李景明 山西省勘察設(shè)計研究院有限公司

1 前言

深基坑工程就是開挖深度大于等于5m的基坑（槽）的土方開挖、降水、支護工程，或是開挖深度在5m內(nèi)，但是周圍環(huán)境、地質(zhì)條件、地下管線十分復(fù)雜的支護、開挖和降水工程，具有一些顯著的特點。如：地區(qū)性強、風險性大、臨時性大、綜合性強、環(huán)境要求很嚴格等。隨著超高層建筑和城市地下空間的開發(fā)建設(shè)，深基坑工程日益增加，這也帶動了技術(shù)的發(fā)展。但是很多深基坑都集中在人口密集以及建筑物的市區(qū)，施工場地較小、條件復(fù)雜，所以，怎樣科學的設(shè)計支護，減少施工給周圍帶去的影響，提升施工質(zhì)量，就是各界廣泛關(guān)注的問題。BIM技術(shù)當前在建筑工程領(lǐng)域中得到了廣泛的運用，在深基坑工程設(shè)計中運用，可以充分發(fā)揮出其優(yōu)勢，提升工程的集成化水平，優(yōu)化設(shè)計效果，為實際施工奠定良好的基礎(chǔ)。

2 BIM技術(shù)的特點

BIM就是建筑信息模型，其是建立在三維數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)上的，建立和運用數(shù)字模型，對工程項目實施設(shè)計、建設(shè)、運營管理整個過程，也就是運用計算機三維軟件工具，建立涵蓋工程中完整數(shù)字模型，且在模型中包含具體的工程項目信息，把這些信息以及模型滲透到工程建設(shè)的整個階段中。如：設(shè)計、施工管理、運用管理等。該技術(shù)具有一些顯著的特點，包括信息集成、工作關(guān)聯(lián)性以及工作協(xié)同性。

2.1 信息集成

該技術(shù)就是基于數(shù)字信息構(gòu)建三維模型數(shù)據(jù)庫，設(shè)計人員在設(shè)計時可以直接從數(shù)據(jù)庫中提取所需的信息，和以往的二維設(shè)計不同，設(shè)計人員可利用數(shù)字信息高效的模擬建筑物信息，涵蓋各個構(gòu)件的空間、幾何關(guān)系、相關(guān)設(shè)計要素的功能特性與建筑信息、各個構(gòu)件連接方式 以及荷載狀況[1]。除此之外，對于工程中復(fù)雜的節(jié)點，也能夠?qū)嵤┤S深化設(shè)計，打破2D圖紙的弊端。

2.2 工作關(guān)聯(lián)性

該技術(shù)的一個顯著特點就是，建筑信息在模型構(gòu)建和使用中是相互關(guān)聯(lián)的，如果一項內(nèi)容改變，其他方面也會跟隨變化，并體現(xiàn)在模型的剖面、立面、平面和3D模型中，便于相關(guān)人員查看和掌握更改情況，無需逐個處理圖紙。該特點，能夠確保建筑信息高效地傳遞給不同專業(yè)的技術(shù)人員，節(jié)省人力以及成本。

2.3 工作協(xié)同性

在工程建設(shè)中，該技術(shù)可以給參建方建立一個同步工作的平臺，為相關(guān)方和后期運營管理者的溝通提供便利，實時了解工程建設(shè)的每個環(huán)節(jié)，確保工程的質(zhì)量及效率。基于該技術(shù)構(gòu)建的3D模型，能夠?qū)嵤┡鲎矙z查，在確保不同專業(yè)相應(yīng)的布設(shè)原則的情況下，自動檢查系統(tǒng)和系統(tǒng)間有沒有沖突，可以提升整個設(shè)計團隊的效率，促進不同專業(yè)的交流[2]。

當前國內(nèi)建筑信息化模型技術(shù)的引入、運用、開發(fā)一般都是在建筑結(jié)構(gòu)方面，地下工程中的運用有限，一般用在不同專業(yè)的協(xié)同工作、模擬施工過程、管線綜合碰撞檢查中。結(jié)合該技術(shù)的優(yōu)點和國內(nèi)的運用情況，研究其在深基坑工程不同階段的深入運用，充分發(fā)揮出其優(yōu)勢，對于工程建設(shè)有重要意義。

3 BIM技術(shù)在深基坑工程設(shè)計中的應(yīng)用策略

3.1 前期綜合勘察

在前期勘察規(guī)劃環(huán)節(jié)，結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)勘查信息、周邊環(huán)境信息、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，可以初步比較選擇基坑設(shè)計方案，構(gòu)建相應(yīng)的環(huán)境模型，其中包含較多的信息。如，周邊特殊建構(gòu)筑物、地基基礎(chǔ)、地質(zhì)地形條件等，依據(jù)相關(guān)的模型信息，初步選擇基坑支護方案，實施計算分析[3]。

3.2 支護方案三維可視化設(shè)計

結(jié)合前期計算分析，設(shè)計支護方案，基于前期環(huán)境模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建基坑支護體系的3D模型，全面的考慮相關(guān)的情況，科學的布置基坑的水平和豎向圍護結(jié)構(gòu)。因為3D模型直觀可視，方便業(yè)主與設(shè)計人員利用建筑信息化模型進行溝通，及時找出設(shè)計中的不足及問題，并實施論證，有針對性的實施優(yōu)化。在后面施工中，若是發(fā)現(xiàn)方案中有不合理的地方，可以利用建筑信息化模型做出優(yōu)化，提升工作的效率，充分發(fā)揮出技術(shù)的作用。

3.3 協(xié)同設(shè)計

該技術(shù)的運用，能夠給不同專業(yè)的設(shè)計人員提供較好的設(shè)計平臺，基于設(shè)置項目中心文件，共同分享，做到協(xié)同設(shè)計。每個專業(yè)的設(shè)計師可利用符合各自專業(yè)的BIM建模軟件，構(gòu)建相應(yīng)的模型，并把模型和中心文件鏈接進行同步，將不同專業(yè)修改以及添加的信息添加到中心文件中，方便其他專業(yè)查看，提升信息的共享性，最大限度地減少設(shè)計變更[4]。

3.4 深化設(shè)計

和2D設(shè)計對比，建筑信息化模型技術(shù)的運用，不僅能夠?qū)ΤＲ?guī)構(gòu)建實施3D設(shè)計，還能夠更好的設(shè)計部分復(fù)雜節(jié)點或是構(gòu)件。復(fù)雜的構(gòu)件在建筑信息化模型軟件中能夠通過參數(shù)化設(shè)計生成新的組件，可隨意在模型中布置，還可以對參數(shù)進行調(diào)整，快速修改和統(tǒng)計各種情況下需要材料的總量，減少物力及人力的投入，對施工管理和造價控制具有積極影響。

3.5 碰撞檢查

這是該技術(shù)運用的最成熟的技術(shù)之一，基坑工程管線雖然沒有高層建筑的管線復(fù)雜，但是還要重視管線和管線或是梁、柱間的碰撞問題，然而豎向支撐結(jié)構(gòu)中有很多的格構(gòu)柱以及立柱樁，借助建筑信息化模型，能夠直接地體現(xiàn)出立柱樁和工程樁間、地下室結(jié)構(gòu)和格構(gòu)柱間空間位置關(guān)系，促進不同專業(yè)間設(shè)計信息的交流，優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量[5]。

3.6 施工過程模擬

基坑工程和其他建筑工程的一個顯著差異就體現(xiàn)在土方施工上，因為場地、周圍環(huán)境、豎向支撐體系的約束，在基坑設(shè)計中應(yīng)該注重土方開挖方案。例如，車道設(shè)計、土方開挖順序等。運用建筑信息化模型技術(shù)，可以實施4D施工過程的模擬，全面的體現(xiàn)方案，加強交流，提升工作的效率。

4 實例分析

4.1 工程概況

某項目基坑總面積太大，所以，在施工時分成三部分，選擇中間緩沖區(qū)域的基坑，利用BIM技術(shù)進行設(shè)計。該區(qū)段基坑的寬度和長度分別是63m和123m，普遍深度為23.1m，局部區(qū)域深度為24.1m，基坑三面圍護使用地下連續(xù)墻、一面使用鉆孔灌注樁，同時設(shè)置四道內(nèi)支撐實施水平支護。

4.2 BIM設(shè)計成果

基于利用BIM建模軟件Revit Architecture及Revit Struc?ture，涉及基坑支護，完成基坑的支護結(jié)構(gòu)、土方開挖、地下室結(jié)構(gòu)、支撐加腋節(jié)點鋼筋模型。首先，利用設(shè)計軟件，構(gòu)建基坑支護結(jié)構(gòu)3D模型。其次，進行結(jié)構(gòu)碰撞檢查[6]。通過運用完成的基礎(chǔ)、地下室結(jié)構(gòu)和支護結(jié)構(gòu)模型，利用Revit的碰撞檢查功能，檢查支護結(jié)構(gòu)布置是否和其他建筑結(jié)構(gòu)存在碰撞問題，如果有這種情況，就要馬上進行調(diào)整。再次，土方開挖方案模擬。因為場地方面的限制，在開挖土方時若是把出土坡道設(shè)置成普通的直坡，在最大坡度下很難躲避開基坑支護結(jié)構(gòu)且降至出土標高，所以，應(yīng)該將其設(shè)置曲線形，不僅可以下降到出土的標高，還能夠適應(yīng)最小坡度要求，避開支護結(jié)構(gòu)。一般的2D圖紙很難清楚的說明，對此，可利用Revit軟件構(gòu)建空間三維模型。最后，復(fù)雜節(jié)點深化設(shè)計。結(jié)合設(shè)計要求，在Revit中構(gòu)建格構(gòu)柱、支撐加腋節(jié)點處鋼筋深化設(shè)計模型、棧橋下綴板族文件，直接輸入?yún)?shù)，能夠自動生成三維節(jié)點模型。

5 促進BIM技術(shù)在深基坑工程設(shè)計中有效應(yīng)用的策略

5.1 組建BIM團隊

為了有效地運用建筑信息化模型技術(shù)，需要不同專業(yè)技術(shù)人員間加強配合，應(yīng)該組織建立一個BIM團隊，涵蓋各工程設(shè)計人員、不同專業(yè)BIM工程師、管理員。管理員應(yīng)該負責BIM實施計劃的編制、任務(wù)的安排、不同專業(yè)的協(xié)調(diào)、后期模型合并、檢查、修正；工程師則要負責構(gòu)建該專業(yè)的BIM模型，加強和管理員之間的交流?？茖W的團隊架構(gòu)、清楚的分工，可以促進工作任務(wù)的高效完成，可見，BIM團隊的組建是該技術(shù)推廣以及運用的基礎(chǔ)[7]。

5.2 BIM軟件本地化程度的影響

當前業(yè)內(nèi)推廣較多、功能較為完善的BIM軟件一般都是國外公司研發(fā)的，這就使得在國內(nèi)運用中會出現(xiàn)較多的不方便，除了語言文字，更重要的是專業(yè)方面。例如，建筑規(guī)范不同、設(shè)計、表達習慣不一致等。拿Revit軟件來說，其對計算機硬件有很高的要求，和經(jīng)常使用的設(shè)計軟件相比，操作更加復(fù)雜，缺乏靈活性，本地化較低，軟件中的族庫很少有適合我國建筑運用的，沒有和其他軟件轉(zhuǎn)換的第三方插件，且效果展示的精美度不夠。

5.3 族庫的建立和管理

在設(shè)計中運用BIM技術(shù)，族庫的構(gòu)建以及文件管理，能夠全面地體現(xiàn)出該技術(shù)的應(yīng)用程度。雖然在各種軟件中的命名不一樣，然而族庫是提升BIM設(shè)計高效性的保證。若是族庫中有大量的族文件，設(shè)計人員就能夠隨意建立復(fù)雜的建筑模型[8]。設(shè)計人員日常在使用中要注意收藏積累，不斷增加族庫中的文件，更好地體現(xiàn)出建筑信息化模型技術(shù)的優(yōu)勢。

6 結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域得到了有效的運用，在深基坑設(shè)計中運用，借助建筑信息化模型的協(xié)同設(shè)計、三維可視化、深化設(shè)計、模擬施工過程等功能，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，不斷的優(yōu)化設(shè)計方案，提升設(shè)計的科學性以及有效性?，F(xiàn)階段BIM技術(shù)在深基坑工程中的推廣以及運用還存在一些問題，但是該技術(shù)可以促進設(shè)計行業(yè)的發(fā)展，從幾何表現(xiàn)變成建筑信息集成模型，從單個專業(yè)變成多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，提升設(shè)計的水平，為施工提供正確的指導(dǎo)，減少深基坑施工的影響，確保施工質(zhì)量。因此，在深基坑設(shè)計階段，設(shè)計人員需要合理的運用BIM技術(shù)，充分發(fā)揮出其優(yōu)勢，優(yōu)化設(shè)計的效果。