论深基坑支护结构施工中BIM 技术应用

文｜中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队 潘明

在更高标准和要求深基坑支护结构施工环境体系下，施工单位要积极探索效率、成本低的施工技术，并以此为依据优化、完善、重构施工项目内容、方式，同时也要积极创新技术应用方式，以适应复杂的市场环境。而BIM 技术的应用，能够为深基坑支护结构施工等项目的作业提供良好帮助，因此有必要探讨其的具体应用环境和方式[1]。

1.BIM 技术概念及其应用特征

1.1 BIM 概念内容

BIM（Building Information Modeling）主要是指结合计算机技术，以立体、可视等方式展示建筑模型的建筑技术，简称建筑模型信息化。拆分其内容构成要点可以看出，其主要有三个部分构成，其中B（building）主要涉及水体、土壤等同深基坑支护工程相关的内容。而I（information），其主要表示基坑支护施工过程中涉及的所有元素，如施工方案、信息技术、施工材料等。M（modeling）其主要为动态施工模型。从概念内容的表现看，BIM 描述了地下深基坑支护结构施工模型建立的行为与过程，但随着信息技术、建筑技术、人类思维等因素的影响，BIM 技术的应用过程也变得更加复杂，因此大多数施工单位更习惯于将BIM 当作一种与建筑信息化思想相关的工程施工技术[2]。

1.2 BIM 特征表现

结合BIM 技术原理、应用表现，其特征主要包含以下几个方面：①可视化。其能够将整个施工过程可视化，且所有可视化的结果，除了能够用报表、效果图来展示，还能让建筑项目的全生命流程可视化，如项目设计、施工过程、运营管理等；②协调性，建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来；③模拟性。其能够模拟施工整体过程，如针对设计阶段的模拟，可进行光照模拟、视线模拟、节能（绿色建筑）模拟、紧急疏散模拟、CFD 模拟等。再如，在招投标和施工阶段，可进行4D 模拟和5D 模拟，其中前者包括基于施工计划的宏观，而后者可与施工计划匹配的投资流动模拟[3]。

2.深基坑支护结构施工中BIM 应用路径分析

基于上述BIM 技术概念、优势、内涵等内容，BIM 技术在深基坑支护结构施工中的应用可以从施工情况模拟、把控施工全生命周期、完善施工组织构架、优化施工技术选择等层面，具体而言：

2.1 应用于施工情况模拟

施工情况模拟主要指通过模拟方式，了解施工图纸设计、现场基坑支护建设方式、顺序等情况是否符合规范，是否存在缺陷，并依据模拟分析结果提出针对性应对措施等[4]。首先，模拟施工图纸设计是否合理。通过收集基坑现场情况，如周边建筑物基本形式、埋深结构，或基坑平面位置与河渠、土坡间的关系，或基坑周边降水量情况等，然后以此为模拟依据，分析设计图纸是否可靠、是否有施工价值、是否存在设计缺陷等，如模拟发现土钉支护出现太大的变形、连续地下墙支护结构墙面存在缺席等、土钉拉力不足等；其次，模拟施工组织设计方案。可利用BIM 技术可视化属性，模拟真实施工流程，并提出针对性指导措施，如挂网施工支护工艺要严格按照标准流程把控各个要点的施工流程，或基于放坡要求修整土壁等；其三，应用于复杂、重难点工序的模拟。以设计支护桩重要施工内容为例，要模拟其最佳桩径、基底标高处桩间距。再如，支护构架应急加固处理等。以某两栋建筑为例，其总建筑面积11.3 万平方米，建设内容涵盖高层住宅、商业、学校、地下车库等。对项目场地实地调查发现，其基坑阶段需要开挖较深的深度，且需要设计较大的底板面积，所以设计盆式开挖法，分区域分层开挖，建立三维模型，然后对各个阶段进行实况模拟，发现调整物料进场方式、设备分布方式，如大型挖掘机应先由东向西开挖等。

2.2 应用于全生命施工周期

结合深基坑支护施工要点、目标等要素，其全流程包含以下几个方面的内容，①可行性研究。在此环节主要是利用BIM优化性，对可行的深基坑支护项目进行优化，如优化施工方案；②勘察，此环节主要是利用BIM 技术将勘察的基坑信息进行数据化，如土层柱状图、工程地质剖析图、勘察现场平面图等，然后利用三维模型分析现场参数、信息等内容，以提升勘察的可靠性，为后期施工图纸、施工组织等要素的设计奠定基础，如利用BIM+GIS+三维地质+勘察信息化数据平台，能够进一步提升勘察数据的质量[5]；③施工设计，其主要应用如上述设计应用为主，当然也可对安全应急处理进行模拟，如在发生安全事件后，如何在保障施工作业人员人身安全情况下控制现场情况；④施工。施工属于深基坑支护的核心流程，具有十分重要的意义，因此BIM 的应用也更加全面、立体，如可进行虚拟施工、施工现场建模、施工机械建模、临时设施建模等内容，如虚拟施工，其主要是指结合施工图纸、现场勘察等情况，以机械建模、现场施工建模以及临时设施建模为基点，虚拟现场使用情况（如图1 所示）；⑤深基坑回填。BIM 应用流程主要为，利用BIM 技术分析基坑结构主体→形成基本模型→利用模型分析回填边线条范围→搭建土方实体化模型→分层处理图层信息→获得各个区域实际所需回填量→依据回填量设计回填方案→进行回填[6]。

图1 BIM 技术虚拟深基坑现场施工

2.3 应用于施工组织构架

基于BIM 技术的协调属性，其能够保障多个部门间协作的有效性、有序性，具有较强的作用。究其原因，BIM 技术能够搭建横向和纵向信息流通平台，不仅能够通过图示化、图表化内容让作业人员快速了解支护设计要点和重点工作，继而有效缩短施工时间、提升施工质量，还能提升现场作业人员的调度效果，如让支护钢筋材料的调度、现场支护浇筑、集水井的砌筑等的协调等。同时，基于BIM 技术的功能，还能建设更加有序、系统、完善的施工组织构架，让各个部门明确自身具体责任，如施工设备的保护、选择施工技术、施工现场相关资料的管理、深基坑全流程预算管理、支护结构保护、BIM 技术应用管理等。

2.4 应用于优化施工技术

受到环境、地理位置、土层结构、周边建筑、设施设备等要素的影响，要科学选择深基坑支护技术。而利用BIM 技术可达到技术选择的最优化。目前，国内深基坑支护技术主要包含钻孔灌注桩、挖孔桩支护技术、深层搅拌水泥土桩墙支护技术以及土钉墙支护。利用BIM 可视化技术，能够利用建模等方式，用4D、5D 方式立体展示各个施工技术的优缺点，如挖孔桩支护技术拥有变形较小、抗弯曲能力强、刚度较大等优势，但是其成本较高，不适用需挡水环境。再如，土钉墙支护技术，拥有造价低、施工速度快等优势，水会使其结构软化，继而导致局部或整体受到破坏等。而这便能帮助施工人员、管理人员更加有序的选择施工技术。需注意，在利用BIM 技术选择施工方法，或优化施工时，应首先确定施工环境和设计的五维模型、要结合构件内容科学选择模拟设备以及机械设施运作方式、明确施工顺序和方式以及现场临时装置的位置等。

3.结语

综上所述，在现行技术环境下，BIM技术能够提升施工效率，提升施工效率，保障施工安全。因此，施工单位应在重视该项技术应用的同时，以项目实际情况为基点，探究其最合理、科学的应用方式。据此，文章从四个方面分析了深基坑支护结构施工中BIM 技术应用，具有一定参考价值。