為保證下穿鐵路頂進(jìn)框構(gòu)基坑施工、主體地下結(jié)構(gòu)的安全和周圍環(huán)境不受損害而采取的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、降水和土方開挖與回填，稱為基坑工程。我國鐵路建設(shè)的發(fā)展涉及到大量下穿鐵路，因此，基坑工程是我國地基基礎(chǔ)領(lǐng)域的重要研究方向。

 

BIM在基坑工程的應(yīng)用目標(biāo)

通過創(chuàng)建基坑BIM模型，打破基坑設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測間的隔閡，直觀體現(xiàn)項(xiàng)目全貌，實(shí)現(xiàn)多方無障礙信息共享，讓不同團(tuán)隊(duì)在同一環(huán)境下工作。通過三維可視化溝通，全面評估基坑工程，使管理更科學(xué)、措施更有效，提高工作效率，節(jié)約投資。

 

BIM在基坑工程的應(yīng)用內(nèi)容

地下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)三維模型的建立；項(xiàng)目所在環(huán)境三維地質(zhì)模型的建立；基坑開挖各工況施工順序的模擬；自動(dòng)統(tǒng)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的工程數(shù)量；三維模型轉(zhuǎn)二維的自動(dòng)成圖；基于BIM的基坑信息化施工與檢測。

 

應(yīng)用業(yè)務(wù)流程

（1）收集項(xiàng)目相關(guān)巖土工程地勘報(bào)告和設(shè)計(jì)資料，獲取地形、地質(zhì)數(shù)據(jù)，建立三維地質(zhì)數(shù)據(jù)模型。

所謂三維地質(zhì)建模，是以原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立反映地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、構(gòu)造關(guān)系及地質(zhì)體內(nèi)部屬性變化規(guī)律的數(shù)字化模型。

 

（2）獲取周邊建筑物、道路及地下管線等設(shè)施的數(shù)據(jù)，建立施工場地布置模型。

 

（3）導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)模型及施工場地模型數(shù)據(jù)，進(jìn)行基坑工程的支護(hù)體系模型建立。

 

（4）土方開挖施工方案設(shè)計(jì)及施工模擬。

 

（5）根據(jù)土方開挖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及地形數(shù)據(jù)進(jìn)行土方算量。

 

（6）導(dǎo)入基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)。

該數(shù)據(jù)存放在Excel中，通過讀取數(shù)據(jù)生成基坑邊形形狀，可查看臨界區(qū)域和超限危險(xiǎn)點(diǎn)，還可將某時(shí)間點(diǎn)的變形模型與初始模型疊合并進(jìn)行誤差檢驗(yàn)。

 

（7）基坑監(jiān)測人員及管理人員確定危險(xiǎn)點(diǎn)后調(diào)取基坑監(jiān)測報(bào)表，確認(rèn)危險(xiǎn)點(diǎn)是否屬實(shí)并及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

 

應(yīng)用軟件方案

基坑工程BIM應(yīng)用軟件有多種選擇，常用的有Civil3D、Revit、Navisworks、Ansys等。

 

基于Autodesk軟件

利用AutoCAD Civil3D建立地質(zhì)模型，Autodesk Revit建立支護(hù)結(jié)構(gòu)模型及施工場地模型，三者在Revit中整合形成基坑工程模型。在Revit進(jìn)行基坑工程施工流水段劃分及土方算量，Navisworks進(jìn)行土方開挖及支護(hù)結(jié)構(gòu)施工模擬。Ansys獲取基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)存放在Excel表格中，Revit通過讀取該數(shù)據(jù)生成基坑變形形狀。

 

其他軟件

對于特殊基坑工程，如崖壁類基坑，軟件難以建模，可借助三維激光掃描儀，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理逆向建模，然后在Revit中進(jìn)行模型整合及相關(guān)應(yīng)用。

 

建模方法

地形模型建模法

 

常規(guī)地形建模方法，可通過勘察獲取的高程點(diǎn)或等高線為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入BIM軟件自動(dòng)生成三維地形模型。對模型精度要求高，現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜的地形，可以采用三維激光掃描方式，獲取現(xiàn)場點(diǎn)云數(shù)據(jù)形成三維BIM模型，實(shí)現(xiàn)逆向建模。

 

地質(zhì)模型建模法

 

利用Civil3D、Revit等將巖土工程勘察成果建立三維可視化地質(zhì)模型并與其他專業(yè)進(jìn)行協(xié)同工作，是將BIM技術(shù)應(yīng)用于巖土工程勘察領(lǐng)域的一條途徑。

 

 

支護(hù)結(jié)構(gòu)建模法

 

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系或錨固體系模型，可直接用BIM軟件（如Revit）建模，并與地質(zhì)模型在同一軟件平臺(tái)進(jìn)行整合。

 

施工場地建模法

 

施工環(huán)境及場地布置模型，可直接用現(xiàn)有的BIM軟件（如Autodesk Revit）對施工現(xiàn)場進(jìn)行規(guī)劃布置并建模，并與基坑模型在同一軟件平臺(tái)進(jìn)行整合。

 

應(yīng)用成果

三維可視化BIM模型

 

基坑施工BIM模型包括：地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、支護(hù)結(jié)構(gòu)模型和施工場地模型。

 

以地勘報(bào)告為初始數(shù)據(jù)，將二維地勘資料轉(zhuǎn)換成三維地勘模型，在Revit中與基坑結(jié)構(gòu)模型合并，可實(shí)時(shí)、任意視角查看地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件與不同深度土層之間的關(guān)系，快速查看土層屬性信息，指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工。

 

施工模擬

 

在輸入相關(guān)信息后，可直觀地看到土方開挖和支護(hù)施工過程、周邊環(huán)境變化、建成后的運(yùn)營效果等。同時(shí)可以科學(xué)指導(dǎo)方案優(yōu)化和現(xiàn)場施工，方便業(yè)主和監(jiān)理及時(shí)了解工程進(jìn)展?fàn)顩r，讓更多非專業(yè)領(lǐng)域人員參與進(jìn)來。

 

工程算量

 

根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件定義對應(yīng)的屬性、名稱，在視圖區(qū)可自動(dòng)生成工程明細(xì)表，明細(xì)表中可根據(jù)需求查看任意命名構(gòu)件的工程數(shù)量。

 

信息化施工

 

利用信息模型，有效地避開地下管線，協(xié)同各施工作業(yè)安全施工。將地勘模型集成到Revit中，并賦予土層屬性，使監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工人員能在平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)、校核工作。

 

信息化監(jiān)測

 

將BIM技術(shù)引入基坑工程監(jiān)測工作，以解決以往在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測過程中不能直觀表現(xiàn)其變形情況和變形趨勢的缺點(diǎn)。

 

通過BIM技術(shù)將基坑的形狀、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境以及各類監(jiān)測點(diǎn)建立模型，在模型中導(dǎo)入每天的監(jiān)測數(shù)據(jù)并采用4D技術(shù)+變形色譜云圖的表現(xiàn)方式方便工程師、管理人員、業(yè)主、施工人員等查看基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況。

 

要實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在深基坑工程中系統(tǒng)應(yīng)用，關(guān)鍵一步是通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)BIM軟件平臺(tái)具有深基坑建模和模型計(jì)算功能。這需要廣大工作者長期不懈探索，完善BIM技術(shù)在深基坑工程中的實(shí)踐方法。