第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
工程建设快速发展使城市地下空间不断被开发，因其位置大多位于人口密集的繁华地段，所以对深基坑的设计及施工要求越来越高。跟浅基坑工程相比，深基坑工程是更加复杂的系统性工程，影响深基坑工程施工的因素更多，主要有周围环境、工程和水文地质条件、开挖深度、开挖面积及平面形状等[1]。因为影响因素的增多和施工难度的加大，基坑坍塌事故也明显增多。根据住建部统计的房屋与市政工程数据，2012-2017 年间发生的有明确成因的较大及以上事故，基坑坍塌事故起数及本数据占较大事故总数的比例如表 1-1；基坑坍塌导致死亡的人数及本数据占较大事故死亡人数的比例如表 1-2。
由以上两个表可以看出 2012-2017 年间，较大事故发生的总数和因此死亡的总人数呈波动式下降，而基坑坍塌数占比和因此死亡的人数占比却有明显的上升趋势。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 BIM 技术应用现状
1.国外 BIM 技术应用现状
1975 年，知名大学的教授——Chunk Eastman 在他所著的书中首次提出了BIM 应用思想和 BIM 理念[2]。2002 年，美国的 Autodesk 公司真正提出了 BIM技术概念。2003 年美国诞生了国家 3D-4D-BIM 实施计划，并在实际项目中探索和验证了一套 BIM 应用的建筑全生命周期解决方案。并在四年后颁布了美国自己的BIM 标准-NBIMS，2008 年Building SMART联盟已经拥有了IFC标准NBIMS、CAD 标准以及 BIM 等应用标准。2009 年，美国威廉康辛州的政府创新性的对BIM 应用提出强制性要求，州内所有新建的公共基础项目必须加入 BIM 技术辅助建设[3]。从此 BIM 技术在美国快速发展，采用 BIM 的项目数量越来越多[4]。到 2013 年 8 月，美国三分之一企业已经利用 BIM 技术指导项目建设，所建设的项目达到项目总数的 60%以上，而政府性建设项目已全部使用 BIM 技术[5]。
2011 年 5 月，英国内阁文件里强制性宣布五年内政府负责的全部建设项目必须采用 BIM 辅助，并在五年后全面应用 BIM 协同技术[6]。2010-2012 年，英国发布了 3 次全国范围的建筑业 BIM 使用调查报告，报告显示使用 BIM 的企业和人员都迅速增长，AEC 企业应用 BIM 进行辅助性建设的比例为 57%[7]。2017年 5 月，英国发布《NBS 国家 BIM 报告 2017》中 71%调查对象已经在参与的项目中应用 BIM 模型，有 45%调查对象已经将 BIM 模型应用于项目全生命周期。在过去的六年里 BIM 技术应用有 60%的增长率，相信在下一个五年里可以达到95%。
2009 年，BIM 技术在日本建筑领域兴起并且快速的大范围推广，设计院、施工企业、软件厂商等相继加入 BIM 领域。2010 年，政府以自身投资的某个政府建设工程作为 BIM 应用的示范项目，探索 BIM 的优势，挖掘 BIM 的价值。同年日本 BP 社对五百多家设计施工等企业调查得出，从 2007 到 2010 年，知道BIM 的人群由 30.2%迅速上升到 76.4%，BIM 推广初见成效。同时日本 BIM 技术的发展离不开日本国产软件的支持，国产解决方案软件联盟就是由很多 BIM软件商为了开发 BIM 本土软件而组成[8]。2012 年 7 月，日本建筑学会率先公布了 BIM 指南，为企业应用 BIM 提供了必要的指导[9]。
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第二章 深基坑工程施工存在的问题及引入 BIM 的必要性
2.1 深基坑工程概述
2.1.1 基坑工程的定义及分类
基坑是指建筑物从地面向下开挖时形成的地下空间，其地下结构施工期间为了安全稳定性而采取的土方开挖、挡土结构、地下水控制以及环境保护等措施称为基坑工程[30-31]。
基坑工程根据条件的不同分为深基坑工程和浅基坑工程。根据建设部年号文件关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：深基坑工程是开挖深度超过 5m(含 5m)或地下室三层以上（含三层）或深度虽未超过 5m，但地质条件、周围环境和地下管线特别复杂的工程。其余的则是浅基坑工程。
2.1.2 深基坑工程特点
随着我国城市化进程的加快和经济建设发展迅猛，地下空间的开发利用规模加大，基坑数量越来越多，面临着开挖难度大、宽度广、深度深、周边环境复杂、安全系数低、风险大等挑战。我国的深基坑工程主要有如下特点：
1.个性强
每个地域的深基坑地下水文地质情况都有差异，不同的城市具有不同的土质，即使是相同城市的不同位置的岩土性质也不一样，进而影响到地质、水文条件的不同，比如砂土地基、黄土地基、黏土地基中深基坑的开挖的支护完全不同。另外周边的建筑物、道路通道、地下管网的情况、允许的变形数值等也不一样，所以深基坑工程进行设计时都会考虑个性问题。由此可见，深基坑工程中允许最大变形值和安全等级的分类都没有统一的标准，无法对其他工程直接复制，而应该结合深基坑自身情况来定。充分考虑到自身条件，因地制宜进行施工方案的编制，不能生硬的照搬照套。
2.时空和环境效应强
深基坑一层一层开挖后基坑底部土压力逐渐变小，土体强度较低使土坡失去稳定性并且最后土体变形隆起，这种情况现象称之为时空效应。一般来说深基坑开挖深度越深会使土体变形隆起越厉害，深基坑开挖时严格按照开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则，避免基坑由于时空效应的影响致使土体和周围环境的位移和变形过大而引发安全问题。
深基坑土方开挖时会导致周边建筑地下水位发生变化并破坏原来的应力场，甚至是会引起土体的严重变形、地下建筑物的破坏，使周边建筑物、地下管网无法正常使用。并且在其施工中还不可避免的会产生一系列污染，例如粉尘和噪音，基坑土方外运期间也会加大附近交通压力，对附近居民的生活起居造成不便。
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2.2 深基坑工程施工中存在的问题及原因分析
2.2.1 深基坑工程施工中存在的问题深基坑工程是一个系统的复杂的工程，所以在深基坑工程施工中也会出现很多问题，主要有成本、进度、质量、安全方面的问题。
1. 成本方面
（1）深基坑工程属于临时性和隐蔽性工程，在地下结构部分施工完成后便进行顶板浇筑，有地下室的部分便形成地下室，深基坑原本的围护结构等都是隐蔽的，所以业主并不愿意花费太多预算，想以最小的投入换取最大的回报。
（2）地质条件是深基坑工程成本形成的重要影响因素，深基坑工程地质条件复杂，所以成本极易失控。随着深基坑开挖深度的加深，有可能出现地质条件、地下管网等与事先掌握的并不一致的情况，使施工成本增加。
（3）深基坑工程中的工程变更也经常发生，一是施工中会发现设计中的一些错误而产生变更；二是在施工过程中随着条件的变化，发现设计并不符合施工的地方而产生变更。
2. 进度方面
（1）深基坑开挖的广度和深度比较大，所以施工工程量大。并且工期紧张，一般在深基坑基础工程的工期都比较紧张，又因为过长时间的基坑暴露很容易引起安全问题，所以尽量要控制深基坑的施工工期，减少意外的发生。
（2）深基坑开挖阶段很容易发生突发状况而影响工期，比如长时间的暴雨会增加大量的降排水工作，以及保护支护结构的稳定性和抢险工作，使施工进度减慢。
（3）深基坑工程进度管理不完善，因为通常深基坑土方开挖和支护结构施工是由不同的班主完成的，所以经常发生两者施工进度不匹配的问题，需要更好的协调处理。
第三章 基于 BIM 技术的深基坑工程施工过程改进.................... 24 3.1 BIM 技术在深基坑工程全寿命期的应用模型........................ 24
3.2 基于 BIM 技术的深基坑工程施工组织与流程设计................................. 26
第四章 A 深基坑工程施工案例分析.....................................40
4.1 工程与施工概况................................40
4.1.1 工程概况..........................................40
4.1.2 工程施工概况及重点......................................41
第五章 结论与展望...........................64
5.1 结论......................................64
5.2 展望.............................64
第四章 A 深基坑工程施工案例分析
4.1 工程与施工概况
4.1.1 工程概况
A 深基坑工程位于闹市区，占地面积约 25983 平方米，框架结构，设有地下室 3 层。正负零绝对标高为 20.00m，场地自然地坪绝对标高为 19.000m~20.000m，基坑开挖面积 27790m2，周长 700m，坑深 H=13.40m~17.60m，土方量约为 42 万方土。因场地中部存在地铁线路自南向北穿插而过，故整个基坑可分为大致西区、地铁区、东区三部分，其中西区开挖深度为 13.40~14.90m，地铁区域开挖深度为 16.68~17.38m，东区开挖深度为 15.65~17.60m。 整个基坑除坑中坑外按一级考虑，采用 CSM 水泥土墙+灌注桩+钢筋混凝土内支撑支护，内支撑共两道（首层为栈桥层）。坑中坑按三级考虑，采用重力式水泥土搅拌墙（高压旋喷桩）或放坡进行支护。
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第五章 结论与展望
5.1 结论
本文的结论成果主要有以下几个方面：1.对深基坑施工中存在的问题进行分析，主要有成本、进度、质量、安全方面的问题，最重要的是安全问题。对问题存在的原因进行分析，主要有人员因素、机械因素、材料因素、方法因素和环境因素。并且分析了 BIM 技术引入后对这几个方面的问题改善的显著优势，探索施工问题的解决途径，得出在深基坑工程施工中亟需引入 BIM 技术的结论。
2.研究了传统和基于 BIM 技术的深基坑工程全寿命期流程，可以看出 BIM技术的引入对深基坑全寿命期的流程有显著优化。将 BIM 技术应用于深基坑工程施工中，从施工准备阶段、施工阶段和竣工阶段研究 BIM 技术在深基坑工程施工的应用思路和应用流程。应用流程如下：（1）收集信息、选择合适的软件建立深基坑 BIM 模型；（2）施工准备阶段应用：碰撞检测、图纸会审和设计交底；（3）施工阶段应用：施工场地动态模拟、4D 施工模拟及技术交底、安全教育及安全交底、施工监测、现场质量安全控制等应用；（4）竣工阶段应用：竣工验收资料管理、成品质量维护等。最终实现了对深基坑工程施工过程的改进，对施工质量、安全、进度和成本的严格管控，大大提高了施工效率。
3.将 BIM 技术应用于 A 深基坑工程施工中，借助 BIM 软件建立三维模型并将施工方案进行模拟，将施工信息与相关资料在不同阶段利用不同系列软件进行相关联，虽然应用中也存在一些问题，但效果还是很显著，从管理层面和技术层面验证了前文所研究的 BIM 技术在深基坑施工中应用的有效性。
4.传统的 CAD 纸质图纸已经渐渐淘汰，利用 BIM 技术建立深基坑 BIM 模型后可以随时提取和存储数据，建立数据库为以后类似工程作参考，这改变了以往的工作方式和施工管理模式，对以后的 BIM 技术发展也起了示范作用。
参考文献（略）