BIM技術(shù)在某工程深基坑支護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用

孫陽磊 丁鑫 周學(xué)順 徐程

【摘要】現(xiàn)如今，我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，BIM技術(shù)在工程深基坑支護(hù)設(shè)計中應(yīng)用廣泛。文章提出BIM技術(shù)在深基坑施工中的應(yīng)用，將傳統(tǒng)的高強(qiáng)度高風(fēng)險施工作業(yè)變得可視、可控，通過采用BIM技術(shù)搭載基坑地質(zhì)、水文、土層等詳細(xì)參數(shù)搭建的三維模型，可以更直觀地展示基坑情況，有力促進(jìn)了基坑開挖和支護(hù)工作的順利開展。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);深基坑支護(hù)設(shè)計;應(yīng)用【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是對于工程項目進(jìn)行設(shè)計、施工和運營維護(hù)管理的一種新型過程管理方法。近年來，隨著國內(nèi)外BIM技術(shù)的快速發(fā)展，尤其通過建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)的廣泛應(yīng)用，巖土工程中也逐漸延伸應(yīng)用BIM技術(shù)。同時，深基坑工程項目應(yīng)用BIM技術(shù)的基礎(chǔ)、核心是創(chuàng)建三維模型，基坑工程的復(fù)雜節(jié)點配筋、監(jiān)測數(shù)據(jù)查看、施工進(jìn)度的模擬等，而Revit軟件對創(chuàng)建三維模型有著相對優(yōu)勢，本論述主要針對深基坑工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建及一些具體要求。

1、BIM技術(shù)的概念

所謂BIM技術(shù)簡單來說就是利用信息技術(shù)，把建筑模型可視化，具體的展現(xiàn)出來，幫助設(shè)計人員更好地完成工作。BIM技術(shù)是建筑信息模型的英文縮寫，目前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑信息模型的搭建中。建筑信息模型的建立需要綜合考慮建筑工程的施工具體地理位置以及用戶對建筑的具體需求，技術(shù)人員應(yīng)該全面收集所有的數(shù)據(jù)信息，從而建立更加可靠的數(shù)字化模型。傳統(tǒng)的建筑信息模型都是靠圖紙進(jìn)行構(gòu)建的，2D圖紙建立的模型缺少必要的直觀性，數(shù)據(jù)分析不嚴(yán)謹(jǐn)。而采用BIM技術(shù)建立的模型能夠直觀地對其進(jìn)行分析，實現(xiàn)了模型的三維建立。

2、BIM在基坑工程勘察及支護(hù)設(shè)計階段應(yīng)用的現(xiàn)狀

基坑開挖作為建筑施工的一個必要工程，尤其是層高和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜的建筑，基坑開挖的難度和重要程度都會提高?；贐IM技術(shù)并將互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用到基坑工程施工中成為一個發(fā)展新思路，并被公認(rèn)為實現(xiàn)建筑施工可持續(xù)發(fā)展的正確選擇。BIM技術(shù)已經(jīng)在建筑行業(yè)的設(shè)計、倉儲、施工、監(jiān)理、驗收等各個環(huán)節(jié)廣泛使用，但是目前BIM技術(shù)僅僅應(yīng)用于建筑施工的基礎(chǔ)以上項目中，例如建筑設(shè)計、施工、機(jī)電安裝等環(huán)節(jié)，而基坑開挖等項目沒有受到足夠重視，對于BIM技術(shù)應(yīng)用到地下空間建筑的標(biāo)準(zhǔn)和研究比較少。建筑行業(yè)中基坑的地質(zhì)勘察、支撐維護(hù)、位移監(jiān)測等缺乏相應(yīng)的專業(yè)軟件，且各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容不統(tǒng)一，不利于推進(jìn)工程項目全過程數(shù)據(jù)管理。因此，把BIM技術(shù)應(yīng)用到基坑工程的地質(zhì)勘察和支撐維護(hù)環(huán)節(jié)，可以推動整個基坑工程的設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)工作的高效化。

3、BIM在基坑支護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1軟土深基坑BIM模型庫建立

本文采用族文件構(gòu)建軟土地鐵深基坑BIM模型庫。通過創(chuàng)建族，可以將同一族文件載入到不同的項目中減少繁瑣的建模工作。將不同族劃分到同一類，形成模型族庫，方便我們隨時調(diào)用。在歸類總結(jié)基坑施工階段所有構(gòu)件后，依據(jù)結(jié)構(gòu)劃分，創(chuàng)建了相應(yīng)的支護(hù)模型庫和地連墻模型庫及其配筋庫。最后根據(jù)實際需要，對已創(chuàng)建的構(gòu)建模型庫稍加修改就可以應(yīng)用于其他項目中。

鋼筋混凝土支撐、鋼支撐和地連墻等模型創(chuàng)建，建議選用適用范圍廣的常規(guī)公制模型樣板，對于鋼筋來說應(yīng)該選擇鋼筋形狀樣板-CHN。在放置鋼筋到主體結(jié)構(gòu)時，可以在一個剖面上拼接成一個整體，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)視圖，使用陣列功能快速布置鋼筋。在陣列之前，應(yīng)該檢查每一層的鋼筋是否有碰撞。因為布置的鋼筋層數(shù)較多，在三維視圖中檢查中間的鋼筋時，其他層的鋼筋會對我們的視圖造成影響，這時就需要我們隱藏其他層的鋼筋。如果發(fā)現(xiàn)有碰撞，就需要對鋼筋的布置進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完成后再進(jìn)行陣列。鋼筋載入模型后，默認(rèn)設(shè)定為用線模型表示。如果想獲得更好的視覺效果，可以右鍵單擊鋼筋圖元，打開屬性欄的視圖可見性，在三維視圖一欄中勾選“清晰的視圖”和“作為實體”。并分別選擇“詳細(xì)程度-精細(xì)”，“視覺樣式真實”，即可在三維中查看。創(chuàng)建項目文件后導(dǎo)入CAD平面布置圖，繪制標(biāo)高軸網(wǎng)后載入族文件，逐步完成地連墻，支護(hù)結(jié)構(gòu)建模。

3.2BIM技術(shù)在深基結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

有效地將BIM技術(shù)應(yīng)用到超高層深基坑施工過程中可以有效預(yù)防深基坑結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險問題出現(xiàn)的概率，具體而言，相關(guān)的技術(shù)管理人員需要有效的運用AutodeskRevit軟件系統(tǒng)來進(jìn)行超高層建筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，該軟件系統(tǒng)的運用可以有效的檢測兩種結(jié)構(gòu)之間是否存在碰撞的問題。之后施工設(shè)計人員要結(jié)合模擬測試結(jié)果來審查出現(xiàn)碰撞問題的關(guān)鍵點，然后與相關(guān)設(shè)計部門負(fù)責(zé)人進(jìn)行互動交流對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，同時還要借助BIM技術(shù)來進(jìn)行施工技術(shù)方案的編制以及施工成本的計算，從而提升施工管理的細(xì)致性，提升深基坑整體施工精準(zhǔn)性。另外，相關(guān)技術(shù)管理人員還必須要借助BIM技術(shù)來對碰撞構(gòu)建進(jìn)行ID號設(shè)置，然后篩選出具體的碰撞構(gòu)建來進(jìn)行設(shè)計調(diào)整工作。

3.3基坑支護(hù)體系方案

建筑周邊距離道路和建筑較近，開挖過程中應(yīng)做好基坑防護(hù)工作。基坑開挖深度為6.0m～7.085m，開挖土層主要以粉質(zhì)黏土為主，結(jié)合項目的場地條件、周邊環(huán)境和基坑深度等客觀條件，綜合考慮項目的管理和工期要求因素，經(jīng)過設(shè)計和施工人員的反復(fù)討論，最終確定工程施工采用鉆孔灌注樁+1道鋼筋混凝土內(nèi)支撐結(jié)合雙排樁及二級放坡、大口井降水、雙軸水泥攪拌樁全封閉止水的方案。

3.4優(yōu)化設(shè)計

（1）以地勘報告、設(shè)計文件等為依據(jù)，利用Civil3D軟件將二維的地勘資料轉(zhuǎn)換成三維地勘模型，同時利用Revit軟件建立支護(hù)體系模型（包括支護(hù)結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸、材質(zhì)及空間位置等信息）、場地環(huán)境模型（包括地下管線、周邊建筑物等信息）以及基坑模型（包含大小、幾何尺寸、空間位置、開挖分區(qū)及出土路線等信息）。（2）根據(jù)建立好的3D模型，進(jìn)行初步優(yōu)化。（3）將建立好的模型導(dǎo)入Navisworks軟件，進(jìn)行各專業(yè)的碰撞檢測。若存在問題，則進(jìn)行優(yōu)化修改;如無問題，則執(zhí)行下一步。（4）利用Revit軟件將各模型進(jìn)行整合并導(dǎo)入Navisworks軟件，進(jìn)行深基坑全模型的碰撞檢測，若存在問題，則進(jìn)行優(yōu)化修改，如無問題，則進(jìn)行成果產(chǎn)出，主要成果為優(yōu)化報告、二維圖紙及三維模型等。

同時，BIM技術(shù)將原有的二維信息以三維的形式呈現(xiàn)，展現(xiàn)出模擬的真實環(huán)境，可以快速、直觀、實時及多視角地查看基坑各部分、各部位及各構(gòu)件信息及其相互之間的關(guān)系，使設(shè)計者和決策者可以更清楚獲知基坑的情況，從而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計或者選擇其他方案，并對其安全性、可行性經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，甚至可以將模型導(dǎo)入有限元軟件或結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件，如Midas等，對結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行分析，協(xié)助設(shè)計者進(jìn)行設(shè)計，規(guī)避各種設(shè)計錯誤。此外，若發(fā)現(xiàn)問題，可直接在模型上進(jìn)行修改驗證，提高復(fù)雜深基坑的設(shè)計與優(yōu)化效率。

3.5實現(xiàn)切實有效的成本管控工作

通過在基坑工程中引入BIM技術(shù)，把各種與施工成本相關(guān)的因素和信息全部添加進(jìn)信息庫內(nèi)，建立深基坑模型，以此為基礎(chǔ)關(guān)聯(lián)不同的施工方案，即可直觀比較各方案施工成本，以幫助業(yè)主選擇最優(yōu)方案，同時，所建立的模型使得后續(xù)成本核算工作尤為便捷。

施工成本管控工作中，由于工程變更、地質(zhì)條件改變等造成的成本增加所占比重較大，而BIM技術(shù)應(yīng)用則可降低此類事件影響。BIM平臺還可通過對各類資源動態(tài)調(diào)整、合理配置，對各沖突矛盾的地方進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，精確計算工程量，實現(xiàn)全過程成本管控。

3.6各種結(jié)構(gòu)間的碰撞檢查

在三維模型中整合基坑周邊樁基、地鐵高架、支護(hù)系統(tǒng)和工程樁等結(jié)構(gòu)，快速核查基坑圍護(hù)樁與地鐵高架基礎(chǔ)及周邊工程樁之間的安全距離，可以直接在模型中修改設(shè)計，確保了后續(xù)的實際施工安全，提高了出圖效率并減少設(shè)計變更次數(shù)。

在進(jìn)行基坑內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的碰撞檢查時，可將相關(guān)結(jié)構(gòu)按構(gòu)件種類拆分，Revit軟件能夠較好地查找并顯示碰撞位置及碰撞結(jié)構(gòu)間的相對位置關(guān)系。

對U型槽、管廊、承臺、工程樁以及立柱樁等結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)碰撞及時修改、調(diào)整，避免將碰撞遺留到施工階段，產(chǎn)生不必要的損失。

3.7智能監(jiān)測

將BIM技術(shù)引入深基坑的監(jiān)測中，建立基坑、支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境以及測點模型，實時獲取基坑變形數(shù)據(jù)并導(dǎo)入模型，進(jìn)行分析并以可視化的形式呈現(xiàn)，實現(xiàn)基坑的智能監(jiān)測。

（1）布置基坑監(jiān)測測點，通過無人機(jī)、3D激光掃描儀、智能全站儀及光柵監(jiān)測等設(shè)備與技術(shù)自動獲取基坑變形數(shù)據(jù)。（2）將獲取到的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)利用物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)實時傳遞并導(dǎo)入已經(jīng)建立好的BIM模型，并與基坑相應(yīng)部位、測點相關(guān)聯(lián)，利用BIM4D技術(shù)，自動建立基坑不同時段的變形模型與云圖，直觀地展示其變形情況與趨勢，智能預(yù)測可能的變形曲線。（3）根據(jù)每個測點的允許變形閾值和變化速率閾值，分析評定其安全等級并及時反饋，若變形值和變化速率值超過閾值，則在模型和云圖上紅色高亮顯示，并報警提醒;若預(yù)測此處有較大風(fēng)險，則黃色高亮顯示，若正常則綠色顯示。（4）根據(jù)檢測分析結(jié)果對基坑進(jìn)行處理。

從上述分析可以看出，將BIM技術(shù)引入基坑監(jiān)測中，將原有的密布測點、間斷、滯后的監(jiān)測方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧s、實時及可視化的監(jiān)測方式。同時，隨著5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、終端（PC、移動）及深基坑智能監(jiān)測的融合必將更加深入與廣泛。

結(jié)語：

BIM技術(shù)是對傳統(tǒng)建筑施工和管理模式的創(chuàng)新，通過采用BIM技術(shù)可以將傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖紙變?yōu)榭梢暬娜S立體模型，并可以實現(xiàn)對施工方案的模擬預(yù)演。以本項目為例，基于BIM技術(shù)建立基坑地質(zhì)和開挖防護(hù)模型，得出以下結(jié)論。

（1）基于BIM技術(shù)搭建的地質(zhì)土層模型，直觀清楚的展示出工程地質(zhì)條件，并對基坑開挖進(jìn)行施工模擬，展示出基坑開挖全過程的變化和對周圍環(huán)境的影響程度，參建各方可以實現(xiàn)對模型數(shù)據(jù)的查閱共享，及時了解施工方案。

（2）相對于傳統(tǒng)的二維施工圖紙，BIM技術(shù)可以直觀形象的展示出工程設(shè)計的意圖和難點，并且在施工過程中提高設(shè)計交底和施工交底的效率，增加了各方的溝通交流效率，為工程項目順利實施提供了安全可靠保障。

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