BIM技术在基坑工程中各阶段的应用

平高权

(西安工业大学 陕西 西安 710021)

城市地下空间的开发和利用也不断的在发展，且超高层建筑的不断涌现，超大型的深基坑也越来越常见，因此基坑的建设也在工程建设流程中变得越来越重要[1]。现阶段在基坑工程中使用BIM技术的比较少，且多数应用集中在了设计阶段。利用BIM技术的多种特性，可以帮助设计人员进行设计的优化修改，提高效率，帮助设计者在设计阶段对设计进行校核、深化施工流程指导、优化施工进度及材料使用，显著的提高建筑工程的集成化程度，以及工作的质量和效率。

一、BIM技术的特点

BIM是以三维数字技术为基础，创建并利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理的全过程，即利用计算机三维软件工具，创建包含建筑工程项目中完整数字模型，并能够在模型中包含详细的工程信息，同时将这些模型和信息贯穿于建筑工程的设计、施工管理及运营管理等建筑全生命周期中。BIM的特点主要包括信息集成、工作协同性和工作关联性[2]。

二、BIM技术在基坑工程中各阶段的应用

(一)BIM技术在基坑工程可行性研究阶段的应用探索

在基坑工程中，依托BIM技术创建基坑信息模型，可以与周边的其他建筑信息模型、管线信息模型、地下建筑信息模型还有周边路网信息等进行统一链接整合、碰撞，通过这些信息的整合来对模型进行分析，验证建设的可行性和必要性，选择最优的设计方案。同时可以将模型信息进行展示。基于BIM技术的诸多软件均在模型建立以及动态模拟上有巨大的作用，满足设计人员的要求。

(二)BIM技术在基坑工程设计阶段的应用探索

基坑的建筑形式相较于建筑的其他部分具有一定的特殊性。设计边坡支护或者地基处理的形式时，不仅要考虑施工的难易程度，材料的获取难易，还要进行验算结构的安全性。一般的边坡支护或者地基处理的设计会分成两个部分，先是设计师综合多种因素设计出初步的设计方案，然后在进行结构上合理性、安全性的验算并进行方案的修改，绘制施工图。基坑工程在建筑总体中的作用十分重要，合理的设计才能保证建筑整体的安全性[3]。基于BIM技术进行基坑工程的设计给工程的设计工作方式和思路带来很大的改变。就设计基坑支护的形式来讲，应用BIM技术进行的设计方式是一种三维设计的模式，结合参数化设计的集合驱动或者特征模型造型，设计者能够进行设计上的交互，与传统的二维设计相比在设计环境、可操作性、便捷性上都有较大的优势。

(三)围护结构及土方开挖中的BIM技术的应用

深基坑围护桩、地下连续墙、锚索、支撑等构件信息均存储于BIM模型中，通过软件平台可快速查找出所需的材料构配件信息，并可根据BIM设计模型对现场施工作业产品进行追踪、记录、分析，掌握现场施工过程中的不确定因素，避免不良后果的产生；通过协同平台可以记录各个构件的生产状态、进场日期、生产厂家、验收人员，验收项目等信息，真正做到了任何问题均有可追溯性；BIM的施工模拟技术和碰撞检测技术在土方开挖前就对开挖的顺序、开挖方法、机械车辆投入数量、土方运输等进行预施工；机械与机械之间的安全距离问题、机械与支撑之间的安全距离问题、施工效率问题都得到了有效解决。土方开挖过程中，通过开挖后实际地层分布、地质水文情况与原勘察文件的对比及时更新地质模型，更能准确地计算基坑结构的受力情况，从而保证基坑安全。

(四)施工进度管理中的BIM技术

因围护结构的安全储备较小，且深基坑安全受时间、气象、周边环境、工程地质及水文地质条件影响，所以在合理的时间内快速完成基坑工程是所有参建单位对基坑作业共同的目标；在传统的项目进度管理过程中事故较多，究其根本在于传统的进度管理模式存在一定的缺陷，如二维CAD设计图形形象性差，不方便各专业之间的协调沟通以及网络计划抽象难以理解和执行等。BIM技术的应用突破了二维的限制，对项目进度管理进行有效控制，如可减少变更和返工带来的进度损失、加快生产计划及采购计划编制、所有参建人员工作内容程序化具体化，从而提升了全过程的协同效率。主要体现在以下几个方面[4]：通过4D施工进度模拟分析影响进度的因素，协调各个专业，制订相应的应对措施，以缩短工期、降低成本、提高质量，对工程中的重难点进行详细分析，制订切实可行的对策；基于BIM的4D施工过程模拟，计算各工序工期、人力、机械、材料设备等资源的需求情况，在资源配置、场地规划、施工工期、施工成本进行优化，实现多个施工方案的比选；施工方案动态模拟及三维技术交底可让现场操作人员更直观地了解自身工作范围和技术要求，让现场的施工管理人员更好地进行施工指导和管理；采用无线移动终端、WED及RFID等技术，全过程与BIM模型集成，实现数据库化、可视化管理，避免任何一个环节出现问题给施工质量和进度带来影响。

(五)基坑监测BIM技术的应用

基坑工程事故可以分为两大类，一是围护体系失稳产生破坏，二是围护体系变形过大，致使周围管线、建(构)筑物等产生破坏。监测是发现事故先兆的关键步骤，基坑监测是基坑施工特别是深基坑施工中一项特别重要的工作，只有做好监测工作才能做到安全生产。基坑监测项目主要包括：围护结构水平位移、围护结构顶部沉降、围护结构顶部水平位移、地表沉降、地下水位、立柱隆起、支撑轴力、周边建(构)筑物以及周边地下管线等。传统的监测方式大部分采用人工测量方法，使用的仪器也不够先进和精密，监测频率不连续，对测量的数据分析工作量大，易出现差错且不够直观。将BIM技术应用到监测中可有效解决上述问题。

三、结语

本文就BIM技术在基坑工程的应用进行探索。主要是针对BIM技术在基坑施工的应用研究，在讨论了BIM特点及应用优势及基坑施工BIM技术在各个环节的应用，目前，BIM技术在基坑工程中应用还处于初级阶段，需要在不同的阶段使用不同的软件实现不同的功能，还比较分散。要实现BIM技术在基坑工程中系统应用，关键是要通过二次开发实现BIM软件平台具有基坑建模和模型计算功能，实现BIM技术在基坑工程领域的信息化应用。这需要广大工作者长期不懈的探索，不断完善BIM技术在基坑工程中的应用理论和实践方法。