多層內(nèi)支撐深基坑施工BIM技術(shù)應(yīng)用研究

盤競(jìng)

摘要：BIM技術(shù)目前是建筑工程項(xiàng)目當(dāng)中常用的技術(shù)類別，其構(gòu)建的信息模型能夠促使建筑項(xiàng)目獲取更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，展現(xiàn)出設(shè)計(jì)圖的可視化信息，并能夠有效模擬施工狀況。多層內(nèi)支撐深基坑施工中也同樣應(yīng)用了BIM技術(shù)，且在有限元分析軟件的作用下，充分呈現(xiàn)出深基坑支護(hù)的各項(xiàng)科學(xué)參數(shù)指標(biāo)。本文以濱海大道綜合改造工程為研究對(duì)象，分析該工程中的多層內(nèi)支撐深基坑施工在BIM技術(shù)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多層內(nèi)支撐;深基坑;BIM技術(shù);有限元分析

城市化進(jìn)程不斷加快，促使越來越多的市政改造工程處于規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，但因?yàn)槌鞘锌臻g比較有限，不少工程都開展基坑工程的方式來擴(kuò)展各項(xiàng)工程的作業(yè)空間。如今，多層深基坑工程已經(jīng)成為市政工程改造的主要工程類型，但基坑的支護(hù)工作卻促使施工隊(duì)伍面臨較大施工困難。BIM技術(shù)屬于一種可視化模型信息，是工程設(shè)計(jì)以及管理方面重要的信息工具，能夠?qū)⒍S信息轉(zhuǎn)化為三維立體信息，促使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)支撐體系過程中多次模擬施工情況，并在發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題以后，及時(shí)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，確保深基坑的支護(hù)效果滿足多層深基坑施工要求。

1 工程案例概述

1.1 工程位置及設(shè)計(jì)概況

某城市快速主干道下沉改造工程位于濱海回填區(qū)，下沉段總長(zhǎng)1.56km，設(shè)雙向8車道，基坑開挖深度0～34.5m，最寬處80.6m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)開挖深度不同采用鉆孔樁+止水帷幕、地下連續(xù)墻等結(jié)構(gòu)形式，設(shè)一道～七道支撐，其中第一道～第三道支撐采用混凝土支撐，其余采用鋼管撐?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面圖見圖1-1所示。

1.2 地質(zhì)信息

工程所在地段原始地貌為濱海灘涂，后經(jīng)填方建成為市政快速干道，現(xiàn)場(chǎng)地地勢(shì)平坦，地下水較豐富，下伏基巖為巖漿巖，中上部為填土、填砂、填石、淤泥等巖土體覆蓋，厚度較大，上覆地層整體性狀較差，受構(gòu)造因素影響，場(chǎng)地尚存在風(fēng)化深槽、巖面起伏及巖石差異風(fēng)化明顯。沿線地形較平坦，下沉改造段地面高程4.30～5.30m。線路南邊約100m即為海灣，灣內(nèi)縱深約14km，平均寬度約7.5km;水面隨潮汐變化，海水側(cè)向補(bǔ)給，對(duì)下沉段隧道（基坑）的開挖影響較大。

2 BIM技術(shù)在本次多層內(nèi)支撐深基坑施工中的具體應(yīng)用

2.1 基于BIM技術(shù)的模型構(gòu)建

深層基坑支護(hù)過程中，將BIM技術(shù)引入到設(shè)計(jì)及施工環(huán)節(jié)，需要構(gòu)建關(guān)于基坑支護(hù)模型、地質(zhì)模型以及土方開挖模型等，根據(jù)Revit Structure所提供的墻、梁以及柱等信息，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的支護(hù)樁、對(duì)撐和角撐，此時(shí)軟件功能能夠?qū)⒒又ёo(hù)模型當(dāng)中的各類信息均顯示出來，不僅能夠展現(xiàn)出各類構(gòu)件的內(nèi)外信息，也能夠呈現(xiàn)出模型創(chuàng)建原理[1]。例如，土方開挖模型中可以根據(jù)各類信息進(jìn)行開挖時(shí)間的推算。此時(shí)施工隊(duì)伍在獲取相關(guān)信息以后，遵從BIM技術(shù)所演化出的時(shí)間信息制定合理的施工方案，確保施工進(jìn)度控制能夠滿足施工需求[2]。

2.2 多層內(nèi)支撐深基坑施工程序可視化模擬

在完成模型構(gòu)建以后，也需要采用Naxiswords來進(jìn)行工程模擬，根據(jù)BIM信息模型所呈現(xiàn)出的各類數(shù)據(jù)，展開深層基坑支護(hù)施工的供需模擬，從該模擬系統(tǒng)當(dāng)中了解各個(gè)工程環(huán)節(jié)需要施工的工程面以及施工期間需要花費(fèi)的時(shí)間，或者是了解在特定的施工時(shí)間里能夠完成的工程量情況。該模擬工程中還能夠檢查鉆孔灌注樁的施工情況是否存在和其他施工工序之間的沖突情況，明確施工順序之間是否合理。此時(shí)可以根據(jù)施工模擬結(jié)果來制定輔助決策，確保輔助決策能夠滿足對(duì)施工進(jìn)度控制的管理需求，避免實(shí)際施工階段可能存在的供需沖突情況?？梢哉f，在BIM模型的可視化作用下，多層深基坑支護(hù)工程施工的設(shè)計(jì)圖紙被轉(zhuǎn)化為可視化模型，施工人員在多次工序模擬情況下更加熟悉施工流程。

2.3 BIM有限元分析

在開始進(jìn)行有限元分析之前，需要先根據(jù)BIM技術(shù)需求構(gòu)建物理模型，從而同時(shí)構(gòu)建結(jié)構(gòu)分析模型，在Rwvit軟件當(dāng)中進(jìn)行模型類別以及分析模型類別的視圖顯示，此時(shí)濱海大道綜合改造工程的多層深基坑支護(hù)工程信息將被顯示出來，并且在軟件當(dāng)中進(jìn)行簡(jiǎn)化分析。在創(chuàng)建模型以后，能夠了解支護(hù)體系當(dāng)中的抗彎剛度以及支護(hù)樁轉(zhuǎn)換參數(shù)等。

完成模型構(gòu)建以后，也需要設(shè)置本次結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊界條件，在軟件當(dāng)中將邊界條件輸入進(jìn)去，從而形成結(jié)構(gòu)約束形式，而BIM軟件則可以將邊界條件傳遞到模型當(dāng)中，并且分析出本次支撐體系當(dāng)中的鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系參數(shù)，了解其鉆孔灌注樁以及蓋梁情況，在將上述要素看做線彈性體的情況下，采用三維空間展開分析，從而了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際參數(shù)指標(biāo)。該指標(biāo)的形成能夠?yàn)閷?shí)際施工階段鉆孔灌注樁施工等提供指導(dǎo)作用。

采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 ，可以通過 Rolo 計(jì)算土體及基坑周邊物料堆載對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向壓力。采用 Rlho 計(jì)算土壓力時(shí)，可以根據(jù)需要選擇土壓力的作用方式為“板”或“桿”，在選擇作用方式為“板”的情況下可以自定義荷載作用的面域 ，有利于添加不規(guī)則面域的荷載。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，本項(xiàng)目地質(zhì)條件較復(fù)雜，而Robo 提供了自帶的土壤數(shù)據(jù)庫 ，可以在土壤數(shù)據(jù)庫中選取相應(yīng)土層并進(jìn)行土層信息編輯。

除了結(jié)構(gòu)載荷以外，還需要展開BIM-Robot計(jì)算，在上述土壓力添加方式下，可以借助BIM結(jié)構(gòu)分析軟件來進(jìn)行模型構(gòu)建，并在該軟件的幫助下減少模型構(gòu)建過程中的工作量，針對(duì)模型的結(jié)構(gòu)展開簡(jiǎn)要分析，從而利用BIM技術(shù)來明確本次工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)指導(dǎo)。例如，在了解模型的便捷條件以后，需要將土層信息輸入到Robot當(dāng)中，然后將載荷應(yīng)用的對(duì)象列表輸入進(jìn)去，明確此次工程中支護(hù)樁的壓力載荷情況。此時(shí)可以在菜單欄中找到“分析”，然后在不同的分析模型下針對(duì)分析對(duì)象展開網(wǎng)絡(luò)劃分計(jì)算。此時(shí)BIM結(jié)構(gòu)分析軟件將會(huì)把計(jì)算結(jié)果以彩圖的方式展現(xiàn)出來，促使設(shè)計(jì)人員了解該工程中的支護(hù)樁數(shù)值以及等值線情況。而具體施工階段則可以觀察彩圖情況，明確位移狀態(tài)以及剪切力情況，從而調(diào)整開挖深度，確保施工安裝以及后續(xù)養(yǎng)護(hù)均具備明確目標(biāo)。

3結(jié)束語

綜上所述，城市發(fā)展對(duì)土木建工的施工技術(shù)要求不斷提升，為滿足城市改造需求，土建工程中需要考慮采用更加先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。此次研究BIM技術(shù)在濱海大道綜合改造項(xiàng)目中多層深基坑支護(hù)中的應(yīng)用，能夠了解到該技術(shù)所構(gòu)建的模型對(duì)整個(gè)深基坑支護(hù)工程所起到的指導(dǎo)和服務(wù)效果，能夠明確具體的施工參數(shù)，還能夠開展施工順序模擬，將原本抽象化的參數(shù)轉(zhuǎn)化為可視化的圖像，確保施工人員加深對(duì)本次工程工序的認(rèn)知，完善工序的同時(shí)，也確保施工進(jìn)度得以控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂紅魁. 多層內(nèi)支撐深基坑施工BIM技術(shù)應(yīng)用分析[J]. 中華建設(shè)， 2019（7）：22-25.

[2]倪金華， 李元， 程淑珍，等. BIM技術(shù)在復(fù)雜深基坑碰撞檢查中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)， 2019（10）：12-13.

（作者單位：深圳地鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司）