BIM技術在某工程深基坑支護設計中的應用

高正林，李宏焰

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 BIM在基坑工程勘察及支護設計階段應用的現狀

隨著互聯網+、物聯網技術和數據分析等技術的發展，可以更好地融合和服務于建筑業的發展。基坑開挖作為建筑施工的一個必要工程，尤其是層高和結構越來越復雜的建筑，基坑開挖的難度和重要程度都會提高。基于BIM技術并將互聯網+應用到基坑工程施工中成為一個發展新思路，并被公認為實現建筑施工可持續發展的正確選擇。正值建筑行業轉型升級階段，各種新的技術和方法被廣泛應用。BIM技術已經在建筑行業的設計、倉儲、施工、監理、驗收等各個環節廣泛使用，但是目前BIM技術僅僅應用于建筑施工的基礎以上項目中，例如建筑設計、施工、機電安裝等環節，而基坑開挖等項目沒有受到足夠重視，對于BIM技術應用到地下空間建筑的標準和研究比較少。建筑行業中基坑的地質勘察、支撐維護、位移監測等缺乏相應的專業軟件，且各個環節數據格式和內容不統一，不利于推進工程項目全過程數據管理。因此，把BIM技術應用到基坑工程的地質勘察和支撐維護環節，可以推動整個基坑工程的設計、施工、養護工作的高效化。采用BIM技術建立基坑信息模型，推動基坑工程BIM數據標準和技術的研究，由于基坑工程專業性強，相關的建模技術和通用標準還不完善，結合具體項目案例進行開發和研究推進BIM技術在基坑工程的應用，將會具有良好的經濟效益和社會效應[1-5]。

2 工程概況

某建筑工程地上三層框架主體、地下一層。本工程基坑深度為6.8m、地坪建筑標高-0.415m，基坑內大部分樁頂建筑標高-7.015m、防水及墊層厚度為200mm、坑底建筑標高為-7.215m；東南角及北側樁頂建筑標高-6.215m、坑深度6m；東北側為設備用房基坑，深度為7.085，坑底建筑標高-7.50m，承臺頂建筑標高-6.200m、承臺厚(含防水)120mm，墊層厚度100mm。本基坑呈矩形占地面積2.4萬m2，東西長115m、南北長233m，周長為750m。

3 BIM在基坑支護設計中的應用

3.1 工程地質及水文條件

本工程項目地處市區主干道路，距離附近的道路和建筑較近，因此對地表的沉降應嚴格控制，必須做好基坑開挖施工過程中附近建筑的保護措施，做好地坑的支撐維護工作確保地表沉降合理可控。基坑開挖之前需要做好地質勘察和施工方案設計，該項目土層分布不太均勻，且土體多為黏土、粉質黏土、填土呈可塑狀態。此項目地理位置和水文條件相對復雜，防護工程具有一定的風險性和挑戰性。

3.2 基坑支護體系方案

建筑周邊距離道路和建筑較近，開挖過程中應做好基坑防護工作。基坑開挖深度為6.0m～7.085m，開挖土層主要以粉質黏土為主，結合項目的場地條件、周邊環境和基坑深度等客觀條件，綜合考慮項目的管理和工期要求因素，經過設計和施工人員的反復討論，最終確定工程施工采用鉆孔灌注樁+1道鋼筋混凝土內支撐結合雙排樁及二級放坡、大口井降水、雙軸水泥攪拌樁全封閉止水的方案，鉆孔灌注樁支撐維護結構的施工形式如圖1所示，雙排樁布置形式如圖2所示。

圖1 鉆孔灌注樁支護結構的布置形式

圖2 雙排樁布置形式

3.3 三維場地勘察信息模型的建立

本工程采用BIM技術進行建模，根據輸入系統的分層地質和鉆孔數據等建模。建模完成后，可以實現對地質土層的三維可視化展示，尤其是可以直觀展現出不易察覺的地質不良情況、場地特殊情況等，便于建設單位和設計單位對場地進行具體分析，可以充分了解到地質情況存在的風險因素。BIM技術搭建的三維模型還具有模擬預演功能，可以在實際開工前，采用三維模型對基坑開挖的順序和方式、方法等進行模擬施工，可以實現針對不同的基坑開挖深度和范圍模擬開挖的土層情況，并且可以得到每一個開挖深度時的不同區域基坑模型，通過軟件切換可以展示出開挖部分和剩余部分。根據基坑模型的開挖過程預演，對不同深度下基坑內部和周邊的環境進行分析，以便采取適當措施降低施工帶來的風險和隱患。

3.4 三維基坑支護設計信息模型的建立

采用BIM技術后可以為建設單位和施工單位確定基坑工程施工方案提供技術支持和決策輔助，避免了傳統二維施工圖紙對于施工設計表達不直觀、不清晰、施工環境描述不具體的缺陷。通過BIM技術建立的三維立體模型可以實現施工數據的信息共享，參建各方可以在相應權限內修改和查詢工程的各種信息參數，有利于各參加方詳細準確了解工程結構設計、施工方案以及周邊環境影響等因素。

同時，BIM技術可以實現對基坑支撐模型進行三維展示（見圖3）。根據三維分析和展示，可以對建筑物和周邊場地關系做出精準判斷，方便各參加方對基坑施工進行意見交流做出合理的決策，提高了施工管理的質量和效率。

圖3 內支撐模型

4 結語

BIM技術是對傳統建筑施工和管理模式的創新，通過采用BIM技術可以將傳統的二維設計圖紙變為可視化的三維立體模型，并可以實現對施工方案的模擬預演。以本項目為例，基于BIM技術建立基坑地質和開挖防護模型，得出以下結論。

①基于BIM技術搭建的地質土層模型，直觀清楚的展示出工程地質條件，并對基坑開挖進行施工模擬，展示出基坑開挖全過程的變化和對周圍環境的影響程度，參建各方可以實現對模型數據的查閱共享，及時了解施工方案。

②相對于傳統的二維施工圖紙，BIM技術可以直觀形象的展示出工程設計的意圖和難點，并且在施工過程中提高設計交底和施工交底的效率，增加了各方的溝通交流效率，為工程項目順利實施提供了安全可靠保障。