BIM技術(shù)在某基坑工程中的應(yīng)用研究★

楊 群 謝立廣 王建立

(1.成都師范學(xué)院，四川 成都 611130； 2.四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611130；3.中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610023)

1 概述

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，具有可視性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性四大特點(diǎn)，其核心目標(biāo)就是通過對(duì)信息化技術(shù)的應(yīng)用，提高建筑的性能，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)各個(gè)部門及不同工種、專業(yè)之間的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)全生命周期中各個(gè)不同階段的工程信息共享，對(duì)整個(gè)工程周期實(shí)現(xiàn)更好的統(tǒng)籌運(yùn)營。近年來，我國BIM技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入快速發(fā)展階段，特別是在房屋建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但在巖土工程、地下空間領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于初級(jí)探索階段，將BIM技術(shù)引入到深基坑工程，特別是復(fù)雜的深大基坑項(xiàng)目，有利于實(shí)現(xiàn)工程信息共享，提高協(xié)同工作效率，減少施工中出現(xiàn)的常見問題。本文以某酒店的基坑工程為例，將BIM技術(shù)應(yīng)用到基坑工程領(lǐng)域，可供類似工程參考。

2 工程概況

2.1 基本概況

某酒店總建筑面積約93 000 m2，由22層～36層塔樓及酒店裙房組成，設(shè)置兩層地下室。基坑周長(zhǎng)約400 m，開挖面積約為8 900 m2，開挖深度為11.9 m。場(chǎng)地南側(cè)為濱江路人行道，東側(cè)緊鄰錦江中學(xué)操場(chǎng)，北側(cè)有兩棟6層～7層(磚混結(jié)構(gòu))宿舍樓，西側(cè)臨索菲特酒店，本工程地下室1層與索菲特酒店設(shè)置通道，基坑總平面圖如圖1所示。

2.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

本工程地質(zhì)情況按成因、年代從上至下分述如下：

雜填土：雜色，稍濕，松散，以磚、瓦、卵石等建筑垃圾及生活垃圾為主，為拆遷舊建筑物所留。

素填土：褐黃～灰褐色，松散，稍濕。以粘性土為主，含少量礫石及炭渣等。

粉土：淺褐黃～淺灰黃色，松散，稍濕～濕，含少量鐵的氧化物，局部區(qū)域?yàn)榉圪|(zhì)粘土。夾薄層的粉、細(xì)砂。

細(xì)砂：黃褐、黃灰色，松散、濕～很濕，其成分以石英、長(zhǎng)石為主，含少量的云母，部分夾粉土團(tuán)塊，局部相變?yōu)榉凵啊?/p>

中砂：青灰色、黃灰色，松散，飽和，其成分以石英、長(zhǎng)石為主，含少量的云母，局部區(qū)域混有少量的礫石。

卵石：灰褐色、黃灰色、灰白色，稍密～密實(shí)，飽和，卵石成分以火成巖、變質(zhì)巖為主，呈亞圓形，磨圓度較好。

強(qiáng)風(fēng)化泥巖：紫紅色，碎裂結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，含少量鐵猛質(zhì)氧化物，破碎，質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。中等風(fēng)化泥巖：紫紅色，整體狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，較完整，質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

本工程涉及的巖土工程特性指標(biāo)建議值見表1。

該場(chǎng)地地下水類型主要為上層滯水和孔隙型潛水，上層滯水主要賦存于填土層，由大氣降雨及生活用水形成，水量小，無統(tǒng)一水位；孔隙潛水主要賦存于砂、卵石層，主要由大氣降雨和上游地下水徑流補(bǔ)給形成。

2.3 支護(hù)方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境及勘察報(bào)告，基坑采用兩種支護(hù)形式，靠近已有酒店一側(cè)(圖1中AB段)采用錨拉樁，錨拉樁支護(hù)示意見圖2。其余部分用排樁，樁頂標(biāo)高-0.5 m，樁長(zhǎng)21.0 m，樁徑1.2 m，樁中心間距為2.0 m；樁頂處設(shè)置冠梁一道，截面尺寸為1 200 mm×1 000 mm。

表1 巖土的工程特性指標(biāo)建議值

3 BIM運(yùn)用

3.1 創(chuàng)建基坑BIM模型

本基坑工程三維模型的創(chuàng)建用Revit軟件進(jìn)行，但是建模時(shí)，腰梁、錨索等巖土工程構(gòu)件在Revit軟件中沒有現(xiàn)成的“族”，需自行構(gòu)建相應(yīng)的族。以本工程錨索為例，建錨索族時(shí)要考慮錨索的入射角，錨索的自由段和錨固段的長(zhǎng)度以及相對(duì)應(yīng)的直徑和材質(zhì)，建族過程如圖3所示。錨索族建好后，在后期建模過程中即可進(jìn)行參數(shù)化的動(dòng)態(tài)調(diào)整，方便設(shè)計(jì)施工。

基坑工程三維模型的具體創(chuàng)建步驟如下：利用建筑樣板新建一個(gè)項(xiàng)目，使用“體量和場(chǎng)地”的“地形表面”工具，創(chuàng)建深基坑場(chǎng)地，場(chǎng)地的大小、高程根據(jù)實(shí)際地形和高程調(diào)整。使用“建筑”下的“標(biāo)高”和“軸網(wǎng)”命令，創(chuàng)建支護(hù)結(jié)構(gòu)的軸網(wǎng)和標(biāo)高。軸網(wǎng)用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的空間定位，標(biāo)高用于支護(hù)結(jié)構(gòu)在模型內(nèi)的高度定位。使用“族”下的“混凝土圓形樁”創(chuàng)建排樁支護(hù)，用自建的“錨索族”創(chuàng)建錨拉樁支護(hù)，用“族”下的“梁”創(chuàng)建冠梁。創(chuàng)建的基坑三維模型示意圖見圖4，支護(hù)結(jié)構(gòu)三維模型圖見圖5。

3.2 碰撞檢測(cè)

通過支護(hù)結(jié)構(gòu)的三維模型圖，可以直觀地觀察到設(shè)計(jì)不合宜的地方，如圖6所示。由于基坑并非方方正正的形狀，錨拉樁的設(shè)置段有轉(zhuǎn)角，在轉(zhuǎn)角部位，有2根錨索相交，這樣是不可取的，不利于施工，故需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在Revit軟件中，只需調(diào)整這2根錨索的入射角即可使其相離，十分方便快捷。

基坑西側(cè)的索菲特酒店采用筏板基礎(chǔ)，其地下室輪廓線距離基坑開挖線只有15.0 m，錨索施工時(shí)有可能會(huì)與其基礎(chǔ)或地下室外墻產(chǎn)生碰撞，進(jìn)而對(duì)索菲特酒店造成安全隱患，所以有必要對(duì)此預(yù)先進(jìn)行碰撞檢測(cè)。在Revit軟件中將酒店相關(guān)信息整合到基坑三維模型中，將其導(dǎo)入Navisworks軟件中，進(jìn)行碰撞檢測(cè)，5號(hào)碰撞點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果如圖7所示。由圖7可看出，某根錨索與酒店地下室外墻相沖突，通過調(diào)整此錨索的入射角可解決此問題。通過檢測(cè)報(bào)告，一一核對(duì)有問題部位，進(jìn)行調(diào)整，直到碰撞檢測(cè)合格為止。

3.3 BIM其他應(yīng)用

建好的三維支護(hù)模型圖還可以直接在Revit軟件中形成漫游動(dòng)畫，對(duì)后期施工與管理做出預(yù)測(cè)和指導(dǎo)；同時(shí)還可對(duì)基坑支護(hù)階段不同區(qū)域施工所需材料進(jìn)行精準(zhǔn)算量，便于對(duì)相關(guān)材料的采購、儲(chǔ)存等進(jìn)行管理。將Revit中建好的模型圖導(dǎo)入Navisworks軟件中可做出動(dòng)畫模擬，全方位地模擬出基坑工程的施工過程，推測(cè)出工程施工工期，還可直觀揭示出材料隨施工過程的進(jìn)行所對(duì)應(yīng)的消耗情況。想基坑工程施工的實(shí)際成果圖跟效果圖吻合度高，可將Revit模型導(dǎo)入到Lumion中進(jìn)行渲染；想對(duì)基坑工程進(jìn)行實(shí)時(shí)、高效的管控可結(jié)合BIM5D技術(shù)進(jìn)行?？傊?，BIM系列軟件功效各有千秋，使用時(shí)應(yīng)結(jié)合工程具體情況和自己的使用目的有針對(duì)性地選擇，可達(dá)到事半功倍的效果。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)計(jì)真正意義上實(shí)現(xiàn)了從二維到三維的轉(zhuǎn)變，可大大地提高設(shè)計(jì)效率，提前發(fā)現(xiàn)并解決一些潛在的問題，BIM技術(shù)在基坑工程中的應(yīng)用必將更加深入和廣泛。