BIM技術(shù)在基坑工程施工中的應(yīng)用

陳衛(wèi)林　童磊　馬少俊　姚宏波

摘要：近年來我國(guó)科技水平的提升，建筑行業(yè)的施工技術(shù)在不斷的提高。隨著時(shí)代的推進(jìn)，科技高速發(fā)展，深基坑工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，要求不斷提高，如何提高工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、避免施工變更、將工期成本控制在合理的范圍內(nèi)成為關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能滿足深基坑工程的精細(xì)化管理要求，而BIM技術(shù)可以為建筑行業(yè)提供全生命周期的精細(xì)化管理，將文字信息和二維平面圖紙轉(zhuǎn)換為三維信息模型，并將建筑全生命周期的信息全部體現(xiàn)在模型中，為現(xiàn)場(chǎng)各專業(yè)施工人員提供信息共享平臺(tái)，為深基坑工程的精細(xì)化管理發(fā)揮了重要作用。

關(guān)鍵詞：深基坑;BIM技術(shù);計(jì)算模型;數(shù)據(jù)庫

將BIM技術(shù)引入基坑工程特別是復(fù)雜深大基坑的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)中，通過創(chuàng)建基坑BIM模型，打破基坑設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)之間的傳統(tǒng)隔閡，實(shí)現(xiàn)多方無障礙的溝通和信息共享，讓項(xiàng)目不同參與方可以共同協(xié)作，通過三維可視化溝通加強(qiáng)基坑工程的施工現(xiàn)場(chǎng)、成本、進(jìn)度、質(zhì)量管理，節(jié)約成本，減少現(xiàn)場(chǎng)返工，提高工作效率。

一、BIM技術(shù)在基坑設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

（一）傳統(tǒng)基坑設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)基坑設(shè)計(jì)包括計(jì)算與繪圖兩個(gè)部分。計(jì)算部分是通過單獨(dú)的計(jì)算軟件來對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行建立，基坑設(shè)計(jì)人員根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行二維剖面圖、立面圖、平面圖、詳圖以及材料表等的繪制。各種立面、平面以及剖面圖中的信息則會(huì)在基坑的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生矛盾，在構(gòu)件、管線間不可避免地會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位、碰撞以及錯(cuò)誤的尺寸標(biāo)注等問題。而針對(duì)復(fù)雜的深大基坑，傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)無法在協(xié)同和表達(dá)上更好的滿足其復(fù)雜的地面、地下構(gòu)筑物以及支護(hù)結(jié)構(gòu)等。這種基坑設(shè)計(jì)方法導(dǎo)致圖紙之間的相對(duì)獨(dú)立，因?yàn)闆]有信息數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，只能通過專業(yè)人員對(duì)分散的資料進(jìn)行整理。因此，為了增強(qiáng)基坑工程的協(xié)作和整合，需要確保各專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容之間的配合、溝通以及共享。（二）多維信息計(jì)算模型取代二維繪圖。基于BIM技術(shù)的基坑設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S可視化的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方法所建立的BIM三維模型包含各種各樣的信息數(shù)據(jù)，然后再通過3D模型生成所有文檔以及圖形，且與模型保持邏輯關(guān)系，當(dāng)改變基坑模型時(shí)，與其配套的文檔與圖像便會(huì)同時(shí)進(jìn)行更新。此外，BIM基坑模型所建立的對(duì)象之間具有內(nèi)在的邏輯關(guān)系，當(dāng)其中一個(gè)對(duì)象發(fā)生改變時(shí)，與之相關(guān)的對(duì)象也會(huì)發(fā)生改變。該設(shè)計(jì)方法能夠使各專業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)信息的共享，通過信息模型可以獲取所有專業(yè)系統(tǒng)所需的信息以及參數(shù)，不必反復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤、冗余。（3）虛擬與智能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。BIM的建模、動(dòng)畫以及渲染技術(shù)可以完美地展現(xiàn)基坑在不同階段的效果圖。同時(shí)深大基坑由于其復(fù)雜性會(huì)導(dǎo)致地下管線、支撐、圍護(hù)樁以及錨桿與其他地下構(gòu)筑物產(chǎn)生交叉，進(jìn)而使實(shí)際的施工無法滿足設(shè)計(jì)要求。此外，BIM建模工具中的碰撞檢測(cè)功能能夠?qū)ζ溥M(jìn)行檢查以及修改。

二、基坑工程BIM應(yīng)用業(yè)務(wù)流程

（一）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，是以各種原始數(shù)據(jù)（包括鉆孔、剖面、地震數(shù)據(jù)、等深圖、地質(zhì)圖、地形圖、工程勘察數(shù)據(jù)、水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等）為基礎(chǔ)，建立能夠反映地質(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，這其中包含各種物理信息如地層信息、水文地質(zhì)等信息。通過適當(dāng)?shù)目梢暬绞?，該?shù)字化模型能夠展現(xiàn)虛擬的真實(shí)地質(zhì)環(huán)境，更重要的是，基于模型的數(shù)值模擬和空間分析，能夠輔助用戶進(jìn)行科學(xué)決策和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。（二）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(chǎng)地布置模型。（三）導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)模型及施工場(chǎng)地模型數(shù)據(jù)，進(jìn)行基坑工程的支護(hù)體系模型建立。模型除了對(duì)工程對(duì)象進(jìn)行3D幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系的描述外，還包括完整的工程信息描述，如對(duì)象名稱、支護(hù)類型、材料類別、工程物理力學(xué)性能等設(shè)計(jì)信息。（四）土方開挖施工方案設(shè)計(jì)及施工模擬。通過土方開挖施工方案工程仿真，了解樁基變位，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，地形變形對(duì)周邊設(shè)施（相鄰建筑及管線等設(shè)施）的影響等情況。（五）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。（六）導(dǎo)入基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)存放在Ex-cel表格中，通過讀取該數(shù)據(jù)生成基坑邊形形狀，可以查看到臨界區(qū)域和超限危險(xiǎn)點(diǎn)。還可以將某時(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(cè)人員及管理人員確定危險(xiǎn)點(diǎn)后調(diào)取基坑監(jiān)測(cè)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，第一時(shí)間開始基坑危險(xiǎn)時(shí)間處置工作。

三、深基坑BIM模型

模型采用AutodeskRevit軟件建立基坑3D模型，先將有軸網(wǎng)、立柱樁、攪拌樁和內(nèi)支撐的CAD圖紙鏈接至Revit軟件中，其中地下連續(xù)墻用基本墻繪制，內(nèi)支撐、腰梁、冠梁等用梁?jiǎn)卧L制，攪拌樁、工程樁等用混凝土柱單元?jiǎng)?chuàng)建。相比傳統(tǒng)的二維圖紙，3D模型實(shí)現(xiàn)了圖紙可視化，通過3D模型能為現(xiàn)場(chǎng)施工的人員直觀、完整地展示支護(hù)樁結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻等，使工作人員充分地了解設(shè)計(jì)意圖，避免因理解錯(cuò)誤而造成的損失。地下連續(xù)墻深層水平位移的測(cè)斜孔則采用柱模型代替，以便將基坑監(jiān)測(cè)信息與Navisworks軟件中的模型關(guān)聯(lián)。

四、信息化監(jiān)測(cè)

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(cè)點(diǎn)建立模型，在模型中導(dǎo)入每天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并采用4D技術(shù)（三維模型+時(shí)間軸）+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。基于BIM技術(shù)的基坑監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)：（1）直觀表現(xiàn)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，通過添加時(shí)間軸的4D變形動(dòng)畫可以準(zhǔn)確判斷基坑的變形趨勢(shì);（2）快速定位基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)點(diǎn)，并根據(jù)變形趨勢(shì)及現(xiàn)狀及時(shí)作出應(yīng)急預(yù)案;（3）輔助施工管理，非監(jiān)測(cè)專業(yè)人員同樣可以看懂基坑變形情況;（4）結(jié)合其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如水位變化、道路沉降、管線變形、周邊建筑物變形等輔助工程師判斷基坑變形的原因及主要影響因素;（5）結(jié)合已有的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形歷史判斷未來一段時(shí)間的變形趨勢(shì)，對(duì)危險(xiǎn)位置提前預(yù)警重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，有利于施工管理人員和業(yè)主方的工程決策。

五、結(jié)語：

通過BIM技術(shù)在基坑工程的應(yīng)用創(chuàng)建基坑的BIM信息模型，打破基坑設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)之間的傳統(tǒng)隔閡，直觀體現(xiàn)項(xiàng)目全貌，實(shí)現(xiàn)多方無障礙的信息共享，讓不同的團(tuán)隊(duì)可以在同一環(huán)境下工作。通過三維可視化溝通，全面評(píng)估基坑工程，使管理決策更科學(xué)，采取措施更有效，并加強(qiáng)管理團(tuán)隊(duì)對(duì)成本、進(jìn)度計(jì)劃及質(zhì)量的直觀控制，提高工作效率，降低差錯(cuò)率，節(jié)約投資。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊敏.BIM技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用探討[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2016（22）：407.

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