BIM 技術(shù)在房屋建筑工程中的地基技術(shù)研究

李想

0 引言

將先進(jìn)的BIM 技術(shù)應(yīng)用于房屋建筑工程項目當(dāng)中，更有利于促進(jìn)地基施工技術(shù)朝著成熟化的方向發(fā)展。在房建地基施工中，BIM 技術(shù)貫穿于規(guī)劃、設(shè)計和施工建造的整個過程，不僅可以通過三維參數(shù)和可視化模型完美地表達(dá)設(shè)計創(chuàng)意，而且能高效解決地基施工中的空間布置和交叉施工問題。在BIM 技術(shù)的幫助下，可以優(yōu)化和完善地基施工方案，及時解決地基施工當(dāng)中的復(fù)雜化問題，并通過三維建模及施工模擬等功能，發(fā)現(xiàn)施工設(shè)計中的問題并提前解決，從而更好地保障地基方案設(shè)計的合理性和實施效果，確保整個房屋建筑的質(zhì)量和安全，推動建筑行業(yè)高速發(fā)展。

1 分析BIM 技術(shù)在房屋建筑工程中地基技術(shù)的應(yīng)用價值

（1）與CAD 二維設(shè)計技術(shù)相比，BIM 技術(shù)的強大功能可以在地基施工中的每一個環(huán)節(jié)都得到具體體現(xiàn)和實際應(yīng)用。地基施工環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜，圖紙設(shè)計或表述不清，都可能影響到讀圖和施工技術(shù)的應(yīng)用，而且在施工階段遇到問題后往往還需要進(jìn)行設(shè)計變更。在基于BIM 技術(shù)的三維可視化、碰撞檢測、施工模擬等功能的協(xié)調(diào)作下，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中可能存在的問題，進(jìn)而提前進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，采取有效的預(yù)防處理措施，避免施工中的設(shè)計變更，從而讓每一個施工階段的獨立作業(yè)都會更加順利和完善。

（2）基于BIM 模式，地基施工管理可以實現(xiàn)信息創(chuàng)建、信息管理和信息共享的數(shù)字化模式，可以對量、價、施工進(jìn)度、資源調(diào)配等進(jìn)行更加有效的動態(tài)控制。而且各單位之間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)及時共享，更有利于相互協(xié)調(diào)作業(yè)。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于房屋建筑工程地基處理階段，首先會從勘察環(huán)節(jié)入手，結(jié)合Revit 系統(tǒng)建立地基地質(zhì)模型，再結(jié)合地質(zhì)模型與施工環(huán)節(jié)的關(guān)系進(jìn)行分析，保障分析結(jié)果的全面性。

1.1 地質(zhì)模型的應(yīng)用

（1）在建立的BIM 模型中，可以同時對各個巖層當(dāng)中所包含的土石方、淤泥工程量進(jìn)行直接計算，保障了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和完整性。而且可以針對土方、石方以及淤泥量等基礎(chǔ)參數(shù)，按照不同的單價，進(jìn)行工程造價預(yù)算，管理者可以結(jié)合工程造價的預(yù)算情況，提前采取有針對性的管理和控制措施，以提高工程造價管理的有效性。

（2）在BIM 三維模型中，可以對巖層的走向等進(jìn)行直觀的分析，從而有利于施工方案的科學(xué)制定。例如：在土方開挖過程中，可通過BIM 模型對淤泥層的走向進(jìn)行觀察判斷，從而有利于土方開挖順序方案的制定和開挖總體深度的把控。在房屋地基施工過程中，土方開挖是非常重要的一個施工環(huán)節(jié)，而且需要大型的機(jī)械設(shè)備參與施工作業(yè)，所以對初次開挖深度的把控非常關(guān)鍵，有了BIM 模型的支持，就能直觀準(zhǔn)確地進(jìn)行分析，給大型機(jī)械的進(jìn)場和施工技術(shù)方案的制定提供更多可靠的參考依據(jù)。又比如在分析斜巖的過程中，BIM 可以幫助施工人員全面判定入巖的實際情況，在進(jìn)行錘擊樁和靜壓樁施工工藝時，可以更加合理地刪選入巖方法。

1.2 基坑地質(zhì)模型

針對常規(guī)類型的地質(zhì)報告情況來說，通常是從風(fēng)化的巖面區(qū)域入手，借助等高圖或者柱狀圖的形式，可以充分表達(dá)多個層級的地質(zhì)情況。在研讀地質(zhì)情況的過程中，由于常規(guī)類型的地質(zhì)報告可讀性相對較差，需要設(shè)計人員和施工人員發(fā)揮出充分的想象能力，基于細(xì)致化的層面，才能全方位地解讀每個環(huán)節(jié)的地質(zhì)情況。在地基施工中，明確地質(zhì)中各巖層的總體走向是非常重要的，但在常規(guī)類型的地質(zhì)報告中，是無法直接掌握這些重要信息的，這就導(dǎo)致常規(guī)類型的地質(zhì)報告效用性不強。BIM 在使用三點成面技術(shù)的過程中，能夠針對常規(guī)類型的地質(zhì)報告進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將其變化為以數(shù)字化和形象化為主的三維地質(zhì)模型，這就非常有利于觀察圖形當(dāng)中的任意一個剖切面，在充分掌握地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，還能為分析任意層的巖土分布情況提供技術(shù)支持，保障巖土走向探討的明確性，如圖1～圖3所示。

圖1 鉆孔模型

圖2 覆蓋層、風(fēng)化層等地質(zhì)界面

圖3 鉆孔模型疊加地質(zhì)界面形成地質(zhì)模型

1.3 與其他模型之間的結(jié)合應(yīng)用

（1）可以針對基坑支護(hù)模型與樁基礎(chǔ)模型進(jìn)行整合，有利于分析后期拆除支撐以及地下室施工作業(yè)之間的關(guān)聯(lián)性，從BIM 模型中發(fā)現(xiàn)并及時掃清施工階段可能會出現(xiàn)的問題和障礙，有效提高后期施工效率。

（2）在建立地基支護(hù)模型過程中，同步建立樁基礎(chǔ)模型，通過對地質(zhì)模型與樁基礎(chǔ)模型的全面整合，將地質(zhì)模型疊加到樁基礎(chǔ)模型當(dāng)中，嚴(yán)格按照設(shè)計方案的具體要求，借助BIM 模型的形式，可以全方位地檢查每一根樁基的入巖情況，結(jié)合模型對每一根樁體的樁長進(jìn)行計算，保障最終計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用傳統(tǒng)工藝計算樁長時，通常是結(jié)合施工區(qū)域的平均巖層深度進(jìn)行粗略的計算得到長度數(shù)據(jù)，這種方式得到的結(jié)果并不精確。然而在BIM 技術(shù)的支持下，不僅計算過程更簡單，而且對樁體樁長的計算結(jié)果也更精確，不僅可以準(zhǔn)確掌握樁體的入巖深度，實現(xiàn)施工質(zhì)量管理的精細(xì)化，而且也更有利于工程造價成本的合理控制。比如對于預(yù)應(yīng)力管樁施工作業(yè)來說，樁長計算結(jié)果的精準(zhǔn)性，不僅有利于配裝作業(yè)的順利實施，而且可以在最大程度上減少工程資源的浪費。

2 分析BIM 技術(shù)在房屋建筑工程地基施工環(huán)節(jié)的有效應(yīng)用

2.1 三維模型可視化應(yīng)用

在進(jìn)行房屋地基施工設(shè)計的過程中，傳統(tǒng)的CAD 施工圖紙設(shè)計為平面二維圖紙，難以站在多個不同的角度，針對工程項目的建設(shè)要求進(jìn)行觀察。如果要更好的讀懂圖紙，就需要相關(guān)技術(shù)人員具備很強的三維構(gòu)圖能力。二維設(shè)計圖紙的局限性，使得一般技術(shù)人員無法根據(jù)圖紙對工程項目中的構(gòu)件進(jìn)行定位，也不利于相關(guān)人員的溝通，給后期的地基施工作業(yè)帶來很多的不便，稍有不慎則可能帶來較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

BIM 三維建模技術(shù)，以數(shù)字化和可視化的優(yōu)勢和效用，將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維視覺，并且可以將模型文件導(dǎo)入相關(guān)的模擬軟件，對施工過程進(jìn)行動畫模擬演示，為地基施工提供可靠的技術(shù)支持。工程建設(shè)人員可以借助BIM 三維立體視圖的形式，充分展示工程建設(shè)要點，并清晰了解到各部分結(jié)構(gòu)和構(gòu)件之間的聯(lián)系，如圖4 所示。在分析空間位置關(guān)系的過程中，能夠基于整體性的形式，獲取與房屋建筑工程項目相關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息。并結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，將其與三維模型進(jìn)行對比，及時找出施工階段可能會存在的問題和不足，并針對工程項目設(shè)計方案做進(jìn)一步的優(yōu)化和完善，有效提高房屋地基施工作業(yè)的實施效率。

圖4 某項目基坑支護(hù)與地下室結(jié)構(gòu)模型

對于三維模型當(dāng)中的各項構(gòu)件來說，由于此類構(gòu)件相互關(guān)聯(lián)性強，并且具有整體性特征。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計變更等情況時，若某一結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)參數(shù)出現(xiàn)了變動問題，那么此時其他構(gòu)件參數(shù)也會隨之發(fā)生改變。借助BIM 軟件的功能，可以實現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)的自動調(diào)整，從而滿足房屋建筑結(jié)構(gòu)配件的整體性需求。

2.2 實現(xiàn)物料跟蹤自動化管理目標(biāo)

為了保證房屋地基施工質(zhì)量的可控性和可追溯性，確保房屋建筑工程項目的質(zhì)量可靠，需要在施工過程中對所使用的建筑材料進(jìn)行記錄，并且保證記錄結(jié)果的全面性和完整性。在使用BIM 技術(shù)的過程中，結(jié)合房屋地基工程的實際情況，構(gòu)建以建筑材料為主的三維參數(shù)模型，確保在施工階段所需用的全部材料都能夠被記錄于三維模型當(dāng)中，采取直接記錄的方法，形成更加完善的物料管理工作系統(tǒng)。當(dāng)房屋建筑工程地基施工作業(yè)在實施階段遇到了突發(fā)性的安全、質(zhì)量事故時，可以及時調(diào)取數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的相關(guān)記錄，進(jìn)行物理追蹤，有了充足的參考數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)，就能及時找出發(fā)生故障問題的所在區(qū)域，及時發(fā)現(xiàn)故障出現(xiàn)的原因，采取有針對性的處理措施，及時解決問題并實現(xiàn)對不良糾紛問題的合理規(guī)避。

2.3 材料工程量自動統(tǒng)計

工程材料供給與整體施工進(jìn)度之間有著緊密聯(lián)系。保障材料供給的合理性，一方面可為施工進(jìn)度提供保障，另一方面也可以提高資源配置水平，提升對建設(shè)資金的利用效率。通過BIM 技術(shù)，可以整合相對復(fù)雜的資源數(shù)據(jù)和信息，借助Revit等相關(guān)軟件創(chuàng)建項目結(jié)構(gòu)模型，生成不同部位材料明細(xì)表，并自動導(dǎo)入Excel 表格進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，統(tǒng)計出工程材料的用量，為后續(xù)現(xiàn)場施工作業(yè)材料用量的管控具有重要指導(dǎo)意義。如在統(tǒng)計地基施工的混凝土耗用量時，可以通過Revit 軟件創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)模型，按照不同等級、不同部位生成明細(xì)，然后導(dǎo)入Excel 表格整理統(tǒng)計出各種等級混凝土的具體需求量。在進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件采購時，采購人員只需要將與工程構(gòu)件相關(guān)的三維模型發(fā)送給廠家，廠家就能夠通過線上形式了解到相關(guān)構(gòu)件信息和需求量，并有針對性地展開產(chǎn)品設(shè)計和制造。

3 基于BIM 技術(shù)提升房屋建筑工程地基技術(shù)水平的有效措施

3.1 將BIM 技術(shù)應(yīng)用于地基項目質(zhì)量管理階段

在開展房屋地基項目施工作業(yè)時，需要突出質(zhì)量管理工作的優(yōu)勢和效用，不僅需要從整體角度出發(fā)深入了解施工質(zhì)量相關(guān)狀況，還需要從局部層面的施工程序入手，對施工過程加以分析，要基于動態(tài)化的形式加大對施工操作環(huán)節(jié)的控制力度，突出質(zhì)量管理體系建設(shè)的有效作用。

在應(yīng)用Revit 建模方法的過程中，需要基于全面化的形式，分析房屋建筑地基項目的設(shè)計資料和相關(guān)信息，借助BIM 技術(shù)的可視化功能和信息共享優(yōu)勢促進(jìn)施工階段參建主體的溝通和交流，加強施工人員和技術(shù)人員之間的緊密聯(lián)系，使其能夠更好地相互配合協(xié)同，促進(jìn)施工過程的順利進(jìn)行。地基施工作業(yè)需要涉及土方開挖、樁基礎(chǔ)、混凝土等施工單位之間的共同作業(yè)，這就需要基于直觀性的角度，打造與房屋地基項目相關(guān)的建筑模型。并借助BIM 技術(shù)的模擬演示作用和碰撞檢測功能，為各專業(yè)操作流程和施工作業(yè)提供明確指導(dǎo)。

BIM 技術(shù)可構(gòu)建三維空間模型，將地基施工階段所需要參考的圖紙信息予以緊密聯(lián)系，將地基工程的整體效果以完整的形式呈現(xiàn)給施工人員，施工人員不僅可以觀察地基施工作業(yè)的過程和設(shè)計效果，還能借助準(zhǔn)確的材料指導(dǎo)信息，進(jìn)一步優(yōu)化和完善流程管理圖，保障工程的建設(shè)質(zhì)量，提高地基技術(shù)的應(yīng)用水平。

3.2 將BIM 技術(shù)應(yīng)用于地基項目安全管理階段

在開展房屋地基施工項目的安全管理時，需要結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，做好施工過程的動態(tài)管理，促進(jìn)安全管理工作的有效落實，要從質(zhì)量、進(jìn)度以及成本管理等方面的內(nèi)容入手，在明確三者緊密聯(lián)系的情況下，采取有針對性的施工管控措施，發(fā)揮出地基項目安全管理體系的優(yōu)勢和效用。可借助BIM 模型的建立形式，通過對此類模型的合理應(yīng)用，結(jié)合地基施工現(xiàn)場的實際情況，制定項目進(jìn)度計劃、3D 綜合信息模擬、4D 施工過程模擬、動態(tài)空間需求分析、動態(tài)安全需求分析等等，通過模擬使施工人員和設(shè)計人員對現(xiàn)場可能會存在的安全、質(zhì)量隱患加以分析。在綜合考慮的基礎(chǔ)上，制定更加切實可行的安全管理工作措施，做好有針對性的管理指導(dǎo)，保障管理措施編制的科學(xué)性，以有效掌控地基施工過程的安全。

4 結(jié)語

在房屋地基施工中借助BIM 技術(shù)打造三維地質(zhì)模型，可對充分還原地質(zhì)狀況，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化和完善相關(guān)方案內(nèi)容，保障地基處理方案的科學(xué)合理性。BIM 技術(shù)為地基施工作業(yè)的開展提供了便利性技術(shù)支持，通過模型演示、碰撞檢測等功能可及時發(fā)現(xiàn)地基處理階段可能會出現(xiàn)的安全和質(zhì)量風(fēng)險問題，并且在動態(tài)管理、材料管理、成本控制方面都有很高的實用價值，為項目的精細(xì)化管理提供了重要的技術(shù)支撐。