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摘要 ：现代社会的高速发展，极大程度上消耗了地球 资源。虽法律依据《中华人民共和国矿产资源法》国家规 定，实行保护性开采的特定矿种，是为了加强对矿山企业 的矿产资源开发利用， 但不予权力开发利用的矿山在土地 资源利用方面又是一种浪费。地面环境承载力极其有限， 为遵循国家社会经济发展，建设生态文明社会政策，矿山 的持续关停所形成的大规模的地下空间资源， 值得引起重 视和开发利用。相较于传统的二维图纸，BIM 技术在施工 中的应用更为高效。本文以当下矿山地下空间的开发的现 状以及开发意义引入， 阐述其深基坑工程实施及产生的普 遍性问题，针对施工技术力量的薄弱说明BIM 技术在深 基坑工程中的优势以及如何利用BIM 技术提高施工效率。
1 矿山地下空间的开发
1.1 矿山地下空间的现状
在保护矿山维持生态环境高需求的前提下，如何最大 程度的不浪费土地资源和潜在价值， 把开发方向对准地下 去利用矿山地下空间。矿山地下空间是指在采矿活动中开 采的空间，一些矿山在采完矿石后会被废弃，形成了大量 的地下空洞，可能会形成地面塌陷等地质灾害，影响到附 近居民和建筑物的安全。一些矿区会选择将废弃的地下空 间复垦、填平和利用，以此实现对矿山资源的再利用。地 下空间相较于地面空间因其所处的位置不同， 地下空间更 具有隔离性和隐蔽性。作为地下的空间更大程度的提高土 地的空间利用率，且在地下岩土的作用下，地下空间的恒 温、恒湿及稳定性都更胜于地上空间。如谢和平对煤矿地 下空间的研究估算，截至到2016 年底，煤矿采空区地下空 间约为 138.36 亿m3 ;按照 2030 年每年平均开采 34 亿 t计 算，截止到2030 年，估算煤矿采空区地下空间约为234.52 亿m3.合计煤矿地下空间体积约 241.11 亿m3.相较于已 处理的地下空间资源，未处理的地下空间资源占比更大， 结合现有的研究数据以及估算推测， 对于土地资源紧张的 社会局面而言把握住地下空间资源利用的前景广阔。地下 空间的开发利用已然成为施工建筑的重点之一。
1.2 开发矿山地下空间的意义
在环境方面矿山地下空间的开发有利于减少土地开 发和水土流失 ;同样可以地下储层储藏着石油、天然气和水等资源，也可以储存废物、核废料，减少污染。在经济 发展方面矿山地下空间的开发能够起推动作用， 形成新的 经济增长点，如地下商业街。在城市规划方面将矿山地下 空间用于城市功能规划， 可以缓解城市地面压力和交通拥 堵等问题， 同时提高城市的空间利用率。
法国巴黎最早的地下空间开发即为废弃矿穴的再利 用，将其布置城市下水道、共同沟、防空防灾设施等， 避免 了道路的反复开挖加速了交通运输，且集约化的利用率道 路下的空间资源，为城市发展节省土地资源。瑞典萨拉银 矿酒店，由一座已经中止采挖的银矿改造而成，位于地下 150m 的深处，这处银矿至少已有400 多年历史，是瑞典最 大、最重要的金属银来源地，在开采关闭后没有了任何矿 产价值， 却可合理的利用地下资源推动另一种经济发展。
2 地下空间深基坑工程存在的问题
2.1 深基坑工程介绍
深基坑工程是建造地下建筑物时必不可少的一项工 程且广泛应用于地下空间的建造中。深基坑工程是开挖 深度超过包括 5m 的对支护结构、降水、土方开挖回填等， 为保证基坑施工的安全措施采取的勘测、设计、施工、监 测和检测等的一系列工作。深基坑工程相较于浅基坑工程 在于其开挖的深度，开挖越深，所配备的勘测设计施工监 测等工作项目难度也直线上升。
2.2 深基坑工程在矿山地下空间的实施
深基坑工程在实施中作为一项综合性非常强的系统 工程具有很强的地域性和实时性。
2.2.1 地域性
深基坑工程与周边环境及其荷载、基坑开挖深度、土 层条件、施工及场地条件差异所采取的支护结构形式和土 方开挖等安全措施也随之改变。如软黏土地基、黄土地基 等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异 性很大。我国现有矿山的分布广而散，不同省市、地区的 矿山的工程地质条件、水文地质条件及其周边荷载都有较 大的差异， 对于一些矿山当地基土层较好且上部荷载不大 时可以直接采用天然浅基础。深基坑工程的地域性不能使 全国矿山统一标准，大多矿山地下的天然浅土层较弱时 需采取深基础等，深基础的形式没有统一标准 ：桩基础， 沉井基础，墩基础等。不同的开挖深度采取的支护结构形式也不同 ：开挖深度不大于 6m 采用重力式支护 ;不大于 12m 采用土钉墙 ;不大于 20m 采用排桩及内支撑支护 ; 不大于 60m 采用地下连续墙支护。
2.2.2 实时性
深基坑工程并不是在施工前期能够规划完成全部项 目并实施的， 而是一个在实时监测实时检测实时变化的工 程，在基坑地下施工过程中，基坑岩土的性状会随着基坑 的开挖发生改变，支护结构和环境荷载等也在实时改变， 基坑的深度和形状对支护系统的稳定性及变形具有很显 著的影响。需要施工人员实时现场监测检测反馈基坑情况 来判断错误的数据及可能出现的安全隐患， 在深基坑工程 专项施工方案中，必须明确基础监测的内容，确定基础监 测的项目、周期频率和预警值。监测深基坑不仅保证了掌 握实时动态稳定情况，还包括迅速影响周围的建筑，引导 下一步在项目工程的建设和协调而采取的适当行动， 对矿 山地下以及周围环境做到科学有效的信息化工程。
2.3 深基坑工程实施出现的问题
2.3.1 工程综合性较强
根据上述深基坑工程的介绍可知深基坑的地域性使 得施工方案因地制宜 ;且基坑工程主要包括基坑支护体 系设计与施工和土方开挖在施工过程中， 要保证基坑相邻 建筑物和地下管线的安全及正常使用， 又要有阻断地下水 向基坑内渗流、保证基坑内施工作业面干燥。由此可见施 工过程中既涉及结构力学问题， 又涉及水力学等问题。
2.3.2 施工难度系数较大
深基坑工程属于危险系数较高工程，考虑到真实施工 中大多的深基坑支护大多是临时结构，投资大损耗多，可 若基坑的支护达不到安全指标势必会造成严重的工程事 故。并且施工作业人员需要适当处理和保护对周围环境的 影响 ;维持洞穴墙的稳定性 ;控制地下水水位。
建造深井将对建筑物和地下水状况等产生影响。在挖 掘大坝时，洞穴墙的稳定性受到影响，造成潜在的安全风 险，如塌方。地下水水位对深坑的建造和使用产生重大影 响，处理不当则存在基坑突涌， 地表坍塌等问题。
2.3.3 存在安全隐患较多
基坑坍塌(基坑支护不到位，综合各种原因最终导致基 坑整体失稳坍塌)、突泥突水(若在基坑开挖前并未按照施 工要求详尽了解到水文地质情况，没有设计好基坑降排水 工作所导致)、基坑边塔吊倾覆(施工过程中没有完成基坑 位移及变形监测和塔吊垂直度、基础沉降观测所导致) 等。
2.3.4 技术的匮乏
当下我国矿山的开发利用的秩序没有条理，大型矿山 采空区所设计的地域范围较为分布，虽对矿山地下空间的开发有所关注，可因技术的匮乏并没有使地下开发空间有 被合理的使用，技术力量的相对薄弱和专业知识的无知甚 至诱发一系列安全隐患。在施工中作业人员需适当的计算 和处理基本载荷问题，建造基本弹坑可能会改变负载，但 深基坑工程的实时性无疑给施工造成了根本上的基础计算 难题，而解决这些问题的根本还需技术的加持。矿山地下 空间的开发利用在技术层面上高新技术的应用不可或缺。
3 基于BIM技术的矿山地下空间深基坑工程问题的解决
3.1 BIM技术介绍
BIM(Building Information Modeling) 该技术是提供设 计，建造和管理技术的软件包，通过在使用过程中导入研 究的建筑物的所有数据制作设计的与实际情况一致的完 整信息库，是必要的设计团队的发展基础。建筑的核心信 息库的全面数据库为施工人员提供一个 3D 构造的模型和 数字使用。这个信息库不是简单的几何信息，而是建筑物 特定的特性和状态信息甚至包括非构件的信息。利用 3D 模型来了解建筑物并通过BIM 所呈现的建筑物的相关信 息使工程技术人员作出高效的处理。
3.2 BIM技术在工程中的优势
地下空间与地上空间在建设过程中差异甚大，地面建 筑在施工过程中可以更为方便的进行改建， 建筑开发的进 程方向均是自上而下， 有了极其稳定的地基才可以向上发 挥，地下空间的开发不可能在上层施工完成后再继续向岩 土层面继续开发，若地下空间的已经施工完成，处于岩土 介质包围中的施工建筑更不可能如同地面建筑一样改建 甚至调整。所以地下空间在施工中的不可逆性使得施工前 得设计尤为重要，开发时需要有近期远期相结合的考虑， 贯彻施工全线路全领域全布局等方方面面的需求进行全 面精准的设计， 对地下空间开发利用实现可持续性发展。
(1)信息共享。BIM 是将建筑设计、施工、运营过程 中的各种信息作为项目共享、整合的数字化、可视化、数 据建模系统。利用数字模型，相关各方可以在同一平台上 合作完成工程项目，促进各方之间的密切合作和沟通 , 通 过及时获取所有相关人员所需要的信息， 项目能够快速推 进，减少失误。
(2)优化设计。采用BIM 技术，相较于传统的 CAD 可 以对建筑和结构进行三维和四维模拟和分析， 提供了施工 对象的信息， 有助于优化设计， 降低施工成本和风险。
(3)可视化和仿真。BIM技术三维可视化和仿真功能， 允许仿真和预测的建筑和结构方案项目开始之前， 以及实 时监控和调整施工期间， 可以有效地帮助提高工作效率和 降低工程的风险。
(4)施工管理。BIM 技术可以对施工进度进行准确的 监控和管理，提高施工效率和质量，同时帮助减少现场工 作的错误和重复。
(5)运行和维护。BIM 技术可以继续应用于施工后的 运行和维护， 帮助管理运营成本和维护方案。
3.3 BIM技术在矿山地下空间深基坑工程施工过程的改进
3.3.1 设计土方开挖图精确性
基坑工程施工是一个相当综合性的岩土工程的难题。 表达建筑物的图纸中 CAD 通过分别画不同的视图来呈现 建筑物数据，而BIM 对建筑物不同视图的呈现只需要通 过一个模型即可。二维 CAD 图纸虽可以借助平面视图对 深基坑的外形及结构进行描述，但是远不及三维BIM 对 深基坑的全方位呈现， 并且施工管理人员若使用二维的基 坑图纸在现场进行指挥只会产生负面影响耽误施工进程。 针对复杂节点若只用 CAD 二维图纸来描述基坑数据很难 得到完成的施工图，因为节点构造形式过于复杂，需通过 建立BIM模型将节点处的型钢柱，型钢梁，构造钢筋等水 平构件与竖向构件交叉分层布置的位置进行深化， 并输入 相对应的详细构件信息出图精准的土方开挖图。在施工最 初的基坑土方开挖阶段中，BIM 技术处理矿山地下空间水 文地质条件的调查数据后， 才可以因地制宜的设计出适合 该地区矿山地下空间的土方开挖图从而推动工程进展。
3.3.2 三维视图直观性
深基坑具有实时性，它的建设基本上是一个全动态的 过程。随着施工现场的深入，整个项目的整体范围逐渐扩 大，复杂性也随之增加。这是对现场施工管理的一次严峻 考验，若没有 3D 便没有表现力，就无法清晰直观地表达 项目施工进度与施工现场各种程序之间复杂的逻辑关系， 也无法反映整个施工阶段的动态过程。在施工之前BIM 技术可以展示的施工动态模拟全过程， 更加直观的反映了 本次施工项目的大致流程， 让施工作业人员对施工的流程 和现场的工况有一个更深刻的工作框架， 提高了各个阶段 的施工效率。
3.3.3 全局部署性
矿山地下空间深基坑的施工不可逆，施工分成不同的 施工阶段，并且有轻重前后之分，每个阶段的施工工程量 与工作量需在阶段开工前提前部署完成， 否则可能会因为 施工顺序的错误或施工过程的失误造成不必要的误工情 况，而提前部署难以通过人工思考来准确决定，需要通过 精确的科学技术BIM 来实现部署，通过输入贴切的实时 的施工数据决定施工过程的顺序并估算各个阶段的人员 分配，材料用量，器械部署。部署完成后利用BIM演习施工进程进行对施工动态模拟的评估来检验该阶段施工的 合理性与安全性， 不合理的施工规划可能导致支护体系失 稳而导致破坏等施工过错，不安全的施工规划甚至会影 响到人员的生命安全。检验若出现了不合理或不安全的情 况，也可以通过BIM 更改施工数据从而重新分配该阶段 的人力物力资源，最大程度上减少资源的浪费和消耗，最 大程度上提高施工效率加快施工进程。
3.3.4 信息共享协同性
施工管理人员在完成深基坑施工项目实施过程中，在 二维图纸的基础上，由于深基坑工程复杂，高风险等基础 性工程特点， 难以指导现场施工。在Autodesk Revit 中，项 目是通过整个建筑物设计的， 所有的数据构成一个完整的 建筑物模型，形成一个全面的信息数据库，建筑的所有标 准视图、建筑设计图以及明细表都包含在模型中。只要修 改模型，所有相关的视图、施工图和明细表都会随之自动 更新。相较于传统的 CAD 技术，若存在一个构件或者轴 线的数据，则需要改变各个视图的图纸中该部分的数据， 可在BIM 技术中，若想改变某个部分只需要在一个模型 中改变该处错误就可以，并且会在云端同步更改。倘若项 目建设方对此阶段的施工有一定的时间空间或者其他方 面的要求也可以通过BIM 技术更改诉求。这意味着在云 端便可以对项目各个方面的情况信息有着清晰的认知和 了解，不用耗费人力物力在现场进行勘测，在施工方和各 个单位之间建立了信息的桥梁。
BIM 技术不仅是一个能直观展示建筑物的三维模型， 更是一个完整且真实反应施工对象的信息数据库。它的应 用可以最大程度上提高矿山地下空间深基坑工程施工的 效率，缩短施工周期，遏制资源消耗。所以在矿山地下空 间深基坑工程中BIM 的应用必不可少。
4 结语
综上所述，矿山地下空间的可利用性已经慢慢被人们 发觉，可对地下空间的开发利用方面上的技术并没有那么 成熟，BIM技术的发展和BIM技术的应用在施工方面已经 崭露头角，且深基坑工程中弥补了施工方面的技术的薄弱， BIM在各个阶段促进了施工进程也在各个方面提高了施工 效率，极大程度上减少了对社会资源的浪费。现如今，矿山 地下空间的利用率也在逐渐上升，BIM 的使用也在各项施 工中普及， 本文对地下空间BIM 的应用知识储备仍然欠缺， 希望未来在软件应用和施工方面继续研究下去。
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