深基坑施工是建筑和人口居住密集的地区,这对深基坑工程的设计提出了更高的要求。高层建筑工程深基坑施工是整个高层建筑施工的基础，高层建筑物的高度取决于深基坑施工的深度。高层建筑深基坑施工受到施工场地和竖向支撑体系的限制，施工场地狭窄，流程复杂。加强对深基坑施工前期的设计非常重要。深基坑支护工程是集合水文地质工程、岩土工程、结构工程和岩土测试技术于一体的系统性工程。基坑支护体系一般为临时措施，其荷载、强度、变形、防渗、耐久性等方面的安全储备较小。由于施工作业空间和地下管网错综复杂，在施工前期需对施工作详细、科学的设计规划，加强监测，以减少施工对周围建筑物的影响。建筑信息模型（BIM）是对传统建筑设计和施工管理模式的数字化创新应用，采用3D数字技术对建筑工程项目进行设计、模型建造和运营管理的全过程，建设数字化建筑模型，可以直观地展现工程项目的全部信息，特别是对工程的前期方案设计、3D全息展示、自动碰撞检查、施工图设计和施工成本的控制方面发挥重要作用，可以有效指导深基坑的施工作业[1]。

1 BIM建筑信息模型技术的主要功能

建筑信息模型技术（BIM）技术是基于三维数据技术的三维模型，其支持所有施工信息的模型纳入，可以指导工程项目的设计、施工及管理，对建筑施工全生命周期管理和复杂施工项目的精准作业指导具有积极意义。在BIM技术的支持下带来施工作业的高度可视化，也使得项目施工更直观、更系统、更规范、更高质。

1.1 可视化功能

可视化功能主要是构建三维模型，可带来二维图纸到三维模型的有效转变，除传统图纸平、立、剖的表达之外，还能够进行三维展示。三维展示也支持构建尺寸信息的详细展示，且展示直观而形象，这意味着项目信息从投资开始到最后竣工、运行维护都支持可视化查看[2]。

1.2 协调性功能

BIM技术的协调性主要集中在两个方面，一方面对项目各阶段进行协调，基于BIM技术信息共享平台，实现建设项目投资、决策、设计、中标、施工、竣工到运行维护等各个阶段的数字化信息的收集，指导各个阶段各内容的有效调整。另一方面实现构件空间的协调处理，减少构件空间布局不合理的风险，特别是对于承重构件和管道之间碰撞的情况进行特殊关注，这些问题可以基于BIM三维模型直观显现，方便工作人员提前处理[3]。

1.3 模拟性功能

BIM技术的模拟性优势体现为对建筑工程项目全生命周期各阶段有效模拟。以设计阶段为例，其能够支持施工各影响要素的综合统筹与分析，支持招评标阶段施工方案的模拟，并且能模拟每天工程进度，同时对配套资源与资金使用情况一目了然。在运行维护阶段，BIM技术可以对设备进行日常维护及疏散情况的模拟，高模拟度是后期决策的重要依据。

1.4 优化性功能

BIM技术为建设工程项目提供几何、物理、规则等多方面的信息支持，而很多信息是单纯凭借人力无法及时掌握的信息。这些信息的获取能指导项目优化调整，及时发现不合理、不合规范的地方，减少返工概率，能够提高后阶段的建设效率。

2 深基坑施工中BIM技术的应用分析

建筑信息模型技术（BIM）具有可视化、集成性、模拟性、协调性等优点，可辅助建筑设计，实现建筑信息的模型化整合，指导项目策划、方案设计、施工及管理，实现建筑全生命周期内的信息共享与传递。

2.1 BIM技术应用于支护方案

对于深基坑施工来说，必须先进行详细的地质勘察，以便把握好施工区域的地质条件，指导制订科学的设计方案。应用BIM技术可以构建环境模型，科学指导方案设计。勘察所获得的地基基础、地下管线、周边构筑物等都可以纳入到环境模型中，进行综合性分析，最终的支护体系也能以三维模型的形式展示出来，方便工作人员观察模型，分析支护体系中的建筑物、管线、道路等结构情况，及时发现问题并在模型中修改，制订优化的设计方案。例如钢板柱支护必须综合防水性能、承载能力、强度要求等指标，合理施工。在BIM技术的三维模型显示下，明确深基坑施工的重点，准备工作到位，使得深基坑施工既有质量保证，又能起到挡水、挡土的作用。

2.2 BIM建筑信息模型技术在协同深化设计的应用

所谓的协同深化设计就是需要将所有基坑、基础、建筑及结构纳入到协同设计体系中。传统设计技术被认为是深基坑施工设计的技术难点，而BIM技术的引入实现了所有内容一个平台的集合，指导建构综合性的三维模型，三维模型中心文件可以和模型互相连接，也方便其他专业设计人员查看模型、分析模型，指导设计方案的科学变更等，大大提高了协同设计的效率。BIM技术支持深基坑施工中参数的优化设计，其使得复杂构件以新组建的形式展示出来，且直接布置到BIM的三维模型中，只要调整参数就可以分析工程材料的总量，实现施工成本的合理控制。设计人员可以将BIM模型中展示的现场勘察报告指标参数进行施工设计，基于物理力学对施工现场相关建筑参数准确计算，选择需要的施工材料，作业中需要的施工设备，集中探讨与科学审核，及时发现问题，及时沟通。勘察、设计、施工人员在BIM技术支持下高效沟通，开展深基坑施工，提高施工实效，使施工作业更可行[4]。

2.3 BIM技术在碰撞检查中的应用分析

深基坑施工是一项系统复杂且具有风险性的工程。鉴于城市地下管网错综复杂性，在基坑支护施工前期需对施工进行详细、科学的设计规划，加强监测以减少施工对周围建筑物的影响。BIM技术应用于深基坑施工可科学合理地进行碰撞检查，以提高深基坑工程的设计水平。对比其他的建筑类型，深基坑施工的碰撞检查不包括梁柱之间的碰撞检查、管线管线之间的碰撞检查，但与其他结构之间也很容易存在碰撞风险，如地下室结构与格构柱的碰撞、工程桩与立柱桩的碰撞等。BIM技术可以了解这些建筑结构之间的复杂空间位置关系，指导设计人员调整与优化设计。当前高层建筑深基坑施工涉及到的管道数目尤为庞大，排布错综复杂。如果一次性地进行碰撞检测，会导致计算机的运行非常缓慢而且显示的效果也不理想。为了达到较快的速度和显示清晰的目标，可采用逐层进行碰撞检查的方法[5]。

3 模拟可视化施工组织作业

加强深基坑施工的设计和施工质量是保证高层建筑物稳定性的基础。土方开挖量大是深基坑施工区别于其他建筑工程领域的最大特点。深基坑施工受周围高层建筑场地和竖向支撑体系的限制，施工的组织、规划应重点做好挖土出口的布置、土方开挖的顺序和现场交通规划，采用建筑信息模型（BIM）技术可对施工全过程进行立体展示，提升施工效率和质量。

4 结语

BIM技术是建筑信息管理模型技术，将建筑工程项目中相关的信息作为运行的基础，收集信息，建立立体建筑模型，以立体化、直观化的呈现让人们更好地获取建筑相关信息，以建筑信息数据的整合带来一体化的应用，从而达到项目优化管理的目的，提高建筑工程施工及管理效率，减少施工风险。在今后的深基坑工程施工及其他项目施工管理中必须灵活使用BIM技术，积极发挥其应用价值。将BIM技术引用到深基坑施工中能有效降低误差、节约时间、提高效率、完成动态监管，获得理想的应用效果，实现建筑施工作业高度可视化，使项目施工更直观、更系统、更规范、更高质，从整体上提升施工效率和质量。