基于BIM技术的深基坑支护结构安全分析及优化设计安全工程专业论文设计

1、基于BIM技术的深基坑支护结构安全分析及优化设计摘 要本文拟定在参考大量资料和BIM技术的基本理论和方法的基础上，本着“安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便”原则，针对天津某岛式车站的深基坑支护结构，利用BIM技术中的Revit软件对工程前期的支护结构进行建模从而分析其安全性能，将基坑支护结构BIM模型与BIM技术中的Navisworks软件有机结合，对基坑支护结构进行碰撞检查，分析其现有缺陷。然后通过查阅相关支护结构法规要求，提出合理化建议，将优化设计的支护结构利用Navisworks软件再次进行碰撞检查，对比两次碰撞结果，看其是否达到安全等级的要求。本文在一定程度上可以帮助做好深基坑工程

2、支护结构的前期规划，同时还可以降低建筑事故中的人员死亡率，减少工程的经济损失。关键词：BIM技术；深基坑支护结构；建模；碰撞检查AbstractThis article developed in reference a large number of information and BIM technology basic theory and method the basis,inSecurity reliable,and economic reasonable,and techn-ology possible,and construction convenientprinciples,fo

3、r Tianjin A Island type station De-ep Foundation Pit Support nursing structure,use bim technology in the revit software to engineering early support nursing structure built mode to analysis of its security perform-ance,will Foundation Pit Support nursing structure bim model and BIM technology in the

4、 navisworks software organic combination of,to Foundation Pit Support nursing structure collision check,analysis of its existing defects.And then by reviewing the relevant regulat-ory requirements of supporting structure,put forward reasonable proposals will be optimal design of supporting structure

5、 by navisworks software again for collision checking,comp-aring the results of collisions,and see if it meets security requirements.To a certain extent,this article can help make early plans for Deep Foundation Pit supporting structure,while reducing mortality in construction accidents and reduce ec

6、onomic losses of the project. Key words: BIM technology；Deep Foundation Pit Support nursing structure；bim model；clash detection目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题目的及意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容及研究方法2第2章 深基坑支护的安全分析42.1 深基坑工程及其支护42.2 深基坑支护结构的影响因素7第3章 深基坑支护方案评价模型的建立93.1 BIM技术概论93.2 天津某岛式地铁站项目概况93.3 依据相关工程建立BIM技术

7、中的Revit软件模型123.3.1 模型的前期规划与设计123.3.2 深基坑三维模型的建立133.3.3 结合BIM技术中的Navisworks软件进行碰撞检查15第4章 模拟模型的优化设计174.1 优化设计174.2 结合BIM技术中的Navisworks软件进行碰撞检查214.3 方案论证21结 语23参考文献24附录25致 谢2933第1章 绪论1.1 选题目的及意义随着我国经济的快速发展，以及城镇化的速度逐年加快，城市人口剧增的同时也带来了很多发展问题，例如土地资源紧张、人均土地占有紧张等等。于是人们越来越重视超高层建筑发展以及地下空间的利用，而这两者的施工会出现越来越多的深基坑

8、工程，对于其施工技术等存在的问题越发显得突出而复杂，尤其是深基坑支护结构安全问题。据调查，2019年6月，南宁市东葛路延长线靠近竹岭立交附近的延长线的延伸部分破裂坍塌，由于施工现场基坑支护的变形和水管的长期渗漏，基坑周围的土壤被掏空，局部土壤被软泡沫冲破，导致水管破裂，基坑的锚索结构失效，最终造成倒塌事故。2013年5月，杭州某工地基坑失稳，坑内土体隆起，坑外土体下陷，围护桩下部出现“踢脚”现象；施工场所临近的加油站由于地基失稳而发生建筑物倾斜的现象。从以上资料分析，深基坑支护施工存在高难度，高风险且极具挑战性，目前深基坑坍塌事故越来越多，所以对深基坑支护结构的安全分析是非常有必要的，而有效的

9、深基坑支护结构在一定程度上可以降低建筑事故中的人员死亡率，减少经济的损失，此课题对于目前的国内施工技术发展具有广阔的研究前景。1.2 国内外研究现状国外研究现状在国外，从20世纪70年代以后，随着城市的不断扩张，建筑设计及施工开始竖向发展，与此同时人们开始认识到深基坑支护的重要性，很多国家依次发布相关的深基坑施工规范，指定了相应的技术标准指导深基坑工程得以安全且高质量的完成。因此很多人通过一些方法对深基坑支护结构进行一系列的研究。如，Rolf Katzenbach等人着重利用四眼原则对深基坑系统和支护结构进行研究，但此次研究是指在基坑施工时必须由技术主管和商务主管共同做出决策，具有一定的局限性

10、1；后来Heiko Kuttig等人通过研究降水对深基坑支护结构的影响，提出一种可以考虑围护结构的保温效果，估计土壤固结沉降、负摩擦力对桩轴和额外的桩基沉降的程序，但其研究只针对降水一种影响因素2；Siang-Rou Lu等人对深基坑开外进行以BIM技术为基础的风险评估模型的研究，但其研究没有对支护结构进行研究3。国内研究现状我国的深基坑工程相关研究及规范制定起步于上世纪八十年代，起步之初基本上是对国外相关研究成果进行整理归纳，仿照国外的制度体系探索适合我国地质情况以及经济环境的施工规范。90年代后，我国编制多部国家行业标准及地方性相关法规，国内许多专家也陆续提出许多新的理论和方法。九十年代后

11、随着建筑技术发展以及相关成果的研究逐渐丰富，根据新的施工技术，国内很多学者和专家也有了新的研究成果，体系制度等相关施工规范也逐渐完善。刘一鸣等人应用BIM可视化技术进行某基坑方案设计，主要是通过ArchiCAD17建立三维模型进行可视化展示，但其研究未涉及深基坑施工的多维模拟，由于技术限制，该研究也没有对具体施工方案讨论建设优化的内容4；刘肖等人主要通过建立目标特征值矩阵作为判断基准，对深基坑支护结构方案进行合理评价对深基坑支护结构设计的优化进行探讨，但其研究未结合信息化技术14；廖志刚等人设计了基于BIM( Building Information Modeling) 技术的基坑监测系统的流

12、程架构，但其未对深基坑支护结构进行研究11。虽然国外对深基坑支护结构的研究起步较早，但其研究相对局限，不够全面；国内对深基坑支护结构的研究不够深入。因此，综合考虑国内外深基坑支护结构研究的优缺点，本文拟基于BIM技术对深基坑支护结构进行安全分析及优化设计，研究相关支护结构、BIM技术对于施工方案优化管理的应用等方面，为探索完善合理的深基坑支护施工组织方案以及为深基坑施工提供一定参考价值的意见及建议10。1.3 研究内容及研究方法研究内容本文拟针对深基坑支护结构基于BIM技术的基本理论和方法分析其安全性能及优化设计，帮助降低建筑事故中的人员死亡率，减少经济的损失。其研究内容主要包括：1.深基坑支

13、护结构国内外研究现状。通过分析当前国内外深基坑支护机构研究的优缺点，确定本论文的总体设计思路。2.基于BIM技术，以基坑深度为12米的岛式站台车站案例为依据，构建BIM技术中的Revit软件模型。3.基坑支护结构BIM模型与BIM技术中的Navisworks软件有机结合，对基坑支护结构进行碰撞检查，对比实际监测与设计工况的差异，验证设计和施工方案的合理性，看其是否达到安全等级的要求。研究方法（一）文献研究法：通过对现有研究成果进行整理归纳，主要是通过互联网数据平台查阅期刊论文、书籍、会议纪要、报纸等方式收集和整理有关深基坑支护结构的资料文献，对各种研究方法进行大概的了解，结合不足，确定自己的研

14、究思路。 （二）实证研究法：分析相关工程案例，对基坑支护结构的变形、受力、稳定性进行实时性分析，为此次论文提供理论依据，为本文的研究成果提供实证分析的验证机会。（三）模型分析法。通过基于BIM技术深基坑支护结构安全管理模型的构建识别深基坑支护中的安全隐患9，以加强安全防护，减少安全事故的发生，为基于BIM技术的深基坑支护结构安全管理研究提供数据支持。（四）BIM技术。BIM技术的应用不仅仅是可视化建模的需求，而是需要对工程建设全过程生命周期进行模拟分析，为工程技术可行性研究、人力物力财力资源配置等施工管理提供较为可信的预判7。同样对于深基坑工程施工本身，BIM技术的模型信息可以用于设计环节、施

15、工、监测等过程的整个阶段10。其理论与方法也作为深基坑的重要依据，提高了深基坑支护结构的安全性。第2章 深基坑支护的安全分析2.1 深基坑工程及其支护 1. 深基坑工程的定义及特点定义深基坑工程是指开挖深度超过5米(含5米)或地下室三层以上(含三层)，或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程12。随着我国城市人口的生活需求引起的建筑发展需求，深基坑工程作为建筑物基础结构施工的重要部分，如今大量高层建筑以及对地下空间的需求，深基坑工程已经是土方施工中的普遍施工模式。一般深基坑工程的施工形式是由地面向下开挖的一个大而深的地下空间，土坑四周一般都设置有各类形式的挡土结构（需要

16、根据开挖深度、开挖土类型、设计需求及相关规范来确定）。很长时间，国内外就深基坑开挖以及支护方案这类课题进行研究，技术逐渐成熟的同时，对于施工本身又是一个综合性的岩土工程难题，既涉及土力学中典型强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用。所以大家对深基坑的研究往往不局限于基坑本身，在其支护结构和支护方法上也有很多的研究。深基坑工程的特点（1）深基坑工程具有很强的综合性深基坑工程涉及土力学中强度(或称稳定)、地面变形和土中渗流3个基本课题，三者融溶一起需要综合处理。例如，有的基坑工程中土压力强度会引起支护结构的稳定性改变，有的土中渗流引起土破坏是主要矛盾，有的基坑周围地面

17、变形是主要矛盾，需要根据具体的问题实际分析。（2）深基坑工程具有较强的环境效应基坑开挖过程必须考虑周围土方应力场、地下水位等环境变化。同时需要考虑施工对于相邻建筑物、构筑物、市政官网等工程造成的影响。严重的情况将会对上述建筑设备的安全与正常使用产生影响。大量土方运输也对交通产生影响。所以应注意其施工对于环境的适应性。（3）深基坑工程具有较大工程量及较紧工期较一般的土方开挖工程，深基坑工程施工主要是基坑开挖深度较大，费用较高，对于施工质量要求高，安全保障措施要求高，同时对于施工节奏要把握紧凑，切勿延误工期。这样施工方为了赶工期有可能采取简单易捷的支护方式，由此会导致选择的支护形式安全性不当，成为

18、施工过程中的一个重大隐患。在做好支护结构安全性的同时，抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形，减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。深基坑工程涉及面广，同时又是相互联系的，这就需要有安全性较高的支护结构作为支撑，而在工程建设初期就选取较为适宜的支护结构，在设计阶段采取措施来消除隐患，提高本质安全性，为工程建设省去一部分的麻烦。2. 常见深基坑支护形式及其适用范围（1）放坡支护施工工艺流程为测量放样降低地下水分层开挖 边坡修理坡顶截水沟坑底截水沟。土方边坡的开挖工作需要精确指定施工组织计划，自上而下，层次渐进地进行施工，并且严格按照规范控制放坡脚等基本参数，严格按照规范安全操作

19、施工机械；当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。（2）土钉支护该支护形式适用于开挖基坑周围较为空旷、无大量密集的构筑物、土壤环境良好的情况。对于地质情况不佳，如软土或砂层地质要慎用或采取加强型方案。但是由于现有技术限制，对于土钉支护可能造成的支护位移偏差的计算，目前缺乏较为准确可信的理论支撑，因此对于该支护方案有严格的使用要求，但是其优点是造价较低。(3) 排桩支护原理：基坑的开挖过程中，如果遇到的工程场地不能放坡并且因为场地的局限性，而且根据该场地的自身条件情况判断不能采用搅拌桩围护时，如果此基坑的开挖深度范围在6米和10米之间变化不大的情况下，可以采取排桩支护的支护措施。对于排桩支护而言，

20、它的施工方法有多种，包括了人工灌注桩的方法，以及钻孔挖孔桩和预制钢筋混凝土板桩等多种施工手段。特点：排桩支护施工工艺成熟而且简单方便快捷，挡土性能好，但整体性一般，不能起到挡水的功能。由于采用排桩支护时需要采用内支撑来达到稳定的效果，所以在内撑达到一定强度的条件下需要等待一定的时间，而且在拆除内撑时需要占用一定的工期，所以采用排桩支护将会增加所需要的工期，无形中也就是增加了工程的造价。同时在内支撑存在的情况下，导致了施工场地的减小，为施工人员的施工增加了一定的难度。排桩支护具有体系强度高，适应性广等特点，大部分基坑安全等级的需求都可以满足，也可适用于采取降水帷幕的基坑，造价始终介于土钉墙和地下

21、连续墙的造价成本之间。(4)深层搅拌桩支护适用范围：主要适用于软黏土、粉土、土填土等松散地质基础，需要加固饱和处理的情况。对于普通建筑楼层适用性广。地基土的承载力约可提升1.52倍。这种支护的优点：可将固化剂与原土进行搅合，原地基土的利用率高。施工的挡墙可以防水、防沙。对于固化剂的配方选择多样，适用于不同工程的地质情况。施工过程无震动噪音等污染。(5)地下连续墙原理：地下连续墙支护的方法最早来源于欧洲，它的原理就是利用经过特意加工制作的的成槽机械在采用泥浆进行护壁的情况下来进行开挖，以形成一条一定槽段长度的槽沟，紧接着再将在地面上预先经过加工制作完成的钢筋笼置入槽段之内。并采用导管法施工并以此

22、来进行水下的混凝土浇筑，在施工完成之后会形成一个个独立单元的墙段体系，在各墙段之间通过采用一定的的接头方式以进行连接个个槽段，完成支护便形成了一道连续的地下钢筋混凝土挡墙，即为地下连续墙支护。缺点：这种支护方式对地下连续墙施工时产生的废泥浆的处理存在着一定的困难，而且如果在地下水急剧上升的情况下，槽壁会面临着坍塌的危险，给施工造成隐患，而且如果在地下连续墙施工期间使用临时挡土结构的话则会增加造价。地下连续墙加固方式的墙厚度普遍在600-1000mm的范围内，较少的高难度深基坑施工需要使用1200mm及以上厚度的墙体支护。地下剪力墙的支护方式具有墙体刚度大，质量可靠的优点，同时工期短、占地面积小

23、、基坑防渗性能出色、对于各类地基条件的适用性强、对于基坑内的后续施工影响小（便于后续施工）等等。但其缺点主要有施工所产生的废泥浆处理麻烦、仅仅是将连续墙作为临时支护的挡土结构时，造价费用较高，对于淤泥土质、硬质岩石土质的地质情况，地下连续墙的施工难度很大。(6)支撑形式主要有砼支撑、钢支撑和锚杆，一般砼支撑刚度大，但拆除不方便；钢支撑刚度相对小一些，但拆除方便，可预加轴力达到控制位移的目的；锚杆刚度小，位移控制主要通过施加预应力来实现，锚杆一般要打入基坑以外的地下场地，会对周边环境有一定影响，最好要求有较好的锚固土层。3. 深基坑支护施工应注意的问题基坑支护是为了保证土方及结构基础等地下结构施

24、工过程的安全性，并且施工过程容易对周边构筑物产生影响，因此需要予以高度重视。围护结构的选择必须根据相关设计要求，由专业地勘单位进行充分考察以确定地质结构，制定出合理安全的支护方案，在业主、承包方、设计、监理等相关参与方一致审批通过后才能进行施工。设计阶段需要根据所在场地的地质报告。、土工试验结果、原位标贯试验结果、土层含水量、区域地层参数等地勘结果综合考虑选择合适的施工方案。施工前必须解决基坑降水问题，要求地下水位降到基坑底1m以下，并且需要安排专人负责24小时值班持续记录抽水情况；整个地坪以下施工过程严禁中断抽水过程。支护结构发生受力或者形变时，需要充分考虑工序导致结构及土方应力变化的因素，

25、及时分析并做出合理调整。基坑设计人员应充分认识到在基坑施工过程中还会遇到很多设计阶段难以预测到的问题。因此，设计人员应密切和施工人员联系。施工过程必须严格控制，前道工序未完成验收之前，决不允许后续工序进行施工；同时总包方需要制定较为完善的监测方案，一旦发现工程施工出现偏差等意外，及时反映问题并着手解决。整个施工过程必须严格按照要求的设计方案去执行，如需进行变更，必须经过完备的程序方可进行。2.2 深基坑支护结构的影响因素（1）深基坑的开挖深度与场地形状深基坑支护方案的选择必须结合施工要求以及场地环境来决定选择安全的、适合的、经济的支护结构。开挖深度、地质结构、土壤条件、地下水环境、周边建筑道路

26、及各类构筑物等等都是考虑因素，其中开挖深度是分析结构支护可靠性的基本起点，在支护方案选择中占有很大的比重；同时需要结合多方面条件综合考虑，以确保工程施工安全、高效、经济为中心。 （2）深基坑周边环境条件理论上来说，大型基坑、深基坑施工都打破原有场地的应力平衡，势必会对周边建筑、道路、市政管网等等造成一定程度的影响。然而选择基坑支护的目的，就是为了减少基坑周围土体因为应力改变而导致发生形变，对周边构筑物、本工程施工造成安全威胁。因此在进行施工前需要对周边建筑的情况进行详细的考察，以此作为设计及施工方案的依据之一。施工过程中按照相关规范要求，控制现场施工所产生的粉尘及噪音，最大程度地减少对周边单位

27、的影响。第3章 深基坑支护方案评价模型的建立3.1 BIM技术概论建筑信息模型（Building Information Modeling）是借助计算机技术，广泛应用与土木工程、建筑学、结构设计等领域的建筑业新兴技术。其本质是通过建立包括该工程的各类参数在内的三维模型13。这些参数并不只有构件尺寸、材质等等实物参数；更重要的是运用计算机甚至互联网、大数据等技术，对施工信息管理、项目建设全过程优化等管理参数进行分析整理。从上世纪七十年代Chuck Eastman提出BIM概念，到如今经历了漫长的发展，我国从最开始探究及模仿国外科研成果到体系建立逐渐完善；经历了近几年建筑业的高速发展，BIM技术在

28、我国建筑行业的运用已经逐渐普及。对于BIM的特点，主要有可视化、协调性、模拟性、优化性等等，为工程技术人员提高生产效率，节约成本等方面发挥着不可或缺的作用。本文主要是应用BIM技术进行工程前期支护结构的建模及相关检测，充分利用了其信息关联性、可视化等特点，对各种施工过程中有可能发生的危害进行控制，通过BIM技术建立三维模型，提前将信息反馈给人员，一方面提高人员的信息管理能力，另一方面又可对基坑支护结构进行前期规划，从源头上消除或减少危险，在一定程度上实现了本质安全。所以说BIM技术在深基坑工程中具有非常重要的作用。3.2 天津某岛式地铁站项目概况1. 项目概况以天津某岛式地铁站深基坑为例，该工

29、程主要是在7、8月进行施工，而天津此时属于降水期，要特别注意水分对工程的影响。该站位于天津市市中心，天津地处渤海湾、沉积层厚，以淤泥、淤泥质土、粉土、粉砂质土为主，夹有流砂。地面标高在31.1532.34m之间，设计地坪标高约34.00m。其中该场地地下水水位9m，地层情况分布由上到下分别为杂填土，粘土，粉砂土，适宜建设圆砾和强风化泥质粉砂岩以及中风化泥质粉砂岩。车站总长为400米，基坑底面积约为400350平方米，基底标高分别为-15.900m，-16.900m，-18.400m，-19.1000m，最深部分为标高-12m。2. 基坑总平面图本基坑工程的特点是地基土层以粉质粘土为主。天津某岛

30、式车站深基坑总平面图如图3-1所示。图3-1 基坑总平面图3. 水文地质条件水文条件：此工程在勘察期间内的每个钻孔都碰到了地下水，主要是存在于粉砂以及圆砾中的孔隙潜水，具有一定的承压性，该场地的水量、水位的变化幅度会受到季节的影响，并对其影响很大。在勘探的期间场地的地下水埋深大约在1.02.8m之间，其稳定的水位标高位于28.75-30.96m之间。根据本次的勘察结果在对ZK4、ZK21钻孔的水样水质进行分析并得出的结果，得到的综合判断为此场地的环境类别为类。根据文献资料以及现场经验可以知道，地下水对于砼结构按环境类型分类以及水和土具有微弱的腐蚀性，按地层分可知渗透性水和土具有微腐蚀性，切对于

31、钢筋结构中的钢筋具有微弱的腐蚀性能，且对钢结构具有较弱的腐蚀性能。地质条件：依据23个钻孔的地层揭露情况，场地内的土质主要为杂填土、粘土、粉砂、圆砾、强、中风化泥质粉砂岩。在此将各岩土层的顺序按照由新到老的条件分述如下：杂填土（Qml）：该土层主要由黄褐色、灰褐色的粘性土夹砖块、砼块以及碎石和砾石构成，成份相对较复杂，土质情况由松散到稍密分布，其均匀性较差，堆填基本大于10年，层厚介于0.5-5.0m，层底的标高为26.46-30.86m。粘土（Qal）：该土层主要为黄褐色以及砖红色夹灰白色，土层条件为可塑到硬塑状之间，湿度为稍湿到湿之间，可看见褐色的铁锰渲染物，摇震基本无反应，略有轻微光泽，

32、其切面较光滑，韧性及强度好，层厚为2.105.70m，层底的标高为24.36-25.79m。粉砂（Qal）：黄褐色到灰褐色，稍密到松散，很湿到饱和，可看见细微白云母片，主要成分大致为石英，下部含少量的砾石，级配一般，胶结性比较差，泥质含量约在10%左右。层厚1.2-1.8m，层底标高23.06-24.39m。圆砾（Qal）：该土层主要为黄褐色和灰白色，土质情况较饱和、呈亚圆状，分选性比较差，一般的粒径为220mm，个别可达60mm左右，泥砂质充填，中密密实，主要矿物成份为长石、石英、砂岩类，层厚1.7-3.2m，层底标高20.64-22.25 m。强风化泥质粉粉砂岩：该土层大致为红褐色的干、泥

33、质粉砂结构，为中厚层状的构造，岩芯大多为短柱状或碎块状的，其岩芯的裂隙和节理极发育，在节理裂隙面上可以明显的看见黑色的铁锰质氧化薄膜，敲击时声音哑，没有回弹，其岩芯遇到水极易发生软化，在裸露条件下进一步风化，且特征很明显，基本上没有膨胀的特性，具有一定的崩解性能，RQD的值大约是40%左右，属于极软的岩层，其岩体的质量基本等级为V级，在顶部可以看见见有0.100.50m的硬塑和坚硬状的残积粘土。层厚13.623.5m，层底标高为2.657.64m。中风化泥质粉粉砂岩：该土层为棕红色，属于泥质粉砂质结构土层，介于中、厚层状之间，其岩芯大都是柱状和短柱状，该岩层可见节理裂隙的发育，在沿节理裂隙面见

34、褐色铁锰氧化物，敲击稍有脆声，裸露后进一步风化特征明显，遇水易软化崩解，RQD值75%左右，岩体较破碎，属极软岩，其岩体的基本质量等级是V级，最大揭露厚度经测为21.15m。4. 地质构造与地震烈度本地层位于新华夏系第二沉降带与第二隆起带之间，构造主要受新华夏系控制，在勘探深度范围内未发现断层活动。依据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）的地震动峰值加速度约为0.05g，其地震设计的分组为第一组，特征周期设计值为0.35s。抗震设防基本烈度为度。依照现场的钻孔波速试验结果，对场地土的等效剪切波速取值为下表3-1所示：表3-1 等效剪切波速表钻孔编号等效剪切波速Vse（m/s）ZK629

35、0ZK17302依据上述表格的数据分析结果可以确定该场地的等效剪切波速平均值为Vse=296m/s。根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）中的相依规范可知，工程拟建设的场地类型为中硬场地土，场地类别为类建筑，属于可以采取建设的一般条件场地。由于该场地的抗震设防烈度为度，所以可以不采取液化地层的判断。3.3 依据相关工程建立BIM技术中的Revit软件模型 3.3.1 模型的前期规划与设计在止水帷幕及基坑支护完成后，为有利于施工，基坑开挖前应设置降水井，降水井宜布设在周边四个角点位置，降水井的深度最好超过基坑底板并且不能小于1米，对于有关的设计支护参数可见下表3-2所示：表3-2 支护

36、参数表参数地层抗剪强度指标（固结快剪）土与锚固体之间极限摩阻力标准值qsik(KPa)渗透系数K(cm/sec)内摩擦角(度)凝聚力C(KPa)第层杂填土10.08.0156.010-4第层粘土21.764.9603.010-5第层粉砂26.0/403.010-3第层圆砾35.0/1305.010-2第层强风化泥质粉砂岩40(似内摩擦角)/1502.010-5根据现场土质情况选择放坡支护，侧壁支护要求三级安全等级；施工场地应满足放坡可独立或与其他结构结合使用；当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。下图3-2为基坑放坡支护结构平面图。图3-2 放坡支护方案3.3.2 深基坑三维模型的建立建模过程

37、使用AutoDesk公司的Revit软件完成，具体过程如下：（1）新建一个建筑项目，首先要绘制项目的标高和轴网。标高在项目组成中是一个非常重要的部分。第一步就是要设置建筑物层高，假设如果需要修改标高，相应的关联构件都会发生竖直方向的伸长或压缩。轴网和标高共同组成一个三维空间，标高和轴网一旦确定，尽量不要对其进行更改。绘制如图3-3所示：图3-3 深基坑标高及轴网（2） 设置项目实际地理位置。构建一个建筑样板，切换到“管理”选项卡，在其中找到“项目位置”面板，点击“地点”按钮，打开编辑框后，定义位置依据选择“默认城市列表”，随后输入相应的经纬度（纬度：39.12，经度：117.20），最后点击确

38、定。这样就通过输入经纬度来确定项目的地理位置。（3） 使用放置点形成地形。首先打开建筑文件，切换到 Revit项目功能栏中的“体量和场地”选项卡，在其中找到“场地建模”选项，然后点击“地形表面”按钮，此时在工具栏中选择“放置点”，分别在两点上进行放置，随即修改相应的高程，单击完成，此时整个地形已经完成，就可以切换到三维视图中看一下效果。（3）护坡的创建。坡护一般在立面或剖面视图中进行创建，参数设定比较简单。需要注意的是顶部标高与顶部偏移注意设置，不然坡度会太长。一般会选择内建模型创建护坡。点击“构件”选项卡中的“内建模型”。如图3-4所示。图3-4 深基坑护坡的建立最后，建立的天津某岛式车站深

39、基坑的Revit模型如图3-5所示。图3-5 深基坑三维模型3.3.3 结合BIM技术中的Navisworks软件进行碰撞检查将Revit模型软件导入Navisworks使用clash detective功能直接得出检查结果，如图3-6。点击模型中的每个对应的碰撞点，结果就会显示在在右侧编辑框里，碰撞最后会得出对应的构件位置中存在问题缺陷的构件。图3-6 碰撞检查图通过碰撞此工程前期支护结构的三维模型，从结果中可以看出碰撞点总共447个，其中新建点446个，有1个活动点，证明前期支护结构在构件方面存在缺陷，经分析可能为工程泥土含水量较高，导致工程的支护结构某些构件发生侧移。而放坡支护不能有效地

40、减缓构件的损坏，一旦施工时间持续过长，这个支护结构就会成为项目工程的一个重大隐患，结果就有可能会导致支护结构坍塌，从而发生事故，造成重大的人员或财产损失。第4章 模拟模型的优化设计4.1 优化设计根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012)中的3.3.2可知，当基坑不同部位的周边环境条件、土层性状、基坑深度等不同时，可在不同部位分别采用不同的支护形式；支护结构可采用上、下部以不同结构类型组合的形式。3.3.4中支护结构上部采用土钉墙或放坡、下部采用支挡式结构时，上部土钉墙或放坡应符合本规程对其支护结构形式的规定，支护结构应按整体结构考虑。各种支护结构优缺点分析如表4-1所示。表4-1 各

41、种支护结构优缺点分析支护形式优点缺点放坡支护施工简单不能挡水土钉支护造价较低不能用于软土、淤泥质土排桩支护挡土性能好不能挡水深层搅拌桩支护防水防沙冬季施工有影响地下连续墙支护墙体刚度大废泥浆难处理支撑形式支撑刚度大拆除不方便国内外试验研究和工程实践表明，搅拌桩适宜于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120kPa的粘土、粉质粘土、粉土等软土地基。综上对比各种支护结构的优缺点，发现深层搅拌桩支护结构施工的挡墙即能挡土、又能防水、防流砂，而且避免了用其他方法施工时由于降水、排水造成周围地面沉陷，道路和建筑物开裂破的恶果。所以对前期支护结构进行合理化优化，采用放坡加深层搅拌桩的支护结构。放

42、坡加深层搅拌桩的平面图如图4-1所示：图4-1 放坡加深层搅拌桩支护平面图构建新型支护结构Revit三维模型过程如下： 护坡支护的三维模型构建过程不再重复，在此基础上继续进行深层搅拌桩支护的建模过程。（1）放置结构柱。首先打开文件，切换到建筑选项卡，找到“柱”按钮，选择“结构柱”按钮，然后在属性面板当中，找到类型选择器，在下拉列表当中，选择“钢管混凝土柱-矩形”，选择标准类型；在工具选项栏中，设置参数为高度，连接条件为F2，在图中轴线交叉位置移动光标进行构建。如图4-2所示。图4-2 支护柱的建立（2）对于Revit系统族和可导入族中不存在的族样板，需要进行自建族操作，具体操作如下：1.选择样

43、板。切换到“应用程序”，点击“族”选项卡中进入“选择样板文件”，选择“公制常规模型.rft或公制机械设备.rft”。2.设置族类别。在族编辑框中点击“族类别和族参数”按钮，出现对话框，在“族类别”中将“常规模型”改为“结构连接”，并勾选相应的“族参数”。3.参数设置：需要确保参数准确设置，才能在后续操作中灵活调整不同排或不同单元中的搅拌桩长度。如图4-3所示。图4-3 搅拌桩的绘制最后得出支护结构为护坡加深层搅拌桩的三维模型，如图4-4所示。图4-4 新型支护结构三维模型4.2 结合BIM技术中的Navisworks软件进行碰撞检查（1）对新型支护结构进行碰撞检查碰撞过程不再赘述，碰撞结果如图

44、4-5所示。图4-5 碰撞检查图将模型导入Navisworks中，对本文拟定的新型支护结构的三维模型进行硬碰撞，由检查结果可知，碰撞551个新建点，其中有0个活动点，可以证明新型支护结构能够有效的减缓构件的损坏，提高支护结构的安全性能，很大程度上减缓构件的损坏和侧移。4.3 方案论证（1）前期支护结构存在问题通过碰撞此工程前期支护结构的三维模型，由检查结果可知，前期支护结构在构件方面存在缺陷，经分析可能为工程泥土含水量较高，导致工程的支护结构某些构件发生侧移。而放坡支护不能有效地减缓构件的损坏，一旦施工时间持续过长，这个支护结构就会成为项目工程的一个重大隐患，就有可能会导致支护结构坍塌，从而发

45、生事故，造成重大的人员或财产损失。（2）新型支护结构的优点1. 在放坡支护的基础上增加深层搅拌桩作为组合支护结构，有效的阻隔了地下水对施工过程中支护结构的影响。2. 在阻隔地下水的影响之后，支护结构就会更加坚固，当施工上方有运输车辆，支护结构会承受很大压力时，会加重支护结构的偏移程度，若是采用新型支护结构，可以在一定程度上确保其不会沉降和产生较大的水平位置偏移。3. 支护结构不发生较大的位置偏移，意味着事故发生的可能性降低，安全隐患也在一定程度上缩减。（3）分析结果通过碰撞检查工程前期的支护结构，可以看出此项深基坑工程利用放坡支护结构进行施工时，存在支护结构不能有效阻隔地下水而使其受损或者发生

46、位置偏移的问题。由此本文拟定在放坡支护的基础上增加深层搅拌桩作为组合支护结构。最后通过进行一系列的碰撞检查，分析新型支护结构的优点后，得出新型支护结构一方面可以降低地下水对其浸泡程度的影响，另一方面还可以减缓其水平位移程度，增强支护结构的安全性能，大大地提高了工程项目的安全性。结 语本文主要是分析天津某岛式车站工程的前期支护结构，通过BIM技术中的Revit软件建立三维模型，可以更直观的观察模型，然后进行碰撞检查，由此得出前期支护结构是否存在问题，分析工程地质条件等因素，结合相关支护结构的法律法规，提出合理化建议，最后将新型支护结构再进行一次碰撞检查，进行方案论证。得出以下结论：（1） 可以依

47、靠BIM技术对土方开挖中的深基坑工程进行深入研究。（2） 相比于单纯使用放坡支护，使用放坡加深层搅拌桩组合支护结构的安全性更大一点，可以有效地减缓支护构建的磨损和减少水平位移，不同的工程需要具体问题具体分析。（3） 基坑工程施工前，最好对其支护结构进行一系列的检查，一些小问题就有可能提前发现，减少不必要的损失。（4） 没有支护结构是绝对的安全，安全是相对的，所以前期支护结构检查完毕后，进行施工时，一定要密切关注，有问题随时进行补救。在深基坑支护工程，通过计算机模拟可以尽可能预判实际建设情况，但是地质情况及施工环境复杂多样，单纯依靠理论计算分析往往是不够的,现有的技术不可能将实际情况十分完全的考虑清楚并且解决，不同的工程需要具体问题具体分析。本文结合了BIM技术对深基坑的支护结构进行了分析，可用于基坑支护结构的前期规划，但是由于能力有限，未能进行对支护结构的力矩分析，有待进一步提升。参考文献1Rolf Katzenbach,Steffen Leppla,Hendrik Ramm.Design and Construction of Deep Foudat