第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
众所周知，自 1987 年改革开放以来，在快速的经济增长背景下，我国形成了许多特大型城市和大中型城市，由于原有城市道路规划面积有限，并且在经济发展和城镇化建设过程中导致大量外来人口涌入，导致现有的城市轨道交通网络不同程度阻碍了人们交通出行需求的困境。城镇化进程的不断推进，大型城市吸引了数以百万的人口数量，以及城市公路交通系统发展滞后导致的路面大面积拥堵的情况，已经引起国家和地方政府的高度重视。由于地下轨道交通运输大部分在地下穿行，在减少路面占地的情况下，缓解现有交通压力，减少环境污染，提高区域人口流动能力，平衡了人们的出行方式与现有交通承载能力间的关系，因此轨道交通行业在各大城市都在快速发展过程中。
我国是世界上在建地铁里程最多的国家。2016 年相比 2012 年已开通城市轨道交通城市数量、运营里程及年度投资总额的增幅相近，分别增长了 76.47%、81.66%和 100.99%。预计未来 5 年，在建地铁数量占比世界范围内城市轨道交通建设的 80%，新增里程数在 5 000 公里以上。截至 2017 年 12 月，我国已开通城市轨道交通城市达到 43 个，其中开通地铁运营的城市有 29 座，开通总里程达到3 665 公里，涉及线路 134 条，地铁车站 2 864 座。而在这些地铁数据背后，地铁施工的难度在不断增加。重庆地下轨道交通 6 号线红土地车站主体最大埋深达到 60 m，地下埋深深度居全国地铁站第一，如图 1-1 所示。在建当中的重庆轨道 10 号线红土地站的埋深更是达到 94.5 m，相当于 31 层楼的高度。随着重庆地下轨道 10 号线一期今年底正式运营，10 号线的红土地站车站主体埋深将超过轨道 6 号线红土地站深度，成为全国最深地铁站。
地铁车站和地铁运行区间是地铁线路的主要组成部分，相比地铁运行区间，地铁车站的主体结构更加的复杂，施工难度更大，这也给地铁车站前期的基坑施工造成了相当大的挑战，深基坑工程项目的形态、功能和规模也越来越繁杂，而更深的车站埋深加剧了深基坑的施工难度和危险性，以传统技术为主体、工程图纸为核心的设计和工程施工管理模式已无法满足当下高度复杂化的深基坑工程建设项目。
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1.2 BIM 在深基坑的应用国内外相关研究现状
1.2.1 BIM 技术国外研究综述
Autodesk 公司副总裁伯恩斯坦认为：建筑信息模型(BIM)是基于三维立体技术，同时集成建筑工程项目所有数据，是对该工程所需信息详细的参数化表达。
Bazjanacz 将建筑项目工程结构的几何特征、地理环境信息系统(GIS)、工程量统计数据、材料清单、成本价格表格、预估进度等信息纳入 BIM 模型中，对项目进行全周期阶段性管理，以实现项目信息实时共享[2-3]，BIM 与 GIS 的关系如图 1-4 所示。
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第二章 基于 BIM 技术的深基坑施工阶段应用研究
2.1 基于 BIM 技术的深基坑施工场地布置优化
施工现场布置是贯穿整个施工过程的重要工作，对工程项目施工效率、施工质量、施工安全等有着重大影响。根据对以往施工现场布置工作的观察，在工程项目的施工组织方案设计中，施工企业往往对施工现场布置不够重视。特别是在基坑施工场地，施工环境复杂且场地有限的工程，需要高效的施工现场布置方式[30]，确保基坑施工快速进行，而 BIM 技术为施工现场布置提供了新的可能性。常见施工现场布置，如图 2-1 所示。
2.1.1 基坑施工现场布置信息需求
在地铁车站深基坑施工场地，施工通常在很小范围内进行，充分利用场地空间对基坑施工十分必要。以高效、安全和低成本为目标的施工场地布置，需要准确的工程信息数据为前提。基坑施工现场布置主要有：办公场所布置、值班室布置、机械布置、物资仓库布置、危险品库房布置、模板堆场、围墙与入口位置、钢筋加工区等。施工现场元素布置需考虑众多因素，如施工现场布置的技术规范、基坑周围环境、材料消耗、机械设备需求、人员配备等[31]。
施工现场布置方案必须满足安全、消防、环保等法律、法规和技术规范的硬性要求，在此框架下，保证施工进程高效进行是施工现场布置的重要目的之一，因此，布置应从便于工程施工的角度来考虑。施工现场布置与工程施工进度相关联，应根据不同施工阶段的工作重点进行调整，比如基坑围护结构施工完毕后，旋挖机可以撤离施工现场；由于基坑在城市人口密集区域，对噪音较大的设施应尽可能远离办公楼区域等。
施工项目的基本信息是施工现场布置设计的核心。包括：基坑的位置、尺寸、工程结构、场地周边地下设施布置图、施工进度计划等。施工总进度计划等涉及到不同施工阶段的划分，在不同的施工阶段，施工临时设施的种类和数量不同，施工作业位置也不同，需要针对性的设计施工现场布置方案才能满足施工生产的要求。此外，地勘资料、该区域气候资料是排水设施设计时的重要参考资料，掌握这些信息，才能使得施工现场安全生产。
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2.2 基于 BIM 技术的基坑工程施工
场地平整阶段和基坑开挖支护阶段是深基坑施工的两个主要阶段，而在基坑工程中，BIM 技术的应用目标是创建基坑的 BIM 信息模型来可视化模拟场地原本信息与基坑支护之间的关系，通过 BIM 技术平台，建立一个与真实施工场景相同的虚拟环境，项目各参与方能够准确掌握项目实时动态，可以在统一的信息基础上进行工程方案和问题的沟通，使管理方案科学有效，促进决策快速下达，降低工期延误几率，节约投资。
2.2.1 BIM 的应用
基坑工程 BIM 技术深基坑施工应用流程主要包含以下几方面：
(1)以项目地勘报告和设计资料数据为参数信息，建立基坑建筑信息模型岩土信息。
(2)获取周边的 GIS 数据信息，将数据输入之前建立的模型。
(3)以施工设计图和参考规范为依据，将基坑施工图二维信息的表达内容通过 BIM 软件映射到 BIM 模型中，完全反映各部分结构关系。
(4)通过 BIM 软件对建立好的深基坑模型进行模型碰撞检测和 4D 施工模拟，检查 BIM 模型构件碰撞和观察施工过程各阶段进展情况。
(5)软件系统自动计算挖填土方量。
(6)将基坑实时数据输入 BIM 模型，观察基坑在施工中的动态，比如基坑钻孔桩下沉或偏移等。辅助工程人员进行危险情况的判断和检查。
2.2.2 BIM 软件实现方案
在 Revit 软件中建立深基坑支护结构和场地模型建立，以及基坑模型与周围环境之间的位置关系，比如支护结构与地下管道之间的关系；利用 Civil 3D 建立与基坑所在位置相同的地下土层模型，准确描述不同深度的土层变化状况，将文件保存为 IFC 文件格式，然后导入 Revit 软件所建立好的支护体系及施工场地模型中，整合形成基坑工程模型，如图 2-5 所示。
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3.1 基于 BIM 的进度计划编制研究 ........................ 26
3.1.1 基于 BIM 的工作任务分解 ..................... 28
3.1.2 基于 BIM 的工作时间估算 .................. 30
第四章 BIM 技术在某车站深基坑工程中的应用 ....................... 37
4.1 项目概况 ............................ 37
4.1.1 工程案例 ............................ 37
4.1.2 工程施工简介 ......................... 37
第五章 结论与展望 ................... 67
5.1 结论 ................... 67
5.2 展望 ................. 67
第四章 BIM 技术在某车站深基坑工程中的应用
4.1 项目概况
4.1.1 工程案例
该地铁车站基坑位于某市两条主路交汇处，横跨交叉路口，沿路敷设。两条主干道现状均为双向 6 车道，车流量较大，主道两侧各有宽约 6.0 m 的辅道和绿化带。
该车站基坑采用明挖法施工，围护结构采用钻孔桩+内支撑方式。车站标准段基坑宽 23.1 m，标准段基坑深度为 17.81 m，东侧盾构井处基坑深 20.43 m，西侧盾构井基坑深 19.60 m，基坑长 160.2 m，基坑平面位置图，见图 4-1。
工程特点：①基坑下穿场区地貌单元均属于剥蚀堆积垅岗区，所处地势东高西低，最大高差 3 m。②基坑周边环境复杂，为中交二航局、中石油加油站、绿化带、荒地、水塘和泉眼等。③由于本基坑西侧位于灰岩段，岩溶强发育，且岩溶水水头较大，目前尚未进行岩溶专项勘察，车站分两期施工，一期先施工东侧砂岩段，基坑开挖面积 3 755 m2。④基坑所在范围地下分布大量管线，一次性临时改移至南侧附属结构外侧。⑤场地土层种类繁多，互相交织，年代、成因、土层结构特征及强度各不相同。
本基坑支护结构的安全等级为一级，结合本站所处的环境、工程地质、水文地质，经计算分析、技术经济综合比较，本站基坑围护结构采用 φ1 200 mm 钻孔灌注桩加内支撑方案，在深厚软土分布范围，桩间设置旋喷桩，第一道支撑采用钢筋混凝土支撑水平间距 8 m 左右，其它支撑为 φ609 mm 钢管支撑，水平间距 4 m 左右，支护结构的水平位移≤0.15%H，且≤40 mm；地面最大沉降量≤0.15%H。根据详勘报告本站抗浮水位取至室外地坪，为满足抗浮安全系数要求，车站设置冠梁兼压顶梁，抗浮安全系数为 1.17>1.15，并考虑临时立柱桩锚入底板加强车站抗浮。
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第五章 结论与展望
5.1 结论
论文以某地铁车站深基坑工程施工为背景，利用 Revit 软件建立了 BIM 模型，以此基坑模型为基础，在 Navisworks 中进行 4D 施工模拟，结合传统进度计划编制过程与方法，分析了 BIM 在地铁深基坑工程施工过程与施工进度计划编制所起到的关键作用。通过认真总结，得到以下结论：
(1)通过在建立基坑 Revit 模型过程中发现，BIM 软件建模功能十分强大，直观的模拟了深基坑工程的工程信息、施工流程，使工程人员更容易理解施工信息。
(2)通过 BIM 与传统场地布置理论相结合，使施工场地编制与现场布置工作所消耗时间缩短，提高了工作效率。通过对施工环境真实模拟、工程量准确统计、提供三维技术交底，以及在 Navisworks 中进行碰撞检测和虚拟施工等，减少了施工过程不必要的设计变更，促进施工过程顺利且高质量进行。
(3)通过分析传统进度管理理论，明确了其工作内容与实现方法，其缺点是：计划与工程实际关联性较差，不能全面反映各项工作之间的逻辑关系，不具备BIM 技术信息协调性等特点，在融合 BIM 之后，可以提前发现未实施项目的计划缺陷，并对影响进度因素及时调整和管控，确保深基坑施工过程顺利进行。
参考文献（略）