BIM技術在深基坑工程勘察及支護設計中的運用

劉偉

江西省勘察設計研究院有限公司 江西 南昌 330095

基坑工程具備極高系統性、綜合性，此類工程屬于地下工程，施工作業復雜性高，隱蔽性強，危險系數大。在以往，由于工程勘探的深入性、細致性不足，施工建設前雖進行了工程勘察，但受技術的限制，無法形成對深基坑工程實際建設概況的充分了解，設計碰到的問題也無法在工程建設前期及時解決。為此，引入新型技術，強化工程勘察及設計效益的意義是極為顯赫的。本文將針對BIM技術在深基坑工程勘察及支護設計中的運用展開初步探索，以期為相關人士提供參考。

1 深基坑工程的特點

依據我國住建部的相關規定，開挖深度超過5m，有3層及以上地下室的，或是開挖深度在5m以內但具備復雜基坑條件的，均屬于深基坑工程。此類工程的施工作業難度較高，工程情況復雜，因此施工建設過程中需要格外注意。總結深基坑工程的特點，可由以下幾方面來說。

1.1 基坑深度較大

目前，隨著建筑行業的進一步發展，以及城市化建設進程的逐步推進，我國地面空間日漸緊缺，因而加大了對地下空間的開發利用，深基坑工程的基坑深度也在持續擴大。在工程籌建階段，保障基坑安全性是極為關鍵的，拓寬基坑深度能夠有效提升其安全性能，但也同時決定了基坑支護形式的復雜化演變。在這種背景下，需要進一步增強支護設計精準性，防止因保守設計造成資源浪費，也不得因過度節約施工材料而導致支護設計不規范、不合理，影響基坑施工安全性[1]。

1.2 巖土層尤為復雜

由于基坑巖土層復雜性過高，在支護設計過程中，常因客觀條件限制而導致設計計算缺乏實效性，無法符合施工建設要求，且對施工經濟性、安全性造成極大威脅。在這種背景下，需要進一步拓寬基坑支護形式，強化剖面細致性。應依據建設區域的巖土層工程特性選擇適宜的支護形式，針對巖土層工程特性的可選擇經濟性較高的支護形式，反之則需以安全性為主。

1.3 周邊環境復雜性高

針對建設環境處于城市中心區域，周邊建筑物分布密集，且地下管網鋪設多的區域，開挖基坑時需要盡可能地降低對周邊環境所造成的影響，并確保基坑支護結構的安全性，保障周邊環境不會對其造成影響，落實好基坑支護設計計算。

1.4 施工空間狹窄

目前，我國城市地面空間正在不斷縮減，在進行深基坑工程開挖的過程中，由于該工程的復雜性較高，施工空間過于狹窄，給施工建設造成了極大的阻礙。施工現場的材料堆放問題亦會影響基坑支護開挖作業。為此，前期進行基坑支護設計時，需要明確由物料車載造成的支護作業障礙。

1.5 施工建設周期長

該工程復雜性高，工程量大，投入建設后亦需要較長的時間才能夠完工。為此，在施工時間的不斷推進下，支護結構或會產生變形，因而影響基坑安全性。由這一層面分析，開展支護設計時需要充分考慮到工期因素，防止造成嚴重的安全事故。

1.6 突發事件過多

在深基坑工程開挖作業中，受其開挖深度、所使用施工工藝的復雜性以及過高的工程勘察難度，施工建設的安全隱患十分之大。此外，一些臨時工程在安全防護方面的建設力度薄弱，未落實好應急預案工作，因而導致施工建設階段的突發事件較多。此外，該工程的技術性要求尤為強烈，且涉及范圍較廣，常因突發事故造成嚴重損失。為此，前期需要進一步強化基坑監測，完善應急措施構建。

2 現階段深基坑工程施工控制中的問題

現階段，施工單位在進行深基坑工程施工作業時，所使用的施工控制方式缺乏科學性，導致后續施工階段常出現各式問題，造成工程延誤，并帶來嚴重的經濟財產損失。在施工建設前期，各施工單位未能深入落實工程勘察工作，對實際施工建設場地的了解不夠細致，將工程進度計劃視為單一的施工控制參照。然而，在施工進度不斷推進下，常產生實際施工作業狀況與前期設計不相符的問題，造成嚴重的工程延誤。

此外，深基坑工程屬于地下工程，施工隱蔽性高，若支護設計不合理，工程勘察不全面，常會在后續施工過程中出現明顯的碰撞問題。有一些工程所選用的支護構件為土釘、錨索類，此類支護構件常出產生相互碰撞的問題，且極易與工程建設場域中原有的建筑物及地下管網碰撞，由此造成的負面影響不僅包括施工進度延誤，還會威脅到基坑施工安全性。

另外，現階段的場地布置規劃還停留于二維圖紙層面，大多施工人員對圖紙設計意圖的了解并不夠透徹，實際施工建設過程中存在明顯的經驗化思維。且由于二維平面的局限性過高，難以達成真正意義上的三維場地實況還原，進一步加劇了深基坑工程的建設難度，由該工程過高隱蔽性造成的施工障礙仍存在[2]。

由此，可以充分認識到現階段所存在的施工問題多是因技術限制過大所引起的，若能夠將BIM技術引入到工程勘察及支護設計中，其可視化功能將得到充分發揮，能夠有效彌補深基坑工程的隱蔽性缺陷，增強工程勘察的全面性、實效性及可操作性。

3 BIM技術在深基坑工程勘察及支護設計中的運用方式探究

3.1 全面、細致地展開工程勘察

在以往，因深基坑工程的隱蔽性過強，復雜性高，且相關工程單位的技術水準過于有限，因而所實行的工程勘察方式缺乏全面性，導致過多安全隱患未能得以及時發現，增大了現場施工作業的復雜性。為此，相關單位需要積極引用BIM技術落實工程勘察工作。實際工作過程中，可將BIM技術與周邊GIS數據相結合，依托于相關信息化平臺，充分發揮出BIM技術的可視化及數字化特點。引入自動化數據監測技術后，可由其來落實對深基坑工程周邊建設環境的勘察，并將所得到的地質信息自動上傳至BIM監測平臺中，以三維立體的方式進行工程信息反映，確保相關人員能夠準確把握實際建設場域的工程特性。

此外，還可引入IDS套包、Inventor等，以此來進一步增強工程勘察的細致性。相關人員可依據實際建設所需，以及工程規劃現場的實際狀況，選擇所使用的軟件。可依托于“Revit”軟件來展開工程建模，利用好該軟件所具備的強大API接口，進一步增強工程建模效率。相關人員應當首先做好二維勘察信息數據收集與整理，提取地層厚度、類型等重要地質信息，并完成各節點坐標輸入與轉換，進而獲得清晰準確的三維地質模型。

另外，也可引入CAD文件，增強深基坑工程勘察圖紙繪制的精細度。CAD文件中的等高線圖形由多點構成，當其中所含密閉曲線越多時，將能夠得到更加緊密的曲面。因此，可借此來客觀、真實地表示山谷線、山脊線，進一步增強勘察圖紙的參照價值。由此，若勘察圖紙中存在不規范、不合理的部分，也能夠被及時查明[3]。

總之，將BIM技術運用到深基坑工程勘察工作中后，以往勘察圖紙間關聯性過于低下的弊端能夠得到有效解決，相關人員可由整體著手客觀地評價工程概況，依托于三維模型進行科學的工程切剖觀測，增強相關建設人員間的溝通交流通暢性，進一步提升工作效率，確保勘察結果的準確性與全面性，為后續支護設計提供根本參照。

3.2 落實好基坑建模規劃

完成工程勘察工作后，需要依據所得勘察資料，靈活選擇基坑建模方式，運用BIM技術進行三維模型構建，實現對工程建設情況的全方位把控。在制定出工程支護設計方案后，不得直接投入施工建設中，必須強化基坑建模規劃。基于此，可選用“Revit”軟件進行三維模型構建。相關人員需先整合工程勘察資料，對其中涵蓋的標高、軸網等關鍵數據信息加以整理歸納，并參照所制定的工程二維圖紙，準確落實基坑體量建設，然后根據前期支護設計方案中給出的各項節點數據，進一步完善三維模型構建，完善預應力錨索等方面的內容。當全面模型構建完畢后，再對其展開整合處理。實際操作過程中，需要注重如下內容：

3.2.1 建模前期規劃

實際建設過程中，需要保障前期規劃的精準性，依據深基坑工程的實際概況，增強模型構件的精細化建設。針對腰梁、灌注樁、錨索等構件，必須堅持以施工圖為第一標準，防止其形狀或是尺寸出現偏差，同時也需確保具體位置安排的合理性。應參照基坑標高與軸網，進一步加強前期規劃的細致性。完成基坑建模后，需要進一步加強細節優化。

3.2.2 基坑體量建模

所謂基坑體量建模是針對基坑場地的一種建模類型，實際操作過程中，需要參照平面圖紙規劃信息，準確參照其外輪廓線繪制，以及所標注的基坑挖深信息，規范執行場地建模操作。運用BIM技術軟件，于公制體量中進行設計標高創設，然后將所繪制的結構基礎圖導入其中，分析體量模型，進一步明確在基坑工程設計中，是否存在不當之處，如若基坑開挖深度不一致，需要以此來展開基坑劃分，并在圖紙中加以詳細標注[4]。完成此部分工作后，需要再次展開構件族創設。針對一些異性構件，應當展開自定義參數化建設。如針對預應力錨索，需采用公制常規模型展開構建，采用拉伸方式繪制出異性構建輪廓，然后再導入參數、屬性信息，再將其導入族中，通過連接與保存形成完整的錨索構建創設。

3.2.3 加強關鍵節點把控

深基坑工程具備極高不確定性，實際建模操作過程中，需要加強操作規范性與細致性，把握好建模操作節點，針對常見問題需要格外重視。實際建模操作中，一些構件是由諸多零碎小構件組合而成的，若單個構件圖元參數出錯，后續將出現無效碰撞。因而需要在實際操作中，強化圖紙設計階段的規范性，加強尺寸檢測，保障交叉圖元設計調整的規劃性，盡可能地將設計失誤降到最低，防止后期出現反復修改。

3.3 完善支護設計碰撞檢測

3.3.1 陽角錨索碰撞分析

針對深基坑工程而言，由于其施工作業場所位于低下，隱蔽性尤為強烈。支護設計中的設計碰撞問題常集中在陽角錨索部分，需要強化BIM技術運用，實現對陽角錨索碰撞點的可視化監測，因而實現量化管控的目的。為此，可引入“Navisworks”軟件，實現對工程支護設計中所存在碰撞點的檢測，并做好數量及位置數據統計，然后再對其三維模型展開調整，最終消除碰撞問題。

由于深基坑工程陽角多伸向坑內，因而形成了兩大臨空面，導致支護操作過程中，會因支護構件入射標高及角度把控不合理而造成碰撞問題。分析二維平面圖紙時，需要格外注意在圖紙設計規劃中的陽角錨索交叉問題，防止出現嚴重的群錨效應。在利用BIM技術明確碰撞狀況，對錨索信息進行準確定位后，進行錨索調試，提升施工效率的同時保障深基坑施工作業安全性[5]。

3.3.2 周邊建筑碰撞點及其他碰撞控制

實際施工作業過程中，必須將錨索打入土層中，以此來獲得更高的錨固力。為此，需要在監測陽角碰撞問題的同時，防止支護設計內容與深基坑施工場域低下管線和建筑物出現碰撞問題。針對此，亦可運用BIM技術的可視化特點，依照三維模型來展開碰撞監測與優化。針對此，可以采用水平旋轉錨索角度的方式，保障原設計方案不變，并為施工作業提供更多便利。可使用“Revit”軟件同時展示三維及二維形態的支護設計方案圖，針對出現碰撞問題的位置加以明確標注，進而展開細致調整。

此外，需要始終以工程勘察報告為關鍵參照，保障深基坑支護設計和實際工程概況間的契合性，依托于各項勘察數據進行三維模型構建，針對土層粘聚力、內摩擦角等信息，需加以明確標注，并保障鋼筋等級、支護樁砼標號此類信息記錄的精準性。完成信息處理后，需要導出具體分分析文件，并利用基坑有限元分析軟件計算出具體的支護受力、變形數據，明確在后續施工建設過程中，基坑的穩定性狀態，并做好配筋率統計。運用BIM技術核查支護方案內容的規范性與精準性，分析其是否具備較高可行性，若軟件報錯，或是查出設計碰撞問題，應及時加以改進，避免將不合理的設計方案投入到施工建設中，將深基坑施工作業階段的安全隱患降到最低[6]。此外，相關設計人員還可集合實際情況，進一步核查利用BIM技術所得出的設計碰撞檢測報告，充分結合人的智慧，避免因軟件功能有限而造成計算失誤，并將全部監測數據反映至BIM模型中，導出科學完整的支護設計圖紙。

4 結束語

綜上所述，基于深基坑工程建設條件的復雜性，如何提升工程勘察效益，形成對工程建設場地實況的深入把控，并保障支護設計的科學性與可操作性，是各建筑單位亟需解決的難題。近些年BIM技術在工程建設領域的廣泛推廣運用，給工程施工操作帶來了新的生機。為此，可以將BIM技術引入到深基坑工程中，運用先進科學技術來有效緩解工程勘察難度，開展設計碰撞監測，保障后續施工建設的規范性，確保深基坑工程能夠按時保質地完成。