探究基坑支护工程中BIM技术的应用

靳宏飞

（山西太水市政工程有限公司）

1 引言

现如今，在建筑工程中如何提高地下空间利用率，进一步满足车位以及其他功能性空间诉求，建筑单位要想办法拓展地下空间，而城市建筑群较为集中、地下管路繁杂及其地铁工程等客观事物存在，直接对深基坑工程设计与施工提出了高标准要求。BIM 技术作为当前创新技术，借助可视化与信息化等特点在建筑施工领域中应用[1]。

2 BIM技术简要介绍

建筑信息模型又称BIM，其能为现代建筑工程提供大量的信息采集模型。BIM技术主要以数字化技术为载体，助力建筑单位不同项目资源分享，且依靠建筑工程项目资源信息为载体，组成项目各方需要的数据汇总，利用三维模型在计算机上展示出全面数据，可强化整个工程的严密管控与控制，进一步保证建设工程工作效率与质量。随着BIM技术逐渐形成较为高效的管理方法，可针对BIM 系统中全部信息完成全面解析与分享，把各个参建方不同职责划分清楚，从而为其带来精准决策扶持。为设计与建筑队伍带来合情合规的执行措施，进一步提升建筑工程设计科学性与实用性，创建最精准的数字信息仿真模拟信息[2]。

3 基坑支护工程中BIM技术的应用

3.1 案例工程简述

此工程是集办公、休闲、购物与住宅于一体的城市综合体，地下规划面积42554.4m2，基坑深度为25.65m。基坑周围环境较为繁杂，北部紧邻绿地公园，南部贯通了地铁1 号线与2 号线，最小距离为10m；西部紧邻1 号线变电所，且深度在20.6m，间距基坑8m；东部基坑建筑物较多，间距基坑12m。且基坑四周预埋市政管路，导致无论项目从何方开挖，都会对四周环境产生影响。

3.2 改善设计

①参照地质勘测报告、设计文件等，借助CiviI3D 软件把二维地质勘测材料转化为三维地质勘测模型，采用Revit 软件创建支护体系模型、施工现场环境模型及其基坑模型。②按照创建的3D模型，完成初期改进。③创建的模型植入Navisworks 软件，完成不同专业的碰撞检测。假设出现问题，随即改进修正；相反则进入下一步程序。④采用Revit软件把模型完成合并，植入Navisworks软件，随即完成基坑安全模型碰撞检测，有问题改进，无问题输出成品。此外，BIM 技术把原先二维数据通过三维方式表现出来，最大程度还原施工现场环境，能够直接、高效、迅速、实时及多角度观看基坑不同部分、位置及其构件数据以及互相间的关联性，让设计人员与管理层更全面了解基坑情况，进一步改进设计或选用更合适方案，并全面解析安全性与可行性、经济性，也可把模型植入有限元软件或结构设计解析软件，全方位解析整体结构安全性，有助于设计人员更好地完成设计工作，避免问题的出现。假设找出问题所在，可及时在模型上完成修正，提升繁杂基坑设计与改进的工作效率（见图1）。

3.3 创建支护结构BIM模型

3.3.1 构建模型之前筹备

首先，全面掌握深基坑周围环境状况，按照设计施工图与施工场地实际勘验结果，深度了解地下市政设施、四周环境等状况。其次，全面分析设计图纸，按照设计员拟定基坑支护设计图，从而全方位掌控深基坑设计剖面支护方式。

3.3.2 创建基坑支护模型

创建模型体量可利用概念体量方法，须提早明确基坑概念体量，随即设立标高，把全部信息导入CAD 设计图内，最终创建完整的基坑体量。同时，将其应用到实践中，演变成基坑形状，模拟土方挖掘工作。基坑形状完整明确之后，需解析支护方案，创建基坑支护模型。针对内支撑、支护桩、冠梁等位置创建模型，做好钢腰梁、锚索等构件模型。详尽创建模型流程如下：①采用Revit软件将选项卡中内容导入CAD，把基坑支护整体平面图导入Revit 软件中。依据初始支护设计方案精准做出上部挡土墙、基坑支护桩等构件，创建桩顶冠梁模型，基坑挡土墙、支护桩支撑、冠梁位置整体模型，便于模型的可视化仿真、基坑锚索碰撞检查、基坑施工进度模拟等功能的实现。②当内支撑、基坑挡土墙、冠梁、支护桩等任务达成后，紧接着描绘锚索与腰梁。传统方案中基坑被划分为16个支护段，每段设立锚索层数不尽相同，要想顺利完成建模任务，此模型需要依据原先方案图纸针对锚索实施分段设置，率先针对模型内锚索完成碰撞检测，依据实况选用适合组件，挑选检测软件。在锚索创建中，依据不同页面的不同排锚索拟定分类名称，把锚索与腰梁放置在±0.00m 的标高上，标高需借助3D 视图完成调节工作，之后安放于指定位置。③当支护桩、锚索、内支撑等关键部位支护模型构建完成后，随即展开附属位置建模工作，比如：排水孔、安全栏、排水沟等。按照施工场地周围状况创建基坑市政管理与房屋模型等，明确基坑与环境的内在关联性。最终借助Revit 软件创建的基坑支护模型，高效呈现出支护架构几何属性的特点，为今后深度探究模型奠定了良好基础。同时，可第一时间找出设计隐患问题，及时回馈给相关设计人员，进一步提升设计工作的效率与安全性（见图2）[3]。

图2 基坑支护整体平面图

3.4 基坑阳角锚索碰撞解析

3.4.1 基坑阳角锚索不足之处

基坑阳角锚索时常发生碰撞现象，因阳角两端锚索标高与入射角度基本保持一致，造成两根锚索极易发生碰撞。设计人员在编制设计图纸时，并未事先针对此状况做出合理处置方案，单纯需要紧邻水平锚索完成错开角度施工。针对多层锚索，基坑阳角方位空间范畴小，锚索呈现出应力集中或叠加问题，从而延缓施工进度，导致施工场地存在安全隐患。首先，阳角锚索碰撞具体指两处锚索施工中发生实质性冲撞，导致此类现象发生的主因为两侧锚索位置与入射角相同。其次，阳角锚索群锚效应，因锚索锚固端抗承载力的应力场非常集中，造成锚索锚固端抗拔承受力减少实际承受力。

3.4.2 基坑阳角锚索问题处理策略

传统基坑阳角锚索相关碰撞现象要借助MicrosoftExcel 对阳角锚索交叉点完成统计工作，随后解析交叉点标高，进一步明确锚索碰撞详细方位，可修正锚索标高与入射角，化解碰撞现象。而在修正实践中，首次修正从根本上不能化解问题，要相关技术员多次修改方能恢复正常，导致工作人员负担加重。针对基坑阳角超出90°锚索碰撞处理方式为挑选科学锚索入射角或标高，若调节入射角或标高无法化解阳角锚索碰撞相关问题，则对二者一并实施调节。

3.5 完成高效成本管理工作

将BIM 技术应用在基坑工程实践中，在数据库中增添多种与施工费用支出有关的元素与数据，创建完备基坑模型，以此为框架载入不同的施工执行方案，能够直接对比不同施工方案的费用支出情况，从而较好地帮助施工方挑选最理想的施工计划。创建的模型为今后成本管理等相关工作提供了便利。此外，在施工成本管理实践中，因工程变更、地质条件变动等导致费用追加的情况屡见不鲜，但BIM 技术可最大程度地规避类似情况发生。BIM平台能够利用不同类型资源动态调节与科学配置，针对不合理情况进行改进与调节，精准核算整体工程量，进一步完成全流程的成本管控工作[4]。

3.6 智能监测工作

在深基坑监测中应用BIM 技术，创建基坑与支护架构、四周环境及其监测点模型，完成基坑形变信息采集，随后传送至模型，实施全面解析，且利用可视化方式表现出来，从而完成基坑智能监测工作。①设置深基坑监测站点，利用无人机、3D 激光扫描仪、智能全站仪及光栅监测等设施与技术主动收集基坑形变信息。②把截取的基坑监测信息借助物联网、5G等技术手段完成传送，导入BIM模型中，与对应的基坑相关位置、测点进行联系，采取BIM4D 技术，主动创建基坑各个阶段形变模型与云图，直接显示形变状况与动态走势，智能预测并描绘出形变曲线图[5]。③按照不同测点准许形变与变动速率阈值，进一步解析评判相应安全层级，并第一时间回传数据，假设形变值与变动速率值大于阈值，须在模型与云图上标注红色提示。若预测此位置存在安全隐患，须标注黄色给予警示；若一切正常，以绿色作为标记。④按照检测解析结果针对基坑实施处置。通过上述解析不难发现，把BIM 技术应用到深基坑监测中，将密布测点、间断、滞后监测的方法变为集约、实时及可视化的监测方法[6]。

4 结语

总之，在建筑工程安全管理中基坑安全是关键要素，传统的基坑监测方法不能对基坑形变状况实施动态管理。当基坑监测设施与BIM 技术、智慧工地平台等创新技术融合，在传统基坑监测基础上增设信息化管理，把信息收集、传送、解析处置一体化与自主化，且在基坑动态监测与预警管理中表现出良好效果，高效填补了传统方式中的漏洞，进一步提升了基坑的安全性。