BIM技术在深基坑工程勘察及支护设计中的运用

刘伟

江西省勘察设计研究院有限公司 江西 南昌 330095

基坑工程具备极高系统性、综合性，此类工程属于地下工程，施工作业复杂性高，隐蔽性强，危险系数大。在以往，由于工程勘探的深入性、细致性不足，施工建设前虽进行了工程勘察，但受技术的限制，无法形成对深基坑工程实际建设概况的充分了解，设计碰到的问题也无法在工程建设前期及时解决。为此，引入新型技术，强化工程勘察及设计效益的意义是极为显赫的。本文将针对BIM技术在深基坑工程勘察及支护设计中的运用展开初步探索，以期为相关人士提供参考。

1 深基坑工程的特点

依据我国住建部的相关规定，开挖深度超过5m，有3层及以上地下室的，或是开挖深度在5m以内但具备复杂基坑条件的，均属于深基坑工程。此类工程的施工作业难度较高，工程情况复杂，因此施工建设过程中需要格外注意。总结深基坑工程的特点，可由以下几方面来说。

1.1 基坑深度较大

目前，随着建筑行业的进一步发展，以及城市化建设进程的逐步推进，我国地面空间日渐紧缺，因而加大了对地下空间的开发利用，深基坑工程的基坑深度也在持续扩大。在工程筹建阶段，保障基坑安全性是极为关键的，拓宽基坑深度能够有效提升其安全性能，但也同时决定了基坑支护形式的复杂化演变。在这种背景下，需要进一步增强支护设计精准性，防止因保守设计造成资源浪费，也不得因过度节约施工材料而导致支护设计不规范、不合理，影响基坑施工安全性[1]。

1.2 岩土层尤为复杂

由于基坑岩土层复杂性过高，在支护设计过程中，常因客观条件限制而导致设计计算缺乏实效性，无法符合施工建设要求，且对施工经济性、安全性造成极大威胁。在这种背景下，需要进一步拓宽基坑支护形式，强化剖面细致性。应依据建设区域的岩土层工程特性选择适宜的支护形式，针对岩土层工程特性的可选择经济性较高的支护形式，反之则需以安全性为主。

1.3 周边环境复杂性高

针对建设环境处于城市中心区域，周边建筑物分布密集，且地下管网铺设多的区域，开挖基坑时需要尽可能地降低对周边环境所造成的影响，并确保基坑支护结构的安全性，保障周边环境不会对其造成影响，落实好基坑支护设计计算。

1.4 施工空间狭窄

目前，我国城市地面空间正在不断缩减，在进行深基坑工程开挖的过程中，由于该工程的复杂性较高，施工空间过于狭窄，给施工建设造成了极大的阻碍。施工现场的材料堆放问题亦会影响基坑支护开挖作业。为此，前期进行基坑支护设计时，需要明确由物料车载造成的支护作业障碍。

1.5 施工建设周期长

该工程复杂性高，工程量大，投入建设后亦需要较长的时间才能够完工。为此，在施工时间的不断推进下，支护结构或会产生变形，因而影响基坑安全性。由这一层面分析，开展支护设计时需要充分考虑到工期因素，防止造成严重的安全事故。

1.6 突发事件过多

在深基坑工程开挖作业中，受其开挖深度、所使用施工工艺的复杂性以及过高的工程勘察难度，施工建设的安全隐患十分之大。此外，一些临时工程在安全防护方面的建设力度薄弱，未落实好应急预案工作，因而导致施工建设阶段的突发事件较多。此外，该工程的技术性要求尤为强烈，且涉及范围较广，常因突发事故造成严重损失。为此，前期需要进一步强化基坑监测，完善应急措施构建。

2 现阶段深基坑工程施工控制中的问题

现阶段，施工单位在进行深基坑工程施工作业时，所使用的施工控制方式缺乏科学性，导致后续施工阶段常出现各式问题，造成工程延误，并带来严重的经济财产损失。在施工建设前期，各施工单位未能深入落实工程勘察工作，对实际施工建设场地的了解不够细致，将工程进度计划视为单一的施工控制参照。然而，在施工进度不断推进下，常产生实际施工作业状况与前期设计不相符的问题，造成严重的工程延误。

此外，深基坑工程属于地下工程，施工隐蔽性高，若支护设计不合理，工程勘察不全面，常会在后续施工过程中出现明显的碰撞问题。有一些工程所选用的支护构件为土钉、锚索类，此类支护构件常出产生相互碰撞的问题，且极易与工程建设场域中原有的建筑物及地下管网碰撞，由此造成的负面影响不仅包括施工进度延误，还会威胁到基坑施工安全性。

另外，现阶段的场地布置规划还停留于二维图纸层面，大多施工人员对图纸设计意图的了解并不够透彻，实际施工建设过程中存在明显的经验化思维。且由于二维平面的局限性过高，难以达成真正意义上的三维场地实况还原，进一步加剧了深基坑工程的建设难度，由该工程过高隐蔽性造成的施工障碍仍存在[2]。

由此，可以充分认识到现阶段所存在的施工问题多是因技术限制过大所引起的，若能够将BIM技术引入到工程勘察及支护设计中，其可视化功能将得到充分发挥，能够有效弥补深基坑工程的隐蔽性缺陷，增强工程勘察的全面性、实效性及可操作性。

3 BIM技术在深基坑工程勘察及支护设计中的运用方式探究

3.1 全面、细致地展开工程勘察

在以往，因深基坑工程的隐蔽性过强，复杂性高，且相关工程单位的技术水准过于有限，因而所实行的工程勘察方式缺乏全面性，导致过多安全隐患未能得以及时发现，增大了现场施工作业的复杂性。为此，相关单位需要积极引用BIM技术落实工程勘察工作。实际工作过程中，可将BIM技术与周边GIS数据相结合，依托于相关信息化平台，充分发挥出BIM技术的可视化及数字化特点。引入自动化数据监测技术后，可由其来落实对深基坑工程周边建设环境的勘察，并将所得到的地质信息自动上传至BIM监测平台中，以三维立体的方式进行工程信息反映，确保相关人员能够准确把握实际建设场域的工程特性。

此外，还可引入IDS套包、Inventor等，以此来进一步增强工程勘察的细致性。相关人员可依据实际建设所需，以及工程规划现场的实际状况，选择所使用的软件。可依托于“Revit”软件来展开工程建模，利用好该软件所具备的强大API接口，进一步增强工程建模效率。相关人员应当首先做好二维勘察信息数据收集与整理，提取地层厚度、类型等重要地质信息，并完成各节点坐标输入与转换，进而获得清晰准确的三维地质模型。

另外，也可引入CAD文件，增强深基坑工程勘察图纸绘制的精细度。CAD文件中的等高线图形由多点构成，当其中所含密闭曲线越多时，将能够得到更加紧密的曲面。因此，可借此来客观、真实地表示山谷线、山脊线，进一步增强勘察图纸的参照价值。由此，若勘察图纸中存在不规范、不合理的部分，也能够被及时查明[3]。

总之，将BIM技术运用到深基坑工程勘察工作中后，以往勘察图纸间关联性过于低下的弊端能够得到有效解决，相关人员可由整体着手客观地评价工程概况，依托于三维模型进行科学的工程切剖观测，增强相关建设人员间的沟通交流通畅性，进一步提升工作效率，确保勘察结果的准确性与全面性，为后续支护设计提供根本参照。

3.2 落实好基坑建模规划

完成工程勘察工作后，需要依据所得勘察资料，灵活选择基坑建模方式，运用BIM技术进行三维模型构建，实现对工程建设情况的全方位把控。在制定出工程支护设计方案后，不得直接投入施工建设中，必须强化基坑建模规划。基于此，可选用“Revit”软件进行三维模型构建。相关人员需先整合工程勘察资料，对其中涵盖的标高、轴网等关键数据信息加以整理归纳，并参照所制定的工程二维图纸，准确落实基坑体量建设，然后根据前期支护设计方案中给出的各项节点数据，进一步完善三维模型构建，完善预应力锚索等方面的内容。当全面模型构建完毕后，再对其展开整合处理。实际操作过程中，需要注重如下内容：

3.2.1 建模前期规划

实际建设过程中，需要保障前期规划的精准性，依据深基坑工程的实际概况，增强模型构件的精细化建设。针对腰梁、灌注桩、锚索等构件，必须坚持以施工图为第一标准，防止其形状或是尺寸出现偏差，同时也需确保具体位置安排的合理性。应参照基坑标高与轴网，进一步加强前期规划的细致性。完成基坑建模后，需要进一步加强细节优化。

3.2.2 基坑体量建模

所谓基坑体量建模是针对基坑场地的一种建模类型，实际操作过程中，需要参照平面图纸规划信息，准确参照其外轮廓线绘制，以及所标注的基坑挖深信息，规范执行场地建模操作。运用BIM技术软件，于公制体量中进行设计标高创设，然后将所绘制的结构基础图导入其中，分析体量模型，进一步明确在基坑工程设计中，是否存在不当之处，如若基坑开挖深度不一致，需要以此来展开基坑划分，并在图纸中加以详细标注[4]。完成此部分工作后，需要再次展开构件族创设。针对一些异性构件，应当展开自定义参数化建设。如针对预应力锚索，需采用公制常规模型展开构建，采用拉伸方式绘制出异性构建轮廓，然后再导入参数、属性信息，再将其导入族中，通过连接与保存形成完整的锚索构建创设。

3.2.3 加强关键节点把控

深基坑工程具备极高不确定性，实际建模操作过程中，需要加强操作规范性与细致性，把握好建模操作节点，针对常见问题需要格外重视。实际建模操作中，一些构件是由诸多零碎小构件组合而成的，若单个构件图元参数出错，后续将出现无效碰撞。因而需要在实际操作中，强化图纸设计阶段的规范性，加强尺寸检测，保障交叉图元设计调整的规划性，尽可能地将设计失误降到最低，防止后期出现反复修改。

3.3 完善支护设计碰撞检测

3.3.1 阳角锚索碰撞分析

针对深基坑工程而言，由于其施工作业场所位于低下，隐蔽性尤为强烈。支护设计中的设计碰撞问题常集中在阳角锚索部分，需要强化BIM技术运用，实现对阳角锚索碰撞点的可视化监测，因而实现量化管控的目的。为此，可引入“Navisworks”软件，实现对工程支护设计中所存在碰撞点的检测，并做好数量及位置数据统计，然后再对其三维模型展开调整，最终消除碰撞问题。

由于深基坑工程阳角多伸向坑内，因而形成了两大临空面，导致支护操作过程中，会因支护构件入射标高及角度把控不合理而造成碰撞问题。分析二维平面图纸时，需要格外注意在图纸设计规划中的阳角锚索交叉问题，防止出现严重的群锚效应。在利用BIM技术明确碰撞状况，对锚索信息进行准确定位后，进行锚索调试，提升施工效率的同时保障深基坑施工作业安全性[5]。

3.3.2 周边建筑碰撞点及其他碰撞控制

实际施工作业过程中，必须将锚索打入土层中，以此来获得更高的锚固力。为此，需要在监测阳角碰撞问题的同时，防止支护设计内容与深基坑施工场域低下管线和建筑物出现碰撞问题。针对此，亦可运用BIM技术的可视化特点，依照三维模型来展开碰撞监测与优化。针对此，可以采用水平旋转锚索角度的方式，保障原设计方案不变，并为施工作业提供更多便利。可使用“Revit”软件同时展示三维及二维形态的支护设计方案图，针对出现碰撞问题的位置加以明确标注，进而展开细致调整。

此外，需要始终以工程勘察报告为关键参照，保障深基坑支护设计和实际工程概况间的契合性，依托于各项勘察数据进行三维模型构建，针对土层粘聚力、内摩擦角等信息，需加以明确标注，并保障钢筋等级、支护桩砼标号此类信息记录的精准性。完成信息处理后，需要导出具体分分析文件，并利用基坑有限元分析软件计算出具体的支护受力、变形数据，明确在后续施工建设过程中，基坑的稳定性状态，并做好配筋率统计。运用BIM技术核查支护方案内容的规范性与精准性，分析其是否具备较高可行性，若软件报错，或是查出设计碰撞问题，应及时加以改进，避免将不合理的设计方案投入到施工建设中，将深基坑施工作业阶段的安全隐患降到最低[6]。此外，相关设计人员还可集合实际情况，进一步核查利用BIM技术所得出的设计碰撞检测报告，充分结合人的智慧，避免因软件功能有限而造成计算失误，并将全部监测数据反映至BIM模型中，导出科学完整的支护设计图纸。

4 结束语

综上所述，基于深基坑工程建设条件的复杂性，如何提升工程勘察效益，形成对工程建设场地实况的深入把控，并保障支护设计的科学性与可操作性，是各建筑单位亟需解决的难题。近些年BIM技术在工程建设领域的广泛推广运用，给工程施工操作带来了新的生机。为此，可以将BIM技术引入到深基坑工程中，运用先进科学技术来有效缓解工程勘察难度，开展设计碰撞监测，保障后续施工建设的规范性，确保深基坑工程能够按时保质地完成。