BIM技術(shù)在某工程深基坑支護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用

高正林，李宏焰

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 BIM在基坑工程勘察及支護(hù)設(shè)計階段應(yīng)用的現(xiàn)狀

隨著互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展，可以更好地融合和服務(wù)于建筑業(yè)的發(fā)展。基坑開挖作為建筑施工的一個必要工程，尤其是層高和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜的建筑，基坑開挖的難度和重要程度都會提高?；贐IM技術(shù)并將互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用到基坑工程施工中成為一個發(fā)展新思路，并被公認(rèn)為實現(xiàn)建筑施工可持續(xù)發(fā)展的正確選擇。正值建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級階段，各種新的技術(shù)和方法被廣泛應(yīng)用。BIM技術(shù)已經(jīng)在建筑行業(yè)的設(shè)計、倉儲、施工、監(jiān)理、驗收等各個環(huán)節(jié)廣泛使用，但是目前BIM技術(shù)僅僅應(yīng)用于建筑施工的基礎(chǔ)以上項目中，例如建筑設(shè)計、施工、機(jī)電安裝等環(huán)節(jié)，而基坑開挖等項目沒有受到足夠重視，對于BIM技術(shù)應(yīng)用到地下空間建筑的標(biāo)準(zhǔn)和研究比較少。建筑行業(yè)中基坑的地質(zhì)勘察、支撐維護(hù)、位移監(jiān)測等缺乏相應(yīng)的專業(yè)軟件，且各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容不統(tǒng)一，不利于推進(jìn)工程項目全過程數(shù)據(jù)管理。因此，把BIM技術(shù)應(yīng)用到基坑工程的地質(zhì)勘察和支撐維護(hù)環(huán)節(jié)，可以推動整個基坑工程的設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)工作的高效化。采用BIM技術(shù)建立基坑信息模型，推動基坑工程BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的研究，由于基坑工程專業(yè)性強(qiáng)，相關(guān)的建模技術(shù)和通用標(biāo)準(zhǔn)還不完善，結(jié)合具體項目案例進(jìn)行開發(fā)和研究推進(jìn)BIM技術(shù)在基坑工程的應(yīng)用，將會具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效應(yīng)[1-5]。

2 工程概況

某建筑工程地上三層框架主體、地下一層。本工程基坑深度為6.8m、地坪建筑標(biāo)高-0.415m，基坑內(nèi)大部分樁頂建筑標(biāo)高-7.015m、防水及墊層厚度為200mm、坑底建筑標(biāo)高為-7.215m；東南角及北側(cè)樁頂建筑標(biāo)高-6.215m、坑深度6m；東北側(cè)為設(shè)備用房基坑，深度為7.085，坑底建筑標(biāo)高-7.50m，承臺頂建筑標(biāo)高-6.200m、承臺厚(含防水)120mm，墊層厚度100mm。本基坑呈矩形占地面積2.4萬m2，東西長115m、南北長233m，周長為750m。

3 BIM在基坑支護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 工程地質(zhì)及水文條件

本工程項目地處市區(qū)主干道路，距離附近的道路和建筑較近，因此對地表的沉降應(yīng)嚴(yán)格控制，必須做好基坑開挖施工過程中附近建筑的保護(hù)措施，做好地坑的支撐維護(hù)工作確保地表沉降合理可控。基坑開挖之前需要做好地質(zhì)勘察和施工方案設(shè)計，該項目土層分布不太均勻，且土體多為黏土、粉質(zhì)黏土、填土呈可塑狀態(tài)。此項目地理位置和水文條件相對復(fù)雜，防護(hù)工程具有一定的風(fēng)險性和挑戰(zhàn)性。

3.2 基坑支護(hù)體系方案

建筑周邊距離道路和建筑較近，開挖過程中應(yīng)做好基坑防護(hù)工作?；娱_挖深度為6.0m～7.085m，開挖土層主要以粉質(zhì)黏土為主，結(jié)合項目的場地條件、周邊環(huán)境和基坑深度等客觀條件，綜合考慮項目的管理和工期要求因素，經(jīng)過設(shè)計和施工人員的反復(fù)討論，最終確定工程施工采用鉆孔灌注樁+1道鋼筋混凝土內(nèi)支撐結(jié)合雙排樁及二級放坡、大口井降水、雙軸水泥攪拌樁全封閉止水的方案，鉆孔灌注樁支撐維護(hù)結(jié)構(gòu)的施工形式如圖1所示，雙排樁布置形式如圖2所示。

圖1 鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的布置形式

圖2 雙排樁布置形式

3.3 三維場地勘察信息模型的建立

本工程采用BIM技術(shù)進(jìn)行建模，根據(jù)輸入系統(tǒng)的分層地質(zhì)和鉆孔數(shù)據(jù)等建模。建模完成后，可以實現(xiàn)對地質(zhì)土層的三維可視化展示，尤其是可以直觀展現(xiàn)出不易察覺的地質(zhì)不良情況、場地特殊情況等，便于建設(shè)單位和設(shè)計單位對場地進(jìn)行具體分析，可以充分了解到地質(zhì)情況存在的風(fēng)險因素。BIM技術(shù)搭建的三維模型還具有模擬預(yù)演功能，可以在實際開工前，采用三維模型對基坑開挖的順序和方式、方法等進(jìn)行模擬施工，可以實現(xiàn)針對不同的基坑開挖深度和范圍模擬開挖的土層情況，并且可以得到每一個開挖深度時的不同區(qū)域基坑模型，通過軟件切換可以展示出開挖部分和剩余部分。根據(jù)基坑模型的開挖過程預(yù)演，對不同深度下基坑內(nèi)部和周邊的環(huán)境進(jìn)行分析，以便采取適當(dāng)措施降低施工帶來的風(fēng)險和隱患。

3.4 三維基坑支護(hù)設(shè)計信息模型的建立

采用BIM技術(shù)后可以為建設(shè)單位和施工單位確定基坑工程施工方案提供技術(shù)支持和決策輔助，避免了傳統(tǒng)二維施工圖紙對于施工設(shè)計表達(dá)不直觀、不清晰、施工環(huán)境描述不具體的缺陷。通過BIM技術(shù)建立的三維立體模型可以實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的信息共享，參建各方可以在相應(yīng)權(quán)限內(nèi)修改和查詢工程的各種信息參數(shù)，有利于各參加方詳細(xì)準(zhǔn)確了解工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方案以及周邊環(huán)境影響等因素。

同時，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對基坑支撐模型進(jìn)行三維展示（見圖3）。根據(jù)三維分析和展示，可以對建筑物和周邊場地關(guān)系做出精準(zhǔn)判斷，方便各參加方對基坑施工進(jìn)行意見交流做出合理的決策，提高了施工管理的質(zhì)量和效率。

圖3 內(nèi)支撐模型

4 結(jié)語

BIM技術(shù)是對傳統(tǒng)建筑施工和管理模式的創(chuàng)新，通過采用BIM技術(shù)可以將傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖紙變?yōu)榭梢暬娜S立體模型，并可以實現(xiàn)對施工方案的模擬預(yù)演。以本項目為例，基于BIM技術(shù)建立基坑地質(zhì)和開挖防護(hù)模型，得出以下結(jié)論。

①基于BIM技術(shù)搭建的地質(zhì)土層模型，直觀清楚的展示出工程地質(zhì)條件，并對基坑開挖進(jìn)行施工模擬，展示出基坑開挖全過程的變化和對周圍環(huán)境的影響程度，參建各方可以實現(xiàn)對模型數(shù)據(jù)的查閱共享，及時了解施工方案。

②相對于傳統(tǒng)的二維施工圖紙，BIM技術(shù)可以直觀形象的展示出工程設(shè)計的意圖和難點，并且在施工過程中提高設(shè)計交底和施工交底的效率，增加了各方的溝通交流效率，為工程項目順利實施提供了安全可靠保障。