深基坑工程施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

郭 豪

太原西山房城建安有限公司（030000）

0 前言

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市高層建筑數(shù)量逐漸增多,地下空間逐漸被開發(fā)和應(yīng)用,許多工程開始采用深基坑施工。而更多的深基坑施工是建筑和人口居住密集的地區(qū),這對深基坑工程的設(shè)計提出了更高的要求。高層建筑工程深基坑施工是整個高層建筑施工的基礎(chǔ)，高層建筑物的高度取決于深基坑施工的深度。高層建筑深基坑施工受到施工場地和豎向支撐體系的限制，施工場地狹窄，流程復(fù)雜。加強(qiáng)對深基坑施工前期的設(shè)計非常重要。深基坑支護(hù)工程是集合水文地質(zhì)工程、巖土工程、結(jié)構(gòu)工程和巖土測試技術(shù)于一體的系統(tǒng)性工程?；又ёo(hù)體系一般為臨時措施，其荷載、強(qiáng)度、變形、防滲、耐久性等方面的安全儲備較小。由于施工作業(yè)空間和地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，在施工前期需對施工作詳細(xì)、科學(xué)的設(shè)計規(guī)劃，加強(qiáng)監(jiān)測，以減少施工對周圍建筑物的影響。建筑信息模型（BIM）是對傳統(tǒng)建筑設(shè)計和施工管理模式的數(shù)字化創(chuàng)新應(yīng)用，采用3D數(shù)字技術(shù)對建筑工程項目進(jìn)行設(shè)計、模型建造和運(yùn)營管理的全過程，建設(shè)數(shù)字化建筑模型，可以直觀地展現(xiàn)工程項目的全部信息，特別是對工程的前期方案設(shè)計、3D全息展示、自動碰撞檢查、施工圖設(shè)計和施工成本的控制方面發(fā)揮重要作用，可以有效指導(dǎo)深基坑的施工作業(yè)[1]。

1 BIM建筑信息模型技術(shù)的主要功能

建筑信息模型技術(shù)（BIM）技術(shù)是基于三維數(shù)據(jù)技術(shù)的三維模型，其支持所有施工信息的模型納入，可以指導(dǎo)工程項目的設(shè)計、施工及管理，對建筑施工全生命周期管理和復(fù)雜施工項目的精準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)具有積極意義。在BIM技術(shù)的支持下帶來施工作業(yè)的高度可視化，也使得項目施工更直觀、更系統(tǒng)、更規(guī)范、更高質(zhì)。

1.1 可視化功能

可視化功能主要是構(gòu)建三維模型，可帶來二維圖紙到三維模型的有效轉(zhuǎn)變，除傳統(tǒng)圖紙平、立、剖的表達(dá)之外，還能夠進(jìn)行三維展示。三維展示也支持構(gòu)建尺寸信息的詳細(xì)展示，且展示直觀而形象，這意味著項目信息從投資開始到最后竣工、運(yùn)行維護(hù)都支持可視化查看[2]。

1.2 協(xié)調(diào)性功能

BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性主要集中在兩個方面，一方面對項目各階段進(jìn)行協(xié)調(diào)，基于BIM技術(shù)信息共享平臺，實現(xiàn)建設(shè)項目投資、決策、設(shè)計、中標(biāo)、施工、竣工到運(yùn)行維護(hù)等各個階段的數(shù)字化信息的收集，指導(dǎo)各個階段各內(nèi)容的有效調(diào)整。另一方面實現(xiàn)構(gòu)件空間的協(xié)調(diào)處理，減少構(gòu)件空間布局不合理的風(fēng)險，特別是對于承重構(gòu)件和管道之間碰撞的情況進(jìn)行特殊關(guān)注，這些問題可以基于BIM三維模型直觀顯現(xiàn)，方便工作人員提前處理[3]。

1.3 模擬性功能

BIM技術(shù)的模擬性優(yōu)勢體現(xiàn)為對建筑工程項目全生命周期各階段有效模擬。以設(shè)計階段為例，其能夠支持施工各影響要素的綜合統(tǒng)籌與分析，支持招評標(biāo)階段施工方案的模擬，并且能模擬每天工程進(jìn)度，同時對配套資源與資金使用情況一目了然。在運(yùn)行維護(hù)階段，BIM技術(shù)可以對設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)及疏散情況的模擬，高模擬度是后期決策的重要依據(jù)。

1.4 優(yōu)化性功能

BIM技術(shù)為建設(shè)工程項目提供幾何、物理、規(guī)則等多方面的信息支持，而很多信息是單純憑借人力無法及時掌握的信息。這些信息的獲取能指導(dǎo)項目優(yōu)化調(diào)整，及時發(fā)現(xiàn)不合理、不合規(guī)范的地方，減少返工概率，能夠提高后階段的建設(shè)效率。

2 深基坑施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用分析

建筑信息模型技術(shù)（BIM）具有可視化、集成性、模擬性、協(xié)調(diào)性等優(yōu)點，可輔助建筑設(shè)計，實現(xiàn)建筑信息的模型化整合，指導(dǎo)項目策劃、方案設(shè)計、施工及管理，實現(xiàn)建筑全生命周期內(nèi)的信息共享與傳遞。

2.1 BIM技術(shù)應(yīng)用于支護(hù)方案

對于深基坑施工來說，必須先進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，以便把握好施工區(qū)域的地質(zhì)條件，指導(dǎo)制訂科學(xué)的設(shè)計方案。應(yīng)用BIM技術(shù)可以構(gòu)建環(huán)境模型，科學(xué)指導(dǎo)方案設(shè)計?？辈焖@得的地基基礎(chǔ)、地下管線、周邊構(gòu)筑物等都可以納入到環(huán)境模型中，進(jìn)行綜合性分析，最終的支護(hù)體系也能以三維模型的形式展示出來，方便工作人員觀察模型，分析支護(hù)體系中的建筑物、管線、道路等結(jié)構(gòu)情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并在模型中修改，制訂優(yōu)化的設(shè)計方案。例如鋼板柱支護(hù)必須綜合防水性能、承載能力、強(qiáng)度要求等指標(biāo)，合理施工。在BIM技術(shù)的三維模型顯示下，明確深基坑施工的重點，準(zhǔn)備工作到位，使得深基坑施工既有質(zhì)量保證，又能起到擋水、擋土的作用。

2.2 BIM建筑信息模型技術(shù)在協(xié)同深化設(shè)計的應(yīng)用

所謂的協(xié)同深化設(shè)計就是需要將所有基坑、基礎(chǔ)、建筑及結(jié)構(gòu)納入到協(xié)同設(shè)計體系中。傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)被認(rèn)為是深基坑施工設(shè)計的技術(shù)難點，而BIM技術(shù)的引入實現(xiàn)了所有內(nèi)容一個平臺的集合，指導(dǎo)建構(gòu)綜合性的三維模型，三維模型中心文件可以和模型互相連接，也方便其他專業(yè)設(shè)計人員查看模型、分析模型，指導(dǎo)設(shè)計方案的科學(xué)變更等，大大提高了協(xié)同設(shè)計的效率。BIM技術(shù)支持深基坑施工中參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，其使得復(fù)雜構(gòu)件以新組建的形式展示出來，且直接布置到BIM的三維模型中，只要調(diào)整參數(shù)就可以分析工程材料的總量，實現(xiàn)施工成本的合理控制。設(shè)計人員可以將BIM模型中展示的現(xiàn)場勘察報告指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行施工設(shè)計，基于物理力學(xué)對施工現(xiàn)場相關(guān)建筑參數(shù)準(zhǔn)確計算，選擇需要的施工材料，作業(yè)中需要的施工設(shè)備，集中探討與科學(xué)審核，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時溝通。勘察、設(shè)計、施工人員在BIM技術(shù)支持下高效溝通，開展深基坑施工，提高施工實效，使施工作業(yè)更可行[4]。

2.3 BIM技術(shù)在碰撞檢查中的應(yīng)用分析

深基坑施工是一項系統(tǒng)復(fù)雜且具有風(fēng)險性的工程。鑒于城市地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜性，在基坑支護(hù)施工前期需對施工進(jìn)行詳細(xì)、科學(xué)的設(shè)計規(guī)劃，加強(qiáng)監(jiān)測以減少施工對周圍建筑物的影響。BIM技術(shù)應(yīng)用于深基坑施工可科學(xué)合理地進(jìn)行碰撞檢查，以提高深基坑工程的設(shè)計水平。對比其他的建筑類型，深基坑施工的碰撞檢查不包括梁柱之間的碰撞檢查、管線管線之間的碰撞檢查，但與其他結(jié)構(gòu)之間也很容易存在碰撞風(fēng)險，如地下室結(jié)構(gòu)與格構(gòu)柱的碰撞、工程樁與立柱樁的碰撞等。BIM技術(shù)可以了解這些建筑結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜空間位置關(guān)系，指導(dǎo)設(shè)計人員調(diào)整與優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)前高層建筑深基坑施工涉及到的管道數(shù)目尤為龐大，排布錯綜復(fù)雜。如果一次性地進(jìn)行碰撞檢測，會導(dǎo)致計算機(jī)的運(yùn)行非常緩慢而且顯示的效果也不理想。為了達(dá)到較快的速度和顯示清晰的目標(biāo)，可采用逐層進(jìn)行碰撞檢查的方法[5]。

3 模擬可視化施工組織作業(yè)

加強(qiáng)深基坑施工的設(shè)計和施工質(zhì)量是保證高層建筑物穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。土方開挖量大是深基坑施工區(qū)別于其他建筑工程領(lǐng)域的最大特點。深基坑施工受周圍高層建筑場地和豎向支撐體系的限制，施工的組織、規(guī)劃應(yīng)重點做好挖土出口的布置、土方開挖的順序和現(xiàn)場交通規(guī)劃，采用建筑信息模型（BIM）技術(shù)可對施工全過程進(jìn)行立體展示，提升施工效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)是建筑信息管理模型技術(shù)，將建筑工程項目中相關(guān)的信息作為運(yùn)行的基礎(chǔ)，收集信息，建立立體建筑模型，以立體化、直觀化的呈現(xiàn)讓人們更好地獲取建筑相關(guān)信息，以建筑信息數(shù)據(jù)的整合帶來一體化的應(yīng)用，從而達(dá)到項目優(yōu)化管理的目的，提高建筑工程施工及管理效率，減少施工風(fēng)險。在今后的深基坑工程施工及其他項目施工管理中必須靈活使用BIM技術(shù)，積極發(fā)揮其應(yīng)用價值。將BIM技術(shù)引用到深基坑施工中能有效降低誤差、節(jié)約時間、提高效率、完成動態(tài)監(jiān)管，獲得理想的應(yīng)用效果，實現(xiàn)建筑施工作業(yè)高度可視化，使項目施工更直觀、更系統(tǒng)、更規(guī)范、更高質(zhì)，從整體上提升施工效率和質(zhì)量。