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摘要：随着城市化进程的加快,地上空间的利用率逐渐饱满,人们不得不将目光移向地下空间,深基坑工程也因为这种趋势而变得越来越重要,深基坑的深度与面积逐渐增大。相较于浅基坑,深基坑工程更为系统、复杂,其所需要的知识学科也更多。如果深基坑系统出现坍塌或者损坏,将会造成巨大的人员伤亡和经济损失。深基坑工程的事故频发,促进了一种基于计算机的新兴技术的诞生：BIM技术。本文旨在在地下空间深基坑工程中应用BIM技术,首先阐述了什么是基坑工程,又分析了现阶段深基坑工程建设施工中的潜在问题与其形成的原因,接着介绍BIM技术,并分析BIM技术在深基坑工程中的优势,最后探讨BIM技术如何解决深基坑工程的问题,提出对策与建议。
关键词：BIM技术；深基坑；施工；安全
Application of BIM Technology Based on Computer in Deep Foundation Pit Engineering in Underground Space
ZHENG Bohao
(Zhejiang college,Tongji University,Jiaxing Zhejiang 314051)
【Abstract】：With the acceleration of urbanization,the utilization rate of aboveground space is gradually full.People have to pay attention to underground space.Deep foundation pit engineering has become more and more important because of this trend,and the depth and area of deep foundation pit are gradually increasing.Compared with shallow foundation pit,deep foundation pit engineering is more systematic and complex,and it needs more knowledge disciplines.If the deep foundation pit system collapses or is damaged,it will cause huge casualties and economic losses.The frequent accidents of deep foundation pit engineering promote the birth of a new computer-based technology:BIM technology.This paper aims to apply BIM technology in deep foundation pit engineering in underground space.Firstly,it expounds what is foundation pit engineering,and analyzes the potential problems and causes in the construction of deep foundation pit engineering at the present stage.Then it introduces BIM technology,analyzes the advantages of BIM technology in deep foundation pit engineering,andfinally discusses how BIM technology solves the problems of deep foundation pit engineering,put forward countermeasures and suggestions.
【Key words】：BIM technology;deep foundation pit;construction;security
1基坑工程概述
1.1基坑工程的定义及分类
基坑是指在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸向下开挖形成的土坑,换言之,通常将向地面下开挖而形成的地下空间结构在建设施工期间处于安全稳定需求而形成的挡土结构及其采取的地下水控制、环境保护扥措施统称为基坑工程[1]。
根据不同的条件可将基坑工程分为深、浅基坑工程。
浅基坑定义规定：(1)若开挖深度不超过4m,施工现场条件允许且能确保土坡是稳定的,可采取放坡开挖；(2)若开挖深度超过4m,在可运用边坡开挖时要设置多级平台并分层开挖,确保每级平台的宽度不小于1.5,其余的则为深基坑。
1.2基坑工程的特点
现阶段我国的深基坑工程一般具有如下特点：
(1)区域性：不同的地域,其深基坑地下水的水文地质与土质也是不同的,同一城市,不同区域的沿岩土性质也会有很大的差异。不同的地质和水文情况需要采取不同的措施,统一标准很困难,具有较强区域性；(2)综合性：深基坑工程融合了岩土工程、结构工程、施工技术,受到多项因素的共同影响,理论上有待发展,是一项具有较强综合性、系统性的技术学科；(3)复杂性：基坑开挖会导致周围地基土形的改变,周边环境的不断变化以及地下水位的变化,会使深基坑的工程变得极其复杂；(4)风险大：基坑支护结构在通常情况下属于临时结构,由于建设单位总想减少成本投入来换取更多的回报,这种想法；(5)周期长：深基坑的工程量从支护体系到工程施工往往是浅基坑的几倍,支护结构必须经历长时间的降雨和动荷载以及任何对施工不利等因素影响。
2深基坑工程施工中存在的问题
相较于其他工程,深基坑工程具有较强的系统性与复杂性,在实际的施工过程中往往会在成本、进度、质量管理等方面出现诸多问题,具体如下：
2.1成本方面
由于深基坑工程在地质条件方面的要求比较高,而地址条件又太复杂,所以难以控制成本。而且大概率会出现事先掌握的情况与实际情况不符合,也会造成施工成本的增加。
在深基坑工程的施工过程中,经常会产生工程变更,一是在施工过程中发现、处理错误而进行变更；二是在施工过程中各项条件极易发生变化,发现施工实际与原先的设计需求有出入进而变更计划。并且施工人员在部分深基坑施工支护施工中不断根据实际状况调整施工计划,进而导致施工与设计之间存在一定的偏差。
2.2质量方面
深基坑工程对材料的要求极为苛刻,假若材料不过关会降低支护结构的质量以及安全性,而支护破裂会引发基坑中的一系列安全问题。
在工程完成之后很难再了解到工程的内部情况,如果发生质量问题,很难及时采取正确措施维护工程。
在深基坑施工过程中,往往会发生违章作业、少挖等情况,影响施工质量。
2.3进度方面
深基坑的复杂度、深度以及广度都比较大,施工工人需要完成的任务较重,实际工期有限,再加上基坑的长时间暴露存在一定的安全隐患,因此,如何有效控制深基坑的实际施工工期、降低意外事故的发生概率成为了所有施工人员所要面对的重要课题之一。
2.4安全方面
深基坑工程最重要的问题莫过于安全问题,一旦发生安全事故不仅会造成巨大的经济损失,还会造成严重的人身伤亡。文献[2-3]对2010-2015的深基坑安全事故进行了统计,具体如下：(见表1)
从表1可以得出,深基坑工程安全事故中,土方坍塌事故占将近一半的比例,是最常见的安全事故[4]。因此,深入研究土方坍塌事故案例是十分必要的,而其他事故的占比较小,并不代表不重要,同样也需要人们去重视。
3计算机BIM在基坑工程中的应用现状
3.1计算机BIM技术概括
3.1.1 BIM的定义
BIM即“建筑信息模型(Building Information Modeling)”,这项技术被称之为“革命性”的技术,源于美国乔治亚技术学院建筑与计算机专业的查克伊士曼博士提出：建筑信息模型包含了不同专业的信息、功能、性能、要求,用一个建筑模型整合一个工程项目的全过程的信息数据。
3.1.2 BIM技术的特点
BIM技术是现阶段建设项目管理领域最顶尖、最先进的技术,具有如下特点[5]：(1)可视化：可视化是指将传统单纯的展示各构件信息转变为先进的图纸线条绘制[6]。在如今的建筑行业中,BIM的可视化可以为复杂的建筑工程提供巨大的决策以及设计方面的帮助；(2)协调性：一个建筑工程项目往往涉及到诸多建设阶段与建设主体,需要多方面的协调、合作[7]。
3.1.3模拟化
工作人员可以运用4D(三维模型加时间维)在项目招投标阶段、正式施工前对实际的施工环节进行设计、模拟,确定最佳的施工方案以有效指导施工工作。
3.1.4优化性
BIM技术可以进行深度优化。BIM模型可以依据实时提供的信息变化而变化。若建筑工程的结构较为复杂,其信息量难以用人工进行有效的控制,必须要运用先进的科学技术与现代设备。BIM为复杂项目提供了优化的可能性。
3.1.5可出图性
在使用BIM技术后,可以快速从3D模型中导出所需要的平面图、立面图和剖面图,不用再手画CAD图纸。
3.2计算机BIM在深基坑施工中的优势分析
3.2.1人员优势
在深基坑施工中运用BIM技术能极大地提升了工作成效。管理人员借助BIM技术3D模拟图能事先、清晰地了解项目的情况,并结合自身的工作经验,判断工程中存在的隐患,提前准备好应对措施,既保证了基坑的安全,又能使基坑工程透明化,减少了工作人员失误而带来的质量及安全问题。
3.2.2材料优势
在深基坑工程对材料的计算与核对中,管理人员可以通过BIM建立3D模型,输入各项指标,能更合理的制订材料供应,明确了不同工程所需要的材料并实时记录在数据库中,单独计算不同区域的不同材料,在一定程度上极大地提升了现场工作的效率与效果。
3.2.3机械优势
运用BIM技术,可以对施工现场的机械设备进行动态实时布置,寻求各机械位置的最优解。选择对周遭建筑环境影响最小的布置方案,减小各个机械之间的运行空间并保证互相之间不受影响,极大地提高了施工现场的秩序及高效的工作效率。
3.2.4环境优势
通过BIM技术,能提前观测到深基坑施工现场的自然环境,通过对虚拟现场的数据输入,判断各类可能存在的问题对深基坑安全或者施工的影响,采取相对应的保护措施减小深基坑施工过程中安全问题的发生率。4计算机BIM技术的深基坑工程施工问题解决途径在成本方面,因单位的偷工减料而造成施工成本的问题,可以运用BIM技术建立3D模型,在BIM中输入不同的方案数据,建立深基坑模型,选择一个最经济的方案,节约成本,使企业方更直观清楚的了解到各个方案之间的成本差距；因工程变更而试施工成本失控的问题,可以通过BIM模型提前更改方案中可能会出现的不合理设计,减少施工时出现此类的问题的工程变更,从而节约成本；对于因地质条件复杂而导致施工成本超预算的问题,可以在进行实地勘测的基础上构建深基坑模型,帮助施工人员直观、清晰地了解地下的实际施工状况,避免施工到一半出现与原计划不一致的问题,及时与管理人员上报并更改计划,尽量减少工程变更而出现成本失控的问题。
在质量方面,可以对材料选购和使用环节进行严格的控制,以解决材料质量差的问题,在BIM中建立模型后,对各类型材料进行详细的标注,并导出不同类别的材料清单,在材料使用环节严格控制质量。
在进度方面,针对深基坑工期紧张、工作量大,工作人员可以借助于BIM模拟施工场地以事先布置施工场地,有效规避现场施工时胡乱布置场地而扰乱施工秩序；同时,施工模拟还能使管理人员实时查看施工实际与施工计划之间的进度差距,出现例如暴雨台风等突发状况时,可以提前增加各场地的人员以调整施工进度与计划相匹配。
在安全方面,管理人员可以借助BIM技术制作相关视频对施工人员进行生动、形象的安全教育,将施工安全要点以二维码的形式贴于施工现场,便于施工人员可以随时扫码观看；也可以将深基坑现场数据实时导入,实现数据可视化,实时查看各观测点的数据,保证提前注意到深基坑施工中的安全隐患,来降低人员伤亡和经济损失。
5结语
目前我国在深基坑工程中应用的BIM技术还比较少,全国总体的深基坑施工BIM应用实例也较为稀少,很难真正把理论落实到实践上,本文研究仍有不足之处,希望未来能在此方面研究下去。
参考文献
[1]JGJ120-2012建筑基坑支护技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[2]李立云,李瑞珍,雷子欣.基于统计分析的基坑事故发生规律研究[J].现代城市轨道交通,2017(12):50-55.
[3]袁振华.深基坑事故统计分析[J].国防交通工程与技术,2015,13(S1):181-182+185.
[4]钟金铃.BIM技术在深基坑工程施工中的应用研究[J].工程投资与造价管理,2019(6):10-11.
[5]王彦.基于BIM的施工过程质量控制研究[D].赣州:江西理工大学,2015.
[6]李春霞.基于BIM与IFC的N维模型研究[D].武汉:华中科技大学,2009.
[7]陈燕.浅谈BIM技术在建筑工程应用的理解[J].商品与质量建筑与发展,2013(11):73-74.
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