BIM技术在某工程深基坑支护设计中的应用

孙阳磊 丁鑫 周学顺 徐程

【摘要】现如今，我国建筑行业发展迅速，BIM技术在工程深基坑支护设计中应用广泛。文章提出BIM技术在深基坑施工中的应用，将传统的高强度高风险施工作业变得可视、可控，通过采用BIM技术搭载基坑地质、水文、土层等详细参数搭建的三维模型，可以更直观地展示基坑情况，有力促进了基坑开挖和支护工作的顺利开展。

【关键词】BIM技术;深基坑支护设计;应用【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是对于工程项目进行设计、施工和运营维护管理的一种新型过程管理方法。近年来，随着国内外BIM技术的快速发展，尤其通过建筑、结构、机电各专业的广泛应用，岩土工程中也逐渐延伸应用BIM技术。同时，深基坑工程项目应用BIM技术的基础、核心是创建三维模型，基坑工程的复杂节点配筋、监测数据查看、施工进度的模拟等，而Revit软件对创建三维模型有着相对优势，本论述主要针对深基坑工程的支护结构进行三维模型的创建及一些具体要求。

1、BIM技术的概念

所谓BIM技术简单来说就是利用信息技术，把建筑模型可视化，具体的展现出来，帮助设计人员更好地完成工作。BIM技术是建筑信息模型的英文缩写，目前，该技术广泛应用于建筑信息模型的搭建中。建筑信息模型的建立需要综合考虑建筑工程的施工具体地理位置以及用户对建筑的具体需求，技术人员应该全面收集所有的数据信息，从而建立更加可靠的数字化模型。传统的建筑信息模型都是靠图纸进行构建的，2D图纸建立的模型缺少必要的直观性，数据分析不严谨。而采用BIM技术建立的模型能够直观地对其进行分析，实现了模型的三维建立。

2、BIM在基坑工程勘察及支护设计阶段应用的现状

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。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。

3、BIM在基坑支护设计中的应用

3.1软土深基坑BIM模型库建立

本文采用族文件构建软土地铁深基坑BIM模型库。通过创建族，可以将同一族文件载入到不同的项目中减少繁琐的建模工作。将不同族划分到同一类，形成模型族库，方便我们随时调用。在归类总结基坑施工阶段所有构件后，依据结构划分，创建了相应的支护模型库和地连墙模型库及其配筋库。最后根据实际需要，对已创建的构建模型库稍加修改就可以应用于其他项目中。

钢筋混凝土支撑、钢支撑和地连墙等模型创建，建議选用适用范围广的常规公制模型样板，对于钢筋来说应该选择钢筋形状样板-CHN。在放置钢筋到主体结构时，可以在一个剖面上拼接成一个整体，然后转到相应视图，使用阵列功能快速布置钢筋。在阵列之前，应该检查每一层的钢筋是否有碰撞。因为布置的钢筋层数较多，在三维视图中检查中间的钢筋时，其他层的钢筋会对我们的视图造成影响，这时就需要我们隐藏其他层的钢筋。如果发现有碰撞，就需要对钢筋的布置进行调整，调整完成后再进行阵列。钢筋载入模型后，默认设定为用线模型表示。如果想获得更好的视觉效果，可以右键单击钢筋图元，打开属性栏的视图可见性，在三维视图一栏中勾选“清晰的视图”和“作为实体”。并分别选择“详细程度-精细”，“视觉样式真实”，即可在三维中查看。创建项目文件后导入CAD平面布置图，绘制标高轴网后载入族文件，逐步完成地连墙，支护结构建模。

3.2BIM技术在深基结构施工中的应用

有效地将BIM技术应用到超高层深基坑施工过程中可以有效预防深基坑结构施工风险问题出现的概率，具体而言，相关的技术管理人员需要有效的运用AutodeskRevit软件系统来进行超高层建筑的支护结构和主体结构设计工作，该软件系统的运用可以有效的检测两种结构之间是否存在碰撞的问题。之后施工设计人员要结合模拟测试结果来审查出现碰撞问题的关键点，然后与相关设计部门负责人进行互动交流对设计方案进行调整，同时还要借助BIM技术来进行施工技术方案的编制以及施工成本的计算，从而提升施工管理的细致性，提升深基坑整体施工精准性。另外，相关技术管理人员还必须要借助BIM技术来对碰撞构建进行ID号设置，然后筛选出具体的碰撞构建来进行设计调整工作。

3.3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。

3.4优化设计

（1）以地勘报告、设计文件等为依据，利用Civil3D软件将二维的地勘资料转换成三维地勘模型，同时利用Revit软件建立支护体系模型（包括支护结构形式、几何尺寸、材质及空间位置等信息）、场地环境模型（包括地下管线、周边建筑物等信息）以及基坑模型（包含大小、几何尺寸、空间位置、开挖分区及出土路线等信息）。（2）根据建立好的3D模型，进行初步优化。（3）将建立好的模型导入Navisworks软件，进行各专业的碰撞检测。若存在问题，则进行优化修改;如无问题，则执行下一步。（4）利用Revit软件将各模型进行整合并导入Navisworks软件，进行深基坑全模型的碰撞检测，若存在问题，则进行优化修改，如无问题，则进行成果产出，主要成果为优化报告、二维图纸及三维模型等。

同时，BIM技术将原有的二维信息以三维的形式呈现，展现出模拟的真实环境，可以快速、直观、实时及多视角地查看基坑各部分、各部位及各构件信息及其相互之间的关系，使设计者和决策者可以更清楚获知基坑的情况，从而进行优化设计或者选择其他方案，并对其安全性、可行性经济性进行分析，甚至可以将模型导入有限元软件或结构设计分析软件，如Midas等，对结构安全性进行分析，协助设计者进行设计，规避各种设计错误。此外，若发现问题，可直接在模型上进行修改验证，提高复杂深基坑的设计与优化效率。

3.5实现切实有效的成本管控工作

通过在基坑工程中引入BIM技术，把各种与施工成本相关的因素和信息全部添加进信息库内，建立深基坑模型，以此为基础关联不同的施工方案，即可直观比较各方案施工成本，以帮助业主选择最优方案，同时，所建立的模型使得后续成本核算工作尤为便捷。

施工成本管控工作中，由于工程变更、地质条件改变等造成的成本增加所占比重较大，而BIM技术应用则可降低此类事件影响。BIM平台还可通过对各类资源动态调整、合理配置，对各冲突矛盾的地方进行优化和调整，精确计算工程量，实现全过程成本管控。

3.6各种结构间的碰撞检查

在三维模型中整合基坑周边桩基、地铁高架、支护系统和工程桩等结构，快速核查基坑围护桩与地铁高架基础及周边工程桩之间的安全距离，可以直接在模型中修改设计，确保了后续的实际施工安全，提高了出图效率并减少设计变更次数。

在进行基坑内各种结构的碰撞检查时，可将相关结构按构件种类拆分，Revit软件能够较好地查找并显示碰撞位置及碰撞结构间的相对位置关系。

对U型槽、管廊、承台、工程桩以及立柱桩等结构进行碰撞检查，发现碰撞及时修改、调整，避免将碰撞遗留到施工阶段，产生不必要的损失。

3.7智能监测

将BIM技术引入深基坑的监测中，建立基坑、支护结构、周边环境以及测点模型，实时获取基坑变形数据并导入模型，进行分析并以可视化的形式呈现，实现基坑的智能监测。

（1）布置基坑监测测点，通过无人机、3D激光扫描仪、智能全站仪及光栅监测等设备与技术自动获取基坑变形数据。（2）将获取到的基坑监测数据利用物联网、5G等技术实时传递并导入已经建立好的BIM模型，并与基坑相应部位、测点相关联，利用BIM4D技术，自动建立基坑不同时段的变形模型与云图，直观地展示其变形情况与趋势，智能预测可能的变形曲线。（3）根据每个测点的允许变形阈值和变化速率阈值，分析评定其安全等级并及时反馈，若变形值和变化速率值超过阈值，则在模型和云图上红色高亮显示，并报警提醒;若预测此处有较大风险，则黄色高亮显示，若正常则绿色显示。（4）根据检测分析结果对基坑进行处理。

从上述分析可以看出，将BIM技术引入基坑监测中，将原有的密布测点、间断、滞后的监测方式转变为集约、实时及可视化的监测方式。同时，随着5G技术、物联网和监测技术的发展，物联网、终端（PC、移动）及深基坑智能监测的融合必将更加深入与广泛。

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，增加了各方的溝通交流效率，为工程项目顺利实施提供了安全可靠保障。

参考文献：

[1]李久林.智慧建造关键技术与工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2]余琳琳.深基坑工程施工中BIM技术的应用研究[J].建筑经济，2020（10）：46-49.

[3]陈欢.BIM技术在基坑工程中的应用[J].河南科技，2020（12）：136-138.