BIM技术在某工程深基坑支护设计中的应用

高正林，李宏焰

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 BIM在基坑工程勘察及支护设计阶段应用的现状

随着互联网+、物联网技术和数据分析等技术的发展，可以更好地融合和服务于建筑业的发展。基坑开挖作为建筑施工的一个必要工程，尤其是层高和结构越来越复杂的建筑，基坑开挖的难度和重要程度都会提高。基于BIM技术并将互联网+应用到基坑工程施工中成为一个发展新思路，并被公认为实现建筑施工可持续发展的正确选择。正值建筑行业转型升级阶段，各种新的技术和方法被广泛应用。BIM技术已经在建筑行业的设计、仓储、施工、监理、验收等各个环节广泛使用，但是目前BIM技术仅仅应用于建筑施工的基础以上项目中，例如建筑设计、施工、机电安装等环节，而基坑开挖等项目没有受到足够重视，对于BIM技术应用到地下空间建筑的标准和研究比较少。建筑行业中基坑的地质勘察、支撑维护、位移监测等缺乏相应的专业软件，且各个环节数据格式和内容不统一，不利于推进工程项目全过程数据管理。因此，把BIM技术应用到基坑工程的地质勘察和支撑维护环节，可以推动整个基坑工程的设计、施工、养护工作的高效化。采用BIM技术建立基坑信息模型，推动基坑工程BIM数据标准和技术的研究，由于基坑工程专业性强，相关的建模技术和通用标准还不完善，结合具体项目案例进行开发和研究推进BIM技术在基坑工程的应用，将会具有良好的经济效益和社会效应[1-5]。

2 工程概况

某建筑工程地上三层框架主体、地下一层。本工程基坑深度为6.8m、地坪建筑标高-0.415m，基坑内大部分桩顶建筑标高-7.015m、防水及垫层厚度为200mm、坑底建筑标高为-7.215m；东南角及北侧桩顶建筑标高-6.215m、坑深度6m；东北侧为设备用房基坑，深度为7.085，坑底建筑标高-7.50m，承台顶建筑标高-6.200m、承台厚(含防水)120mm，垫层厚度100mm。本基坑呈矩形占地面积2.4万m2，东西长115m、南北长233m，周长为750m。

3 BIM在基坑支护设计中的应用

3.1 工程地质及水文条件

本工程项目地处市区主干道路，距离附近的道路和建筑较近，因此对地表的沉降应严格控制，必须做好基坑开挖施工过程中附近建筑的保护措施，做好地坑的支撑维护工作确保地表沉降合理可控。基坑开挖之前需要做好地质勘察和施工方案设计，该项目土层分布不太均匀，且土体多为黏土、粉质黏土、填土呈可塑状态。此项目地理位置和水文条件相对复杂，防护工程具有一定的风险性和挑战性。

3.2 基坑支护体系方案

建筑周边距离道路和建筑较近，开挖过程中应做好基坑防护工作。基坑开挖深度为6.0m～7.085m，开挖土层主要以粉质黏土为主，结合项目的场地条件、周边环境和基坑深度等客观条件，综合考虑项目的管理和工期要求因素，经过设计和施工人员的反复讨论，最终确定工程施工采用钻孔灌注桩+1道钢筋混凝土内支撑结合双排桩及二级放坡、大口井降水、双轴水泥搅拌桩全封闭止水的方案，钻孔灌注桩支撑维护结构的施工形式如图1所示，双排桩布置形式如图2所示。

图1 钻孔灌注桩支护结构的布置形式

图2 双排桩布置形式

3.3 三维场地勘察信息模型的建立

本工程采用BIM技术进行建模，根据输入系统的分层地质和钻孔数据等建模。建模完成后，可以实现对地质土层的三维可视化展示，尤其是可以直观展现出不易察觉的地质不良情况、场地特殊情况等，便于建设单位和设计单位对场地进行具体分析，可以充分了解到地质情况存在的风险因素。BIM技术搭建的三维模型还具有模拟预演功能，可以在实际开工前，采用三维模型对基坑开挖的顺序和方式、方法等进行模拟施工，可以实现针对不同的基坑开挖深度和范围模拟开挖的土层情况，并且可以得到每一个开挖深度时的不同区域基坑模型，通过软件切换可以展示出开挖部分和剩余部分。根据基坑模型的开挖过程预演，对不同深度下基坑内部和周边的环境进行分析，以便采取适当措施降低施工带来的风险和隐患。

3.4 三维基坑支护设计信息模型的建立

采用BIM技术后可以为建设单位和施工单位确定基坑工程施工方案提供技术支持和决策辅助，避免了传统二维施工图纸对于施工设计表达不直观、不清晰、施工环境描述不具体的缺陷。通过BIM技术建立的三维立体模型可以实现施工数据的信息共享，参建各方可以在相应权限内修改和查询工程的各种信息参数，有利于各参加方详细准确了解工程结构设计、施工方案以及周边环境影响等因素。

同时，BIM技术可以实现对基坑支撑模型进行三维展示（见图3）。根据三维分析和展示，可以对建筑物和周边场地关系做出精准判断，方便各参加方对基坑施工进行意见交流做出合理的决策，提高了施工管理的质量和效率。

图3 内支撑模型

4 结语

BIM技术是对传统建筑施工和管理模式的创新，通过采用BIM技术可以将传统的二维设计图纸变为可视化的三维立体模型，并可以实现对施工方案的模拟预演。以本项目为例，基于BIM技术建立基坑地质和开挖防护模型，得出以下结论。

①基于BIM技术搭建的地质土层模型，直观清楚的展示出工程地质条件，并对基坑开挖进行施工模拟，展示出基坑开挖全过程的变化和对周围环境的影响程度，参建各方可以实现对模型数据的查阅共享，及时了解施工方案。

②相对于传统的二维施工图纸，BIM技术可以直观形象的展示出工程设计的意图和难点，并且在施工过程中提高设计交底和施工交底的效率，增加了各方的沟通交流效率，为工程项目顺利实施提供了安全可靠保障。