BIM技术在地下空间深基坑工程中的应用研究

王文龙

（建材天水地质工程勘察院有限公司）

1 BIM技术以及基坑工程相关概述

1.1 BIM定义与特点

BIM 技术是信息化时代的重要技术类型，在使用过程中不仅可以运用到建筑工程全生命周期，而且还能代替传统施工管理以及建筑设计模式，提升施工过程中的专业性与科学性。同时，该技术还能通过模型搭建的形式为工程开展提供数据支持，增强深基坑前期设计以及施工管理、后期验收质量，为上部结构的建设奠定良好基础[1]。

BIM技术具备一些特点。第一，可视化，指能够将工程数据信息转化为三维立体模型，使二维图纸能够可视化地展现在技术人员面前，为工程后续规划与设计提供有力帮助。第二，模拟化，技术人员可以通过三维模型以及时间维的运用，在施工前对后续的施工环节进行模拟，并为方案优化提供指导。第三，优化性，BIM 技术与其他技术相比，数据模型的搭建可以随时根据信息数据的变化而调整。

目前，很多深基坑施工团队虽然具备丰富的经验，但是在施工技术运用方面，依旧使用传统形式，没有引入BIM 以及有限元技术，以至于在软件使用的过程中很难快速发挥软件以及技术的价值，这也严重阻碍了地下空间深基坑施工项目的发展。

1.2 深基坑工程特点

基坑指按照基底标高以及平面尺寸要求挖掘的土坑，稳定的地下室结构施工可确保施工顺利进行。

①区域性。不同地区由于水文地质条件不同，在土壤性质方面会存在较大差异，需要针对性采取措施，无法实施标准化、统一化建设。

②综合性。深基坑工程涉及多方面内容，包括技术运用、结构工程等，因此也会受到很多因素的制约，要求工作人员具备较强的综合性知识储备才能够达到建设标准。

③复杂性。深基坑挖掘过程中地基结构容易出现形变，水文环境的影响也会使基坑变得更加复杂。

④风险较大。在支护结构搭建的过程中，由于属于临时结构，因此很多团队在此方面的资金投入成本较低，这也制约了深基坑工程的施工质量。

⑤建设周期较长。深基坑工程的支付工作难度较大，要花费较长的时间才能降低水文以及外在因素对施工的影响，因此在前期设计的过程中要充分考虑施工周期，以免影响工程交付[2]。

2 地下空间深基坑施工中的BIM技术应用分析

2.1 技术运用目标以及应用现状

本工程2022年3月开工，主要包括三方面内容：①利用BIM 平台以及有限元分析软件完成资料收集；②通过BIM 技术实现3D 模型搭建，优化施工方案；③通过软件完成基坑挖掘施工模拟，了解基坑建设过程中地基以及支护结构的受力与变形状况。

目前，BIM 技术已经被广泛运用在建筑工程中的多个领域，能够有效确保工程质量，解决传统工程中面临的问题，使施工方案设计实现二维到三维的发展。此外，利用3D模型搭建以及有限元分析软件的使用，能够全面分析深基坑挖掘数据，确保方案的合理性，帮助管理人员掌控管理重点以及地基和支护结构形变的范围，并利用动态模型分析的形式保障施工安全。同时，BIM 技术的应用在深基坑项目应用过程中还进行了创新：在模型导入以及有限元分析软件运用的过程中，可以通过MIDAS Gen软件作为转换介质，实现三维模型和有限元模型的应用变化，进一步突破传统技术局限，为拓展技术应用范围奠定了良好的基础[3]。

2.2 深基坑设计阶段的技术运用

2.2.1 应用意义

本工程项目主要针对深基坑深度大、场地有限、环境复杂等加以研究。由于深基坑工程具备一定的特殊性，属于隐蔽工程类型之一，因此，在技术要求方面也更加严苛，一旦产生危险事故，不仅会破坏周围环境质量，而且还会产生人员伤亡隐患。在过去深基坑施工过程中，技术人员往往会通过二维图纸设计的形式完成施工前期规划，此形式时间较长，而且无法精准地体现地下的结构关系，在构图上存在隐蔽性，无法使技术人员了解整体情况，难以指导具体施工。与此同时，由于支护结构属于动态工程，而传统的技术运用中施工与监管各方独立，因此无法确保工程的顺利开展。由此可见，必须要针对深基坑设计加以研究，并利用BM 技术以及有限元分析技术的运用增强施工的可视化与协调性，尽可能规避工程问题[4]。

2.2.2 使用特点

首先，施工前期设计在技术形式上从二维转为三维立体化设计，进一步增强构建以及各区域结构之间的关联性和系统性。在后续优化模型的过程中，只需要更改其中一处数据便可以调整全部的数据，因此在系统关联性上也能够实现无障碍交流。其次，在BIM技术应用的背景下，三维几何模型的搭建可以在帮助技术人员了解基坑设计结构的基础上，清晰地展示结构与地下管线和地下室其他结构节点之间的碰撞状况，进而为规避施工问题做好施工前的方案制定，最大程度降低对具体施工的影响。最后，BIM技术可以还原和模拟施工过程，并利用有限元分析软件帮助技术人员了解地基变形情况以及结构受力，保障施工水平[5]。

2.3 项目施工管理中的技术优势

对于深基坑施工管理来看，深基坑设计由于受到多种环境的限制，且存在一定的未知性，在施工过程中很容易出现安全隐患。而BIM技术人员则可以通过模拟施工状况提前了解方案中的问题并加以优化。除此之外，从宏观的角度来看，BIM技术的应用不仅可以强化工程建设水平，而且有助于减少不必要的资源浪费，降低深基坑施工对周围环境的影响。

在此基础上，BIM 技术在施工管理方面也具备一些优势。①人员安全。在深基坑施工的过程中，BIM技术的使用可以进一步缩短施工进度。管理人员可通过3D模型提前了解施工状况，并结合自身经验判断可能存在的安全隐患，提前制定相应措施，这样不仅能够确保工程管理的科学性，而且还有助于规避质量问题，提升工程水准。②材料方面。管理人员可通过BIM 软件录入信息的形式，完成材料的供应管理，不仅能够明确材料状况以及相应信息，而且还可以计算不同区域材料的使用需求，提升工程效率。目前，随着技术的不断升级与发展，BIM技术还可以为施工管理人员提供信息比对等功能。在具体工作中，软件会根据平台质量管控标准与建造模型完成数据比对，分析问题区域状况以及产生数据偏差的原因，为管理优化提供数据支持。③机械设备方面。BIM技术的使用可完成机械设备动态化布置，从而在节约现场资源的前提下寻求最科学的机械布置设计，既能够确保机械使用过程中不会互相影响，又可以保障现场秩序。④环境方面。BIM 技术的使用可提前了解现场环境，利用数据录入的方式判断深基坑施工的安全情况[6]。

2.4 工程竣工阶段的BIM技术管理

在深基坑项目竣工阶段，BIM 技术应用主要包括以下两方面内容：一是资料管理；二是成品维护。一方面，深基坑项目工程验收是施工中的最后内容，是评定项目施工水准的关键，一旦验收不能通过，就会影响其他结构的施工进度，产生不必要的时间成本以及资源浪费。因此，在前期，工作人员必须要整理并收集验收资料，并确保资料的真实性与科学性，能够追根溯源查询当时的信息。

在BIM技术运用的背景下，深基坑3D模型搭建以及数字化存储等形式可帮助管理人员实时收集工程资料和信息，并将其归纳在数据库的不同资料管理类别中，进而实现施工全生命周期的数字化质量管理。管理人员可以摆脱时间以及空间的限制，动态掌控项目施工状况以及变更签证的情况，在竣工时，只需要验收并提取资料便可一次性生成验收资料文件夹，从源头上提升竣工验收的质量和效率。

从产品质量维护方面来看，深基坑工程较为隐蔽，因此竣工之后无法细致了解内部情况，一旦出现问题，难以追踪到技术人员。而BIM 技术利用存储管理形式可以记载每一个施工环节的具体信息，包括施工人员、团队状况、验收报告、施工进程等，并形成工序资料档案。在施工交付之后，即使工程出现问题，系统资料也不会消失，可以随时为管理人员提供当时的真实状况，并分析质量问题产生的位置。利用模型了解构件属性，分析问题原因，帮助工作人员及时加以处理，这样不仅能够进一步强化地下空间工程的后期管理维护效果，而且还能明确工作人员的责任信息，使其可以加强对施工过程的重视，有效确保工程质量。

总而言之，BIM 技术能够利用数据信息完成数字化模型构建，并将其作为后续施工管理以及信息材料收集的重要依据。此外，在BIM 技术应用的背景下，可以有效弥补传统支护项目中的技术缺陷，通过构建技术体系的形式以及有限元分析软件的应用，强化深基坑工程质量。由此可见，深基坑项目中的BIM 技术具有较高的应用价值，在未来的发展过程中，政府以及施工团队也要加大对BIM 技术的重视，拓展技术应用范围，并利用研发升级的形式增强BIM 的功能性，进而为推动我国建筑工程行业的长远发展创造良好的条件[7]。

3 结语

综上所述，BIM 技术作为现代化技术的典型代表，有效运用到地下空间深基坑工程中，不仅可以提升工程质量，而且还能确保项目数据的科学性，减少资源浪费，降低工程成本。因此，在后续工作中，要求深基坑项目施工团队要进一步加大对BIM技术的关注，并针对有限元分析软件加以研究，利用转化插件的形式规范系统开发水平，拓展BIM 技术的应用范围，为我国深基坑工程的可持续发展创造良好的条件。