BIM 技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用研究

張帥

(北京中兵巖土工程有限公司，北京　100053)

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BIM 技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用研究

張帥

(北京中兵巖土工程有限公司，北京100053)

摘要:簡(jiǎn)述了BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用流程，從支護(hù)方案設(shè)計(jì)、協(xié)同與深化設(shè)計(jì)、碰撞檢查等方面，介紹了BIM技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用，并提出了一些深基坑中應(yīng)用BIM技術(shù)的建議，以最大限度地發(fā)揮BIM技術(shù)的作用。

關(guān)鍵詞:BIM技術(shù)，深基坑，數(shù)字模型

0　引言

作為高層建筑工程中的重要組成部分，深基坑工程本身具有地質(zhì)條件影響明顯、施工條件復(fù)雜以及專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，若忽視做好規(guī)劃設(shè)計(jì)與施工管理工作，極易對(duì)建筑整體質(zhì)量帶來(lái)不利影響。這就要求將BIM技術(shù)引入其中，其本身作為數(shù)據(jù)化工具，對(duì)工程設(shè)計(jì)與施工等控制可起到明顯作用。但如何使BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，又成為困擾大多項(xiàng)目單位技術(shù)應(yīng)用的難題。因此，本文對(duì)深基坑工程中BIM技術(shù)的運(yùn)用研究，具有十分重要的意義。

1　BIM技術(shù)相關(guān)概述

關(guān)于BIM技術(shù)，其主要指在三維數(shù)字技術(shù)指導(dǎo)下進(jìn)行數(shù)字模型的構(gòu)建，并利用該數(shù)字模型對(duì)整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工或管理進(jìn)行指導(dǎo)。該模型中會(huì)將所有工程信息融入其中，貫穿于建筑全生命周期內(nèi)，如圖1所示為BIM技術(shù)路線圖。

從BIM技術(shù)應(yīng)用特征看，集中表現(xiàn)在:

第一，信息集成。由于該技術(shù)運(yùn)用下強(qiáng)調(diào)進(jìn)行三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，其區(qū)別于以往二維設(shè)計(jì)方式，可為技術(shù)人員在建筑物信息模擬方面提供支撐。如構(gòu)件連接形式、構(gòu)件空間關(guān)系以及荷載情況等，都可利用三維模型進(jìn)行模擬。加上三維設(shè)計(jì)下可使各建筑節(jié)點(diǎn)都得以明確，更為建筑設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

第二，工作協(xié)同性。技術(shù)應(yīng)用中強(qiáng)調(diào)做好平臺(tái)構(gòu)建工作，旨在使所有參建主體如施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位以及業(yè)主等進(jìn)行信息溝通，對(duì)施工效率的提升與施工質(zhì)量保障可起到明顯作用。而且BIM技術(shù)中也涉及碰撞檢查策略，其要求對(duì)各系統(tǒng)如管線系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等是否有沖突問(wèn)題進(jìn)行判斷，這樣在各專(zhuān)業(yè)溝通強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，促進(jìn)設(shè)計(jì)水平的提高。

最后，工作關(guān)聯(lián)性。由于BIM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)本身以模型作為依托，模型中所有信息內(nèi)容都存在一定關(guān)聯(lián)性，這樣在建筑內(nèi)容出現(xiàn)變更時(shí)，可通過(guò)模型中信息的改變完成變更查看與分析等工作，無(wú)需重新處理相關(guān)圖紙，所以BIM技術(shù)既可為施工質(zhì)量提供保障，也有利于成本的控制［1］。

圖1　BIM技術(shù)應(yīng)用路線圖

2　深基坑工程中BIM技術(shù)應(yīng)用分析

2．1支護(hù)方案設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)

深基坑工程設(shè)計(jì)前期需做好勘察工作，將勘察得到的結(jié)果與現(xiàn)有資料等進(jìn)行結(jié)合，完成環(huán)境模型構(gòu)建過(guò)程，此時(shí)BIM技術(shù)的運(yùn)用強(qiáng)調(diào)將地基基礎(chǔ)、地下管線、周邊構(gòu)筑物以及地質(zhì)情況融入到模型中，在此基礎(chǔ)上確定基坑支護(hù)方案。其中的基坑支護(hù)體系在BIM技術(shù)運(yùn)用下主要以三維實(shí)體模型的形式展現(xiàn)出來(lái)，設(shè)計(jì)人員與業(yè)主等參建單位可直接通過(guò)該模型，對(duì)其中的建筑物、管線以及道路等進(jìn)行觀察，若發(fā)現(xiàn)有設(shè)計(jì)問(wèn)題存在，可直接在模型中整改并驗(yàn)證，可視化效果極為明顯，對(duì)設(shè)計(jì)與施工起到一定的指導(dǎo)作用［2］。

2．2協(xié)同與深化設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)

作為深基坑設(shè)計(jì)的主要難題，協(xié)同設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)將所有基坑、基礎(chǔ)、建筑與結(jié)構(gòu)內(nèi)容引入其中。在BIM技術(shù)應(yīng)用下，可直接使所有內(nèi)容集中在同一平臺(tái)中，設(shè)計(jì)人員可結(jié)合自身設(shè)計(jì)要求進(jìn)行BIM模型的構(gòu)建，保證在中心文件、BIM模型可相互鏈接，這樣其他專(zhuān)業(yè)也可對(duì)該模型進(jìn)行查看，有利于設(shè)計(jì)變更問(wèn)題的有效控制。另外，以往基坑設(shè)計(jì)中所采用的方式多表現(xiàn)在平面設(shè)計(jì)方面，一旦遇到具體構(gòu)件設(shè)計(jì)或復(fù)雜節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，將面臨極大的難題。而在BIM軟件應(yīng)用下，將直接采取參數(shù)化設(shè)計(jì)形式，使復(fù)雜構(gòu)件以新組件的形式呈現(xiàn)。與CAD塊文件相似，該組件可直接在模型中進(jìn)行布置，或者利用參數(shù)調(diào)整方式對(duì)材料總量進(jìn)行分析，可滿足施工成本控制要求。

2．3碰撞檢查策略的運(yùn)用

在BIM技術(shù)中，應(yīng)用較為廣泛的便以碰撞檢查策略為主，其對(duì)于深基坑工程設(shè)計(jì)水平的提升能夠起到明顯效果。盡管與超高層建筑設(shè)計(jì)相比，基坑工程無(wú)需考慮到梁與柱、管線與管線等碰撞情況，然而也有較多如地下室結(jié)構(gòu)與格構(gòu)柱、工程樁與立柱樁、格構(gòu)柱與立柱樁等問(wèn)題。因此，將碰撞檢查策略引入其中，對(duì)這些空間位置關(guān)系進(jìn)行描述，可為設(shè)計(jì)人員提供相應(yīng)的參考指導(dǎo)。同時(shí)，不同專(zhuān)業(yè)都可隨時(shí)針對(duì)模型中的問(wèn)題進(jìn)行溝通，有利于設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升［3］。

2．4施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用

由于基坑工程本身具有一定的特殊性，如豎向支撐體系、場(chǎng)地或環(huán)境等，都可能影響施工質(zhì)量，所以基坑設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格做好土方開(kāi)挖方案編制工作，如車(chē)道設(shè)計(jì)問(wèn)題、開(kāi)挖順序以及出口土布置等。此時(shí)在BIM技術(shù)應(yīng)用下可采取4D模擬措施，通過(guò)模擬施工工程，判斷施工方案是否存在問(wèn)題。本文在研究中主要選取某工程作為實(shí)例。該基坑在深度、長(zhǎng)度與寬度上分別保持為23．1 m，123 m，63 m，其中有部分位置可達(dá)到24．1 m深度。在支護(hù)中強(qiáng)調(diào)以鉆孔灌注樁、連續(xù)墻為主，且配合四道內(nèi)支撐，以此達(dá)到支護(hù)目的［4］。在BIM技術(shù)應(yīng)用下，主要考慮在三維設(shè)計(jì)中引入Revit Structure，Redvit Architecture等軟件，并進(jìn)行相關(guān)模型的構(gòu)建，其中支護(hù)結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

該模型構(gòu)建結(jié)束后便可以將Revit中碰撞檢查策略引入，對(duì)布置后的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，判斷其與其他結(jié)構(gòu)相沖突的情況，做好調(diào)整工作。同時(shí)，考慮到該工程場(chǎng)地限制問(wèn)題，主要需要保證最大坡度要求得以滿足的同時(shí)，使基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)高保持合理。若利用二維圖紙，很難對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行具體描述，而在Revit應(yīng)用下進(jìn)行三維模型構(gòu)建，可使土方開(kāi)挖方案更為合理。另外，在深化設(shè)計(jì)中需要做好復(fù)雜節(jié)點(diǎn)分析工作，比如綴板族模型圖的構(gòu)建，可以通過(guò)Revit實(shí)現(xiàn)，具體如圖3所示。這樣在所有模型合理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，便可用于整個(gè)工程設(shè)計(jì)與施工指導(dǎo)。

3　深基坑工程中BIM技術(shù)應(yīng)用相關(guān)建議

盡管深基坑工程中BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯，但仍需注意較多相關(guān)問(wèn)題，具體包括:第一，BIM團(tuán)隊(duì)問(wèn)題。技術(shù)應(yīng)用下要求BIM團(tuán)隊(duì)發(fā)揮重要作用，可由BIM工程師、管理員作為主體，其中工程師職責(zé)在于模型構(gòu)建，而管理員負(fù)責(zé)專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)、計(jì)劃實(shí)施、模型合并等工作。這樣在BIM團(tuán)隊(duì)作用發(fā)揮的基礎(chǔ)上，可使基坑工程中的BIM技術(shù)應(yīng)用取得更為明顯的效果。第二，族庫(kù)構(gòu)建問(wèn)題。BIM技術(shù)應(yīng)用中族庫(kù)的構(gòu)建極為重要，要求其將具體的族文件融入族庫(kù)中，這樣設(shè)計(jì)人員在建筑模型構(gòu)建中可直接從族庫(kù)中獲取需要的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。除此之外，深基坑工程中的BIM技術(shù)應(yīng)用還需充分考慮到軟件選用問(wèn)題，如國(guó)外較多軟件應(yīng)用下，很可能面臨建筑規(guī)范差異、單位制式差異以及設(shè)計(jì)習(xí)慣差異等問(wèn)題。以Revit軟件為例，盡管其在深基坑模型構(gòu)建中效果較為明顯，但若與其他如AutoCAD等軟件對(duì)比，在靈活程度上較差，且族庫(kù)中的族文件也很難與大多深基坑工程設(shè)計(jì)要求相吻合。因此，深基坑工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用，需保證合理選擇應(yīng)用軟件［5］。

圖2　基于BIM技術(shù)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型

圖3　綴板組文件模型

4　結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代深基坑工程設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量提升的重要途徑。實(shí)際引入BIM技術(shù)中，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)技術(shù)的基本內(nèi)涵與優(yōu)勢(shì)，保證其在支護(hù)方案設(shè)計(jì)、協(xié)同與深化設(shè)計(jì)、施工過(guò)程模擬以及系統(tǒng)檢查等方面發(fā)揮重要作用。同時(shí)，BIM技術(shù)應(yīng)用下，還需考慮到BIM團(tuán)隊(duì)、族庫(kù)構(gòu)建以及相關(guān)軟件選用等問(wèn)題，這樣才能使BIM技術(shù)應(yīng)用效果得到最大程度發(fā)揮，推動(dòng)深基坑工程設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的提高。

參考文獻(xiàn):

［1］慕冬冬，付晶晶，胡正歡，等．BIM技術(shù)在深基坑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．施工技術(shù)，2015(S1):773-776．

［2］朱宇波，許磊，楊利寧，等．BIM技術(shù)在上海來(lái)福士廣場(chǎng)項(xiàng)目深基坑工程中的應(yīng)用［J］．城市住宅，2015(11):113-115．

［3］潘珂．基于BIM技術(shù)深基坑工程信息化施工管理平臺(tái)研究［D］．南寧:廣西大學(xué)，2015．

［4］ 賈善濤．基于BIM技術(shù)的超大深基坑進(jìn)度管理研究［D］．青島:青島理工大學(xué)，2015．

［5］ 張衛(wèi)，陳善民．新型支護(hù)技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用［J］．施工技術(shù)，2015(1):40-42，45．

中圖分類(lèi)號(hào):TU463

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-6825(2016)17-0080-02

收稿日期:2016-04-07

作者簡(jiǎn)介:張帥(1989-)，男，助理工程師

On application of BIM technique in deep foundation pit projects

Zhang Shuai
(Beijing Zhongbing Geotechnical Engineering Co．，Ltd，Beijing 100053，China)

Abstract:The paper indicates the application procedure for BIM technique in the architectural projects，introduces its application in deep foundation pit projects from the support scheme design，coordinative and deepened design，and collision check，and points out some suggestions for its application in the deep foundation pits，so as to exert the technique role maximally．

Key words:BIM technique，deep foundation pit，digital model