深基坑工程施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

李 葉

(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南 新鄭 451100)

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是基于三維數(shù)字技術(shù)構(gòu)建數(shù)字模型，所有工程信息均納入模型中，該模型可用于指導(dǎo)工程項目的設(shè)計、施工及管理，甚至貫穿于建筑工程的全生命周期，能夠大大提高工程管理的可視化程度，提高項目管理的直觀性、系統(tǒng)性及全面性。

BIM技術(shù)路線如圖1所示。

相比其他技術(shù)，BIM技術(shù)主要表現(xiàn)出信息集成、工作協(xié)同、工作關(guān)聯(lián)等特點。首先，信息集成。應(yīng)用BIM技術(shù)所構(gòu)建的三維模型數(shù)據(jù)庫與二維平面設(shè)計圖有著本質(zhì)上的區(qū)別，三維模型可以直觀表達出各個建筑節(jié)點，比如構(gòu)件連接形式、空間關(guān)系、荷載情況等，技術(shù)人員可以直觀看到建筑物信息模擬信息，大大提高了工程管理的準(zhǔn)確性與管理效率。其次，工作協(xié)同。通過BIM技術(shù)能夠構(gòu)建一個高效的信息溝通平臺，施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位、業(yè)主方等均能夠通過該平臺進行高效溝通，降低了管理成本，提高了管理效率。并且BIM技術(shù)包含碰撞檢查策略，能夠通過BIM平臺判斷各系統(tǒng)是否存在沖突問題，比如管線系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，各專業(yè)能夠強化溝通，從而提高建筑工程項目的整體質(zhì)量。最后，工作關(guān)聯(lián)。BIM技術(shù)的基礎(chǔ)是構(gòu)建三維模型，因此模型中所有的信息內(nèi)容都不可避免的存在較強的關(guān)聯(lián)性，一旦建筑施工中發(fā)生技術(shù)變更，模型信息會同步完成變更，相關(guān)圖紙無需重新處理，降低了建設(shè)成本，保障了施工質(zhì)量。

2 BIM技術(shù)在深基坑工程施工中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在深基坑工程施工中的應(yīng)用主要包括以下幾個方面：

首先，BIM技術(shù)應(yīng)用于支護方案設(shè)計中。深基坑工程設(shè)計前要進行地質(zhì)勘察工作，了解工程的地質(zhì)條件及施工條件，勘察結(jié)構(gòu)要與工程相關(guān)資料相結(jié)合，最后才能應(yīng)用BIM技術(shù)構(gòu)建環(huán)境模型。在該階段應(yīng)用BIM技術(shù)主要將地基基礎(chǔ)、地下管線、周邊構(gòu)筑物、地質(zhì)情況等資源融入模型，最終確定出基坑支護方案。BIM技術(shù)可以將基坑支護體系通過三維模型的形式展現(xiàn)出來，相關(guān)人員可以通過觀察模型來分析支護體系中建筑物、管線、道路等結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)問題可以直接在模型中進行修改，并通過模型做出驗證，能夠指導(dǎo)后續(xù)的設(shè)計與施工。

其次，BIM技術(shù)在協(xié)同與深化設(shè)計中的應(yīng)用。協(xié)同設(shè)計需要將所有基坑、基礎(chǔ)、建筑及結(jié)構(gòu)均要納入?yún)f(xié)同設(shè)計，傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)是深基坑設(shè)計中的技術(shù)難點，也是重點內(nèi)容。而應(yīng)用BIM技術(shù)可以將所有內(nèi)容集中在同一個平臺中，并構(gòu)建對應(yīng)的三維模型。在BIM三維模型中中心文件、BIM模型可以互相聯(lián)接，其他專業(yè)設(shè)計師也能夠同步查看模型，一旦發(fā)生設(shè)計變更，模型也會同步變更，大大提高了工程效率。并且BIM技術(shù)采用的是參數(shù)化設(shè)計，能夠使復(fù)雜構(gòu)件以新組件的形式呈現(xiàn)出來，該組件可以直接布置在模型中，調(diào)整參數(shù)即可分析工程材料總量，合理控制施工成本。

最后，BIM技術(shù)可應(yīng)用于碰撞檢查。深基坑工程中BIM技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的功能即碰撞檢查策略，該功能可以明顯提高深基坑工程設(shè)計水平。相比其他建筑類型，基坑工程的碰撞檢查不包括梁柱結(jié)構(gòu)之間的碰撞、管線與管線之間的碰撞，但是卻存在很多其他結(jié)構(gòu)之間的碰撞檢查問題，比如地下室結(jié)構(gòu)與格構(gòu)柱、格構(gòu)柱與立柱樁、工程樁與立柱樁。在深基坑工程中引入碰撞檢查能夠直觀描述出這些結(jié)構(gòu)之間的空間位置關(guān)系，并為設(shè)計人員提供參考指導(dǎo)。此外，不同專業(yè)都可隨時針對模型中的問題進行溝通，有利于設(shè)計質(zhì)量的提升。

3 深基坑工程中BIM技術(shù)應(yīng)用實例

某深基坑工程長123 m，寬64 m，普遍深度23.1 m，局部區(qū)域深度24.1 m，基坑四面圍護，一面采用鉆孔灌注樁，余者三面采用地下連續(xù)墻圍護，水平支護設(shè)置四道內(nèi)支撐。BIM在該工程中的應(yīng)用主要包括以下幾個方面。

3.1 BIM技術(shù)的應(yīng)用

首先，展示基坑施工設(shè)計成果，BIM建模軟件采用Autodesk公司的Revit Architecture及Revit Structure，三維模型包括基坑支護結(jié)構(gòu)模型、地下室結(jié)構(gòu)模型、土方開挖模型、支撐加腋節(jié)點鋼筋模型等。圖2就是該工程基坑支護結(jié)構(gòu)三維模型。

其次，應(yīng)用BIM技術(shù)檢查結(jié)構(gòu)碰撞。支護結(jié)構(gòu)模型、基礎(chǔ)模型、地下室結(jié)構(gòu)模型完成后，Revit自身具備碰撞檢查功能，能夠基于上述模型對支護結(jié)構(gòu)布置情況進行全面檢查，分析其他建筑結(jié)構(gòu)之間是否存在沖突，發(fā)現(xiàn)問題后能夠及時做出調(diào)整。

最后，應(yīng)用BIM技術(shù)模擬土方開挖施工。深基坑工程施工過程中極易受到場地限制，本工程土方開挖施工時，經(jīng)過BIM模擬可知，如果出土坡道設(shè)計為直坡，雖然可以滿足最大坡度要求，但是卻無法避開基坑支護結(jié)構(gòu)，并且會下降到出土標(biāo)高，因此將出土坡道設(shè)計成曲線形，既能夠滿足施工的最小坡度要求，與基坑支護結(jié)構(gòu)也不會產(chǎn)生沖突，并且能夠下降至出土所需標(biāo)高。

3.2 深基坑工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗總結(jié)

通過本工程施工，筆者總結(jié)了幾點BIM技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，包括以下幾個方面：

首先，BIM技術(shù)的應(yīng)用要講究團隊合作。雖然BIM只是一個三維模型技術(shù)平臺，但是卻集成了各個專業(yè)的技術(shù)人員，需要不同工程種類的設(shè)計人員組成一個專業(yè)的BIM設(shè)計團隊，并由一個總工程師對BIM設(shè)計計劃的實施、任務(wù)分配、專業(yè)協(xié)調(diào)、模型合并等進行統(tǒng)一管理與統(tǒng)籌安排，及時查缺補漏，對應(yīng)的BIM工程師則負(fù)責(zé)與對口專業(yè)的技術(shù)人員進行溝通，并建立對口專業(yè)的BIM模型。因此，一個分工明確、管理科學(xué)的團隊是保證BIM技術(shù)發(fā)揮最大作用的重要條件。

其次，BIM軟件的本地化程度會影響軟件的使用效果。目前廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的BIM軟件基本上都是國外的軟件公司研發(fā)的，應(yīng)用于國內(nèi)后，國內(nèi)設(shè)計師除了要克服語言文字方面的障礙以外，還要考慮單位制式、建筑規(guī)范的差異，并且國內(nèi)外設(shè)計師可能具有不同的設(shè)計習(xí)慣與表達習(xí)慣，因此在實際應(yīng)用時設(shè)計師要充分考慮到這類問題。

最后，族庫的建立與管理。從某種程度上講，族庫的建立與文件管理是評價BIM技術(shù)應(yīng)用程度的重要指標(biāo)，所謂族庫是由若干構(gòu)件元素組成、可參數(shù)化設(shè)計的組合構(gòu)件，其包含了大量的建筑信息，建立并高效管理族庫可大大提高BIM的設(shè)計效率。即族庫中族文件越多，設(shè)計師能夠搭建復(fù)雜、抽象的建筑模型就越多。因此在日常設(shè)計過程中，設(shè)計師要注意族文件的收藏、積累，不斷提高BIM的設(shè)計效率。

4 結(jié)語

深基坑工程的施工是整個建筑工程項目的質(zhì)量基礎(chǔ)，在深基坑工程施工中應(yīng)用BIM技術(shù)，不僅可以提高施工效率及工程質(zhì)量，而且可以降低安全風(fēng)險及工程成本，提高工程進度。設(shè)計師在日常應(yīng)用過程中要注意團隊合作，做好族庫的建立與管理，當(dāng)然，也要注意BIM軟件土地化程度不足帶來的設(shè)計問題，BIM將技術(shù)在建筑工程中的作用充分發(fā)揮出來。