天行泱著基坑支护工程BIM技术的应用研究

雷廷建 （福建互华土木工程管理有限公司，福建 宁德 352100）

1 引言

随着城市建设规模不断扩大和步伐的加快，地下空间的开发随之越来越多，使得深基坑工程也不断涌现，同时对施工进度、质量及安全的要求也越来越高，传统的施工管理模式已不能满足，所以需要引入其他辅助工具，进行设计、施工及运营管理。近年来，在建筑工程领域中，我国正在大力推广BIM技术，其主要原因为BIM可以做到可视化、施工模拟化、各参建方协调化等方面，为土木工程行业的发展提供了新的契机。大量的研究和实践表明，BIM技术引入可以提高现场施工管理效率及质量，而深基坑等危大工程正是需要BIM技术的辅助。本文在前人的研究基础上，结合自身参与的工程项目，探讨并总结BIM技术在基坑支护工程中的应用情况。

2 工程概况

拟建工程为建发·天行泱著住宅项目，主要由10栋高层住宅组成，主体结构型式为剪力墙结构，采用筏板基础及桩基型式，设有一层地下室。

场地整平后标高为4.00m～5.00m，地下室区域垫层底标高为-0.500m～0.300m，主楼筏板垫层底/承台底标高为-0.970m～-2.000m，电梯井垫层底标高为-3.800m，整体基坑开挖深度约为4.30m～7.00m，基坑周长约为854m。

3 地质条件及周边环境

3.1 土层分布情况

工程位于福建省宁德市蕉城区，根据福建省构造（断裂）带及构造单元划分略图，场地区外围的地质构造较为复杂。南北方向有闽东火山断坳陷带和闽东南滨海断隆带，东西方向主要为松溪政和断裂带，主要表现为宁德一带沿断裂发育的断裂谷地，飞鸾岭附近有瀑布和跌水分布，并控制一系列盆地的发育和海岸线凸起弯曲等。

勘察期间各勘探孔孔口高程在2.90m～5.24m，南侧闽东东路标高为3.40m～4.20m，北侧玉塘路标高为5.00m～5.40m，东侧仙蒲路标高为4.20m～5.00m，西侧空地标高多为2.10m～3.90m。

3.2 周边环境概况

场地东侧为仙蒲路，距离基坑边线最小距离为2.3m；场地南侧为闽东路，距离基坑边线最小距离约为10.4m；场地西侧为规划余复路（尚未建设），场地北侧为玉塘路，距基坑边线最小距离约为5.1m。

4 围护结构设计方案

4.1 支护选型

在设计阶段，工程师综合考虑基坑影响范围内的周边环境以及结合地勘的水文地质情况，基坑支护方案选用H型钢+水泥土搅拌桩止水帷幕+预应力锚索、悬臂灌注桩以及土钉墙等联合支护形式。基坑支护结构BIM三维模型，如图1所示。

图1 基坑支护结构BIM模型

4.2 基坑支护剖面

①北侧区域。北侧基础为承台桩基，埋深约为5.9m。为保证在基坑施工期间，确保玉塘路的正常运行，该区段采用单排H型钢钢板桩+预应力锚索支护+水泥搅拌桩止水帷幕，基坑支护断面结构图，如图2所示。坑内采用真空管井降水。

图2 基坑北侧区域支护剖面

②南侧区域。南侧为现状闽东路，距离道路距离相对较远，支护结构采用土钉墙支护形式，基坑支护断面结构图，如图3所示。

图3 基坑南侧区域支护剖面

③西侧区域。西侧为规划中的余复路，基于因为尚未建设，该区域采用土钉墙支护形式，基坑支护断面结构图，如图4所示。

图4 基坑西侧区域支护剖面

④东侧区域。基坑东侧邻近仙蒲路，最小距离为2.3m，为保证在基坑施工期间，确保仙蒲路的正常运行，该区域采用单排H型钢钢板桩+预应力锚索支护+水泥土搅拌桩止水帷幕，基坑支护断面结构图，如图5所示。

图5 基坑东侧区域支护剖面

⑤局部深坑区域。该区域局部落差约为3.5m，采用单排悬臂灌注桩+单轴搅拌桩止水帷幕支护形式，基坑支护断面结构图，如图6所示。

图6 局部深坑区域支护剖面

图7 BIM二维展示图

5 BIM应用研究

5.1 数值模型建立的意义

在基坑工程中运用BIM技术，可以实现三维显示地质分布可视化、支护结构以及周边环境分布情况的功能。形成三维模型后，可以有效地查看支护结构与周边环境的相对关系，是否存在位置冲突，并且可以利用模型，进行施工组织设计以及现场实施信息化管理。

图8 BIM三维展示图

5.2 模型解决的问题

5.2.1 三维可视化展示

通过建立三维模型，可以有效地展示出各段支护形式及不同支护形式衔接处节点的细部大样，如图10所示。

图10 冠梁及围护桩局部展示图

5.2.2 碰撞分析

该工程基坑南侧CD段与DE段的交接处（即阳角处）锚索的布置不太合理，根据施工经验，极有可能发生锚索碰撞。

5.2.3 工程量统计

在建立BIM模型时，均按照设计图尺寸进行建模，所以经过最终汇总，可汇总出各个不同结构构件等工程量信息，进而可以测算出基坑支护的工程概算。

5.2.4 施工管理

在BIM模型中，我们可以实现与实际基坑开挖工序进行分步演示，包括土方外运路线。并且可以将施工计划进度以及实际施工进度进行汇总，动态跟踪调整，避免因为一些关键工序的延误，最终真正意义上实现动态化的施工管理。

5.2.5 基坑监测

将BIM技术引入深基坑的监测中，建立支护结构、结构支撑的模型，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，实现智能基坑监测。

图11 锚索碰撞分析图

6 结论

本文以实际工程案例为研究背景，采用BIM技术为辅助工具，有效地解决了传统单一施工管理手段可能遇到的现场问题。

①本工程的基坑规模较大，而且基坑影响范围内的环境较为复杂，设计过程中，已根据不同地质情况以及周边环境复杂程度，分别采用单排H型钢钢板桩+预应力锚索+止水帷幕、单排悬臂钻孔灌注桩+止水帷幕及土钉墙等多种组合支护形式，根据施工开挖情况，验证了该组合支护形式的安全性。

②基坑工程中引用BIM技术作为辅助手段、进行施工现场的管理工具，将周边环境、支护结构等进行整体建模，可实现现场可视化展示，更为直观。利用BIM模型进行施工工序模拟，可以事先解决结构之间碰撞问题，避免施工过程中的返工或停滞。并且可以事先统计工程量，合理布置任务及材料采购，确保工程项目顺利进行。