BIM建模辅助复杂深基坑开挖技术的应用研究

吴俊章

中铁建工集团有限公司 北京 100160

引言

高层建筑物基坑外界深度较深，比较密集，在这种状况下，基坑挖掘工作都会增加土方开挖量，基坑体内的支护工作难度之增加。在该上项目中，要通过采用三维模型，结合各地区土方工程施工状况来与清晰的说明，避免土方开挖时由于标高太高，边界不清晰，而产生挖掘错误的问题。

1 BIM在深基坑不同施工工序中的应用

绘制CAD土方开挖图，在绘制开挖图纸前期，还要设计人员深度理解二维图纸，要深度分析设计蓝图上标高信息﹑厚度数值信息，而且一些节点部位都要绘制剖面图，以此来清晰地展现承台桩﹑积水坑之间的关系。

1.1 BIM模型的深化

加强推动BIM信息化模型深化，构建起基于超高层建筑物基坑施工的信息化模型，能够全方位展现出基坑土方挖掘等施工作业场地状况，及土方工程施工作业的效果。设计模型图能够帮助参与交底人员都可以对土方工程施工场地进行宏观勘察，导出三维详细图，清晰地标明开挖区域的标高数值，做好三维图交底，使得交底人员都能够认识到开挖区域的标高范围，进一步确定开挖的工程状况，指导复杂区域施工位置投放挖掘工作，避免出现后挖超挖的前期发生[1]。

1.2 三维可视化的技术交底

通过采用BIM技术来展现对不同基坑开挖高度，针对基坑剖面的做法，深度详细方向。针对细化局部开发点，根据坑内部的断面模型，提高工程作业场地的施工作业效果。

1.3 测量放线

结合BIM模型确定现场机械设备的放置位置和施工作业的范围，结合现场的轴线控制桩拉通线，就根据图纸要求及BIM信息模型，进一步确定土方开挖的范围，要撒上白灰及标明开挖线。

1.4 土方开挖

通过使用挖掘设备来挖掘，严格管控好基坑的标高数值，而且要预留20cm厚的土层，根据建设公司提供的工程控制点及项目构成点，来建设出轴线的控制网络和高层的控制点，同时还需要利用标高来控制基坑机体标高及平整度。施工人员结合工程图纸，进一步确定出基层承台开挖的深度数值和开挖范围，清晰地画出土方挖掘的工程施工图，以便指导工程现场各项工作[2]。

1.5 垫层及边坡支护工程施工

垫层使用厚度为10cm的混凝土集水坑﹑侧壁﹑坑底都是10cm厚，采用商品混凝土浆液来浇筑，要经过开盘节点，原材料质量都需要符合相应的标准，作以规范，能够保证混凝土垫层的标高。垫层混凝土浆液浇筑前期还要插入钢筋，将其作为标高的控制，桩埋入土层有25cm，混凝土浆液浇筑时采用平板式的振动装置，振动泵来浇筑混凝土浆液，再采用刮杠刮平，控制好混凝土浇筑的厚度，并压实。

1.6 基坑的防水工程

施工人员在基层铺设基准线，将卷材铺设到位，顺着挖边向前滚动卷材，然后用压管方式去滚压，排除卷材以及与基层间的气体，使卷材与基层连接更加牢靠。大面积的刮涂，采用高聚物的改性沥青防水涂料，铺贴防水卷材。卷材疏水头要用涂料去密封，防水卷材的长边和短边搭接不能够小于10cm，相邻的两部卷材接缝都要错开1.5m，避免接缝位置太过于集中，上层的卷材组合接缝与下层的剪裁接缝，相互错开1%，而且两层的卷材不能够相互垂直的去铺贴[3]。

1.7 基坑钢筋绑扎

施工人员在绑扎钢筋期间，要靠着两根钢筋相交点，每根钢筋都要绑扎牢靠，中间的橡胶位置可以采用相隔交错式的绑扎方式，双向的受力钢筋就需要将钢筋交叉点全部的捆扎在一起。基层底板使用双层钢筋，在其网扎下层钢筋完成之后，摆放钢筋马凳，钢筋支架之间的间距放在1m左右，在马凳的上方纵向横向的两个方向，定位钢筋与底板下层钢筋牢靠的衔接在一起。因为底板和基础梁的受力特征，上下层的钢筋定位置要达到设计要求，将墙柱深入到基坑帮扎牢靠，插入深度需要符合技术规定，有水处的长度不能够太长，确保水平和垂直不会产生倾倒及变位的问题[4]。

2 BIM技术辅助复杂深基坑工程开挖技术应用研究

2.1 BIM技术应用到深基坑质量控制中

在施工期间，工程人员结合质量控制的标准﹑施工质量管理规定，工程企业组织全员加强全部施工作业环节的质量控制，工程技术负责人还要针对总体工程施工质量进行检查，同时还要接受业主方﹑监理公司﹑设计企业，工作质量监督，增强施工时的质量管控。应用BIM技术交底图来提前审查复杂的技术节点，提出验收标准，优化设计工程管理制度，由工程人员做好技术协调，各项工序都能够紧密衔接。工程人员﹑质检员都要及时检修，检查不同的工序质量，各施工班组成员进行自检﹑互检﹑交互性检查，留意做好交接班，及时记录工程施工信息，制定施工作业的日记，做到精准﹑完整﹑齐全[5]。

对参与工程施工人员都要持有身份证，企业项目管理人员设立设备的台账，材料质量管理台账，在 BIM技术交底时，还要组织现场人员进行技术交流质，设计量管控举措，提出必要的指导，保证工程质量达标。工程人员持有上岗证，在展开 BIM技术图纸的交底时，有工程人员提出质量管控举措﹑安全措施。

工程企业要求施工人员严格遵守现场的安全管理规定，操作设备时要合规，符合操作规程，制定出严谨而又细化合规的施工方案，展开详细的安全技术交替。挖掘设备在挖掘土方时，由上到下逐层化的展开，禁止先挖坡角，配合挖掘机的清坡，清理工人不能够在机械设备下方来操作[6]。

清坡工作人员根据设计图纸设的标高进行清理，不能够产生超挖，当超挖时，不能够将杂草回填进去，避免影响到地基工程的质量。在工程现场施工作业面，要求清扫场地，并且洒水降尘，场地的废弃物都需要集中的处理，每天清扫工程场地，夜间照明灯要向场地内照射，焊接时，还要使用防护措施。在运输工程材料时，要定量去装卸，避免运输期间出现铺撒的问题。现场堆放材料时，要及时地使用，高密覆盖，掏空废渣，将其运输到指定的垃圾集散点，增强施工人员的环保宣传思想意识，采用大力宣传方式，控制施工场地的噪音，严格管控，以能够在最大化程度上减少施工噪音居民带来的干扰。

2.2 BIM全生命周期管理

在工程项目中全生命周期有规划﹑工程设计﹑项目施工﹑项目运维﹑拆除等工序，需要实现数据的统一。工程项目涉及建设施工等多个单位及施工时间很长，施工作业的风险比较高，应采取的BIM设备，发挥该技术在生命周期管理的优势。结合地质环境及周边施工作业环境设计方案，完成BIM模型的建立或管理[7]。

2.3 BIM技术在基坑监测应用中的思路

在深基坑工程中借助于BIM信息化技术，构建起信息化模型，构建三维可视化模型，这样能够结合施工作业的技术方案的要求，去确定基坑工程监控的位置﹑监测频率，建立基坑BIM模型和监测点专用的图库，通过在监测点组上加入参数信息，将工程变形的物联网监控数据与BIM模型紧密地融合在一起，使用4D技术在3D BIM模型上加入时间轴来实时的监控。深基坑模型应用，结合监测点的色彩变化，模拟实现基坑监测的运行功能，对基坑工程的智能监控及信息化工程施工都会起到必要的推动作用。

2.4 基于BIM管理平台的监测管理

在深基坑监测BIM信息模型建立完成之后，再将信息导入到BIM软件中，与监测功能相结合，在BIM信息化软件实现对BIM模型的建模处理，要将数据格式的模型转变为BIM平台可以识别的格式模型。其次，将不同的监测点赋值，不同的颜色，方便了管理人员的识别，监测模型导入之后，还要根据预警算法去优先设计预警数值。

BIM系统与物联网的监测相结合，存在着变形偏大的监测点，会用感叹号标识来标注监测颜色，表示不同的预警程度，就可以快速找出基坑支护中的危险点，对变形的危险位置做好重点的监控。在平时监测中，可将监测数据信息输入到平台内部，以便于平台上去观察，查看任意监测点的时间段数据的变化，累计量的变化数值。

基于BIM安全管理，项目经理工程师发布安全监督指令，是保证工程项目质量的关键。传统的工程项目施工，多数是靠着工程人员自己的工作经验﹑工作习惯，采用二维平面图，借助于BIM技术可展开虚拟化施工，对工程方案作出优化改进，同时也可以展开可视化演示。对将会发生的事故，指出人员疏散安全，及通道消防设施安全，应急处理方式做好必要判断，这样就能够使得工程施工部署变得更加合理。

在深基坑工程项目施工作业中，对于信息化技术依赖程度工作，将BIM技术引入到基坑工程的监测领域，可以突出解决在基坑围护结构中产生的变形，不能够清晰或者直接展示基坑施工状况。将基坑的几何尺寸﹑围护结构信息﹑周边环境信息等引入到信息化模型中，并建立起BIM模型，通过利用服务器，进行多账号登录，便于业主方管理，工程人员查看基坑维护结构的变形状况。伴随着BIM信息化技术的进一步发展，车间人员不用去翻开纸质资料，一个手机就可以看到工程现场的监测信息流，掌握基坑工程施工作业的具体状况，使用信息技术，而使得基坑监测效率得到显著的提高。

2.5 地层模型与基坑模型的融合

应用BIM信息化技术，其特征就是可以将不同模型数据高度整合在一起，通过采用计算机可视化展现数据信息，使得数据更加贴合于施工作业的实际。使用BIM模型优势可以展开碰撞化的模拟测试，也及时发现工程施工图纸中存在的不足之处，通过使用模型来使得基坑与地层的模型深度融合在一起，如图1所示。

图1 地层模型与基坑模型的融合

地层模型使用3D max软件构件，让软件具有更好的通用性，而且在建筑设计﹑室内设计﹑工业设计等领域都有广泛的使用，3D max可以与公司其他产品进行无缝衔接，数据紧密整合在一起。

3 结束语

采用BIM技术能够给施工作业人员展示出清晰的工程图，避免出现项目返工超挖错挖的问题发生，而且还能够节约项目工期，方便工程操作，提升了基坑施工作业质量水平，保证工程质量达标，极大推动工程进度，节约施工作业的能源，减少成本。