論深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中BIM 技術(shù)應(yīng)用

文｜中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì) 潘明

在更高標(biāo)準(zhǔn)和要求深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工環(huán)境體系下，施工單位要積極探索效率、成本低的施工技術(shù)，并以此為依據(jù)優(yōu)化、完善、重構(gòu)施工項(xiàng)目?jī)?nèi)容、方式，同時(shí)也要積極創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用方式，以適應(yīng)復(fù)雜的市場(chǎng)環(huán)境。而B(niǎo)IM 技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)樯罨又ёo(hù)結(jié)構(gòu)施工等項(xiàng)目的作業(yè)提供良好幫助，因此有必要探討其的具體應(yīng)用環(huán)境和方式[1]。

1.BIM 技術(shù)概念及其應(yīng)用特征

1.1 BIM 概念內(nèi)容

BIM（Building Information Modeling）主要是指結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，以立體、可視等方式展示建筑模型的建筑技術(shù)，簡(jiǎn)稱建筑模型信息化。拆分其內(nèi)容構(gòu)成要點(diǎn)可以看出，其主要有三個(gè)部分構(gòu)成，其中B（building）主要涉及水體、土壤等同深基坑支護(hù)工程相關(guān)的內(nèi)容。而I（information），其主要表示基坑支護(hù)施工過(guò)程中涉及的所有元素，如施工方案、信息技術(shù)、施工材料等。M（modeling）其主要為動(dòng)態(tài)施工模型。從概念內(nèi)容的表現(xiàn)看，BIM 描述了地下深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工模型建立的行為與過(guò)程，但隨著信息技術(shù)、建筑技術(shù)、人類思維等因素的影響，BIM 技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程也變得更加復(fù)雜，因此大多數(shù)施工單位更習(xí)慣于將BIM 當(dāng)作一種與建筑信息化思想相關(guān)的工程施工技術(shù)[2]。

1.2 BIM 特征表現(xiàn)

結(jié)合BIM 技術(shù)原理、應(yīng)用表現(xiàn)，其特征主要包含以下幾個(gè)方面：①可視化。其能夠?qū)⒄麄€(gè)施工過(guò)程可視化，且所有可視化的結(jié)果，除了能夠用報(bào)表、效果圖來(lái)展示，還能讓建筑項(xiàng)目的全生命流程可視化，如項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工過(guò)程、運(yùn)營(yíng)管理等；②協(xié)調(diào)性，建筑信息模型可在建筑物建造前期對(duì)各專業(yè)的碰撞問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提供出來(lái)；③模擬性。其能夠模擬施工整體過(guò)程，如針對(duì)設(shè)計(jì)階段的模擬，可進(jìn)行光照模擬、視線模擬、節(jié)能（綠色建筑）模擬、緊急疏散模擬、CFD 模擬等。再如，在招投標(biāo)和施工階段，可進(jìn)行4D 模擬和5D 模擬，其中前者包括基于施工計(jì)劃的宏觀，而后者可與施工計(jì)劃匹配的投資流動(dòng)模擬[3]。

2.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中BIM 應(yīng)用路徑分析

基于上述BIM 技術(shù)概念、優(yōu)勢(shì)、內(nèi)涵等內(nèi)容，BIM 技術(shù)在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用可以從施工情況模擬、把控施工全生命周期、完善施工組織構(gòu)架、優(yōu)化施工技術(shù)選擇等層面，具體而言：

2.1 應(yīng)用于施工情況模擬

施工情況模擬主要指通過(guò)模擬方式，了解施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)基坑支護(hù)建設(shè)方式、順序等情況是否符合規(guī)范，是否存在缺陷，并依據(jù)模擬分析結(jié)果提出針對(duì)性應(yīng)對(duì)措施等[4]。首先，模擬施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)是否合理。通過(guò)收集基坑現(xiàn)場(chǎng)情況，如周邊建筑物基本形式、埋深結(jié)構(gòu)，或基坑平面位置與河渠、土坡間的關(guān)系，或基坑周邊降水量情況等，然后以此為模擬依據(jù)，分析設(shè)計(jì)圖紙是否可靠、是否有施工價(jià)值、是否存在設(shè)計(jì)缺陷等，如模擬發(fā)現(xiàn)土釘支護(hù)出現(xiàn)太大的變形、連續(xù)地下墻支護(hù)結(jié)構(gòu)墻面存在缺席等、土釘拉力不足等；其次，模擬施工組織設(shè)計(jì)方案。可利用BIM 技術(shù)可視化屬性，模擬真實(shí)施工流程，并提出針對(duì)性指導(dǎo)措施，如掛網(wǎng)施工支護(hù)工藝要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程把控各個(gè)要點(diǎn)的施工流程，或基于放坡要求修整土壁等；其三，應(yīng)用于復(fù)雜、重難點(diǎn)工序的模擬。以設(shè)計(jì)支護(hù)樁重要施工內(nèi)容為例，要模擬其最佳樁徑、基底標(biāo)高處樁間距。再如，支護(hù)構(gòu)架應(yīng)急加固處理等。以某兩棟建筑為例，其總建筑面積11.3 萬(wàn)平方米，建設(shè)內(nèi)容涵蓋高層住宅、商業(yè)、學(xué)校、地下車庫(kù)等。對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其基坑階段需要開(kāi)挖較深的深度，且需要設(shè)計(jì)較大的底板面積，所以設(shè)計(jì)盆式開(kāi)挖法，分區(qū)域分層開(kāi)挖，建立三維模型，然后對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行實(shí)況模擬，發(fā)現(xiàn)調(diào)整物料進(jìn)場(chǎng)方式、設(shè)備分布方式，如大型挖掘機(jī)應(yīng)先由東向西開(kāi)挖等。

2.2 應(yīng)用于全生命施工周期

結(jié)合深基坑支護(hù)施工要點(diǎn)、目標(biāo)等要素，其全流程包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容，①可行性研究。在此環(huán)節(jié)主要是利用BIM優(yōu)化性，對(duì)可行的深基坑支護(hù)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化，如優(yōu)化施工方案；②勘察，此環(huán)節(jié)主要是利用BIM 技術(shù)將勘察的基坑信息進(jìn)行數(shù)據(jù)化，如土層柱狀圖、工程地質(zhì)剖析圖、勘察現(xiàn)場(chǎng)平面圖等，然后利用三維模型分析現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)、信息等內(nèi)容，以提升勘察的可靠性，為后期施工圖紙、施工組織等要素的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，如利用BIM+GIS+三維地質(zhì)+勘察信息化數(shù)據(jù)平臺(tái)，能夠進(jìn)一步提升勘察數(shù)據(jù)的質(zhì)量[5]；③施工設(shè)計(jì)，其主要應(yīng)用如上述設(shè)計(jì)應(yīng)用為主，當(dāng)然也可對(duì)安全應(yīng)急處理進(jìn)行模擬，如在發(fā)生安全事件后，如何在保障施工作業(yè)人員人身安全情況下控制現(xiàn)場(chǎng)情況；④施工。施工屬于深基坑支護(hù)的核心流程，具有十分重要的意義，因此BIM 的應(yīng)用也更加全面、立體，如可進(jìn)行虛擬施工、施工現(xiàn)場(chǎng)建模、施工機(jī)械建模、臨時(shí)設(shè)施建模等內(nèi)容，如虛擬施工，其主要是指結(jié)合施工圖紙、現(xiàn)場(chǎng)勘察等情況，以機(jī)械建模、現(xiàn)場(chǎng)施工建模以及臨時(shí)設(shè)施建模為基點(diǎn)，虛擬現(xiàn)場(chǎng)使用情況（如圖1 所示）；⑤深基坑回填。BIM 應(yīng)用流程主要為，利用BIM 技術(shù)分析基坑結(jié)構(gòu)主體→形成基本模型→利用模型分析回填邊線條范圍→搭建土方實(shí)體化模型→分層處理圖層信息→獲得各個(gè)區(qū)域?qū)嶋H所需回填量→依據(jù)回填量設(shè)計(jì)回填方案→進(jìn)行回填[6]。

圖1 BIM 技術(shù)虛擬深基坑現(xiàn)場(chǎng)施工

2.3 應(yīng)用于施工組織構(gòu)架

基于BIM 技術(shù)的協(xié)調(diào)屬性，其能夠保障多個(gè)部門間協(xié)作的有效性、有序性，具有較強(qiáng)的作用。究其原因，BIM 技術(shù)能夠搭建橫向和縱向信息流通平臺(tái)，不僅能夠通過(guò)圖示化、圖表化內(nèi)容讓作業(yè)人員快速了解支護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和重點(diǎn)工作，繼而有效縮短施工時(shí)間、提升施工質(zhì)量，還能提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的調(diào)度效果，如讓支護(hù)鋼筋材料的調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)澆筑、集水井的砌筑等的協(xié)調(diào)等。同時(shí)，基于BIM 技術(shù)的功能，還能建設(shè)更加有序、系統(tǒng)、完善的施工組織構(gòu)架，讓各個(gè)部門明確自身具體責(zé)任，如施工設(shè)備的保護(hù)、選擇施工技術(shù)、施工現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)資料的管理、深基坑全流程預(yù)算管理、支護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)、BIM 技術(shù)應(yīng)用管理等。

2.4 應(yīng)用于優(yōu)化施工技術(shù)

受到環(huán)境、地理位置、土層結(jié)構(gòu)、周邊建筑、設(shè)施設(shè)備等要素的影響，要科學(xué)選擇深基坑支護(hù)技術(shù)。而利用BIM 技術(shù)可達(dá)到技術(shù)選擇的最優(yōu)化。目前，國(guó)內(nèi)深基坑支護(hù)技術(shù)主要包含鉆孔灌注樁、挖孔樁支護(hù)技術(shù)、深層攪拌水泥土樁墻支護(hù)技術(shù)以及土釘墻支護(hù)。利用BIM 可視化技術(shù)，能夠利用建模等方式，用4D、5D 方式立體展示各個(gè)施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，如挖孔樁支護(hù)技術(shù)擁有變形較小、抗彎曲能力強(qiáng)、剛度較大等優(yōu)勢(shì)，但是其成本較高，不適用需擋水環(huán)境。再如，土釘墻支護(hù)技術(shù)，擁有造價(jià)低、施工速度快等優(yōu)勢(shì)，水會(huì)使其結(jié)構(gòu)軟化，繼而導(dǎo)致局部或整體受到破壞等。而這便能幫助施工人員、管理人員更加有序的選擇施工技術(shù)。需注意，在利用BIM 技術(shù)選擇施工方法，或優(yōu)化施工時(shí)，應(yīng)首先確定施工環(huán)境和設(shè)計(jì)的五維模型、要結(jié)合構(gòu)件內(nèi)容科學(xué)選擇模擬設(shè)備以及機(jī)械設(shè)施運(yùn)作方式、明確施工順序和方式以及現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)裝置的位置等。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)行技術(shù)環(huán)境下，BIM技術(shù)能夠提升施工效率，提升施工效率，保障施工安全。因此，施工單位應(yīng)在重視該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，以項(xiàng)目實(shí)際情況為基點(diǎn)，探究其最合理、科學(xué)的應(yīng)用方式。據(jù)此，文章從四個(gè)方面分析了深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中BIM 技術(shù)應(yīng)用，具有一定參考價(jià)值。