BIM技術在基坑設計中的應用

張春輝 武文娟 宋 楊

(中國兵器工業北方勘察設計研究院有限公司，河北 石家莊 050000)

BIM技術在基坑設計中的應用

張春輝 武文娟 宋 楊

(中國兵器工業北方勘察設計研究院有限公司，河北 石家莊 050000)

簡述了深基坑工程包含的主要工作內容，基于傳統基坑設計方法的缺點，論述了BIM技術在基坑設計中的優勢，并探討了基坑設計中BIM模型的創建及信息交換共享技術，指出BIM技術有效提高了基坑工程的施工效率。

深基坑，BIM技術，計算模型，數據庫

0 引言

BIM是建筑信息模型的簡稱，即Building Information Modeling，20世紀70年代該技術由美國喬治亞理工大學的查克伊士曼博士首次提出[1]，隨后由歐特克公司于2002年正式提出。BIM技術目前在國際各行業得到認可，尤其實現了建設工程行業的可持續設計。BIM是直接將信息化技術應用于建筑行業，首先需要根據工程建筑項目的相關數據建立模型，通過數字信息對建筑物的真實信息進行仿真模擬。該技術將貫穿建筑項目的始終，各階段的所有信息(設計階段、施工階段、運營階段直至建筑物生命的終結)都將通過三維模型將其集合于數據庫中，同時基于BIM該建筑項目不同部門工作人員可以協同工作，防止出現信息孤島，從而提升工作效率、節約資源、實現建筑與信息科技的融合[2]。

深基坑工程主要包括設計、施工以及監測三部分的內容，同時基坑的設計、施工以及監測也是影響工程整體質量的關鍵因素。目前我國基礎建設迅速發展，基坑工程呈現出面積大、深度大、施工周期長以及場地環境復雜的特點，這就給建筑項目建設提出了更高的要求：設計多個建筑方案，對其技術經濟進行比較；較復雜的荷載情況，需要進行多重因素的考慮；工況復雜，施工工序多；建筑項目周邊環境條件復雜，需要更高要求的支護；協作部門較多，各單位部門信息溝通以及信息共享的意愿加強[3]。

BIM技術應用于基坑工程尤其是深大且復雜基坑工程的設計、施工以及監測中，通過對基坑工程BIM模型的建立，可以彌補傳統基坑工程在進行設計、施工以及監測時存在的缺點，實現各部門工作人員對信息的無障礙交流與共享，同時通過三維可視化可以直觀地對進度計劃、成本以及質量進行控制，實現節約資源，提高效率的目的。

1 BIM技術在基坑設計中的優勢

1.1 傳統基坑設計方法的缺點

傳統基坑設計包括計算與繪圖兩個部分。計算部分是通過單獨的計算軟件來對計算模型進行建立，基坑設計人員根據計算數據進行二維剖面圖、立面圖、平面圖、詳圖以及材料表等的繪制。各種立面、平面以及剖面圖中的信息則會在基坑的傳統設計中產生矛盾，在構件、管線間不可避免地會出現錯位、碰撞以及錯誤的尺寸標注等問題。而針對復雜的深大基坑，傳統的CAD設計無法在協同和表達上更好的滿足其復雜的地面、地下構筑物以及支護結構等。這種基坑設計方法導致圖紙之間的相對獨立，因為沒有信息數據庫對數據進行統一的管理，只能通過專業人員對分散的資料進行整理。因此，為了增強基坑工程的協作和整合，需要確保各專業設計內容之間的配合、溝通以及共享[4]。

1.2 多維信息計算模型取代二維繪圖

基于BIM技術的基坑設計將傳統的二維設計轉變為三維可視化的動態設計，該設計方法所建立的BIM三維模型包含各種各樣的信息數據，然后再通過3D模型生成所有文檔以及圖形，且與模型保持邏輯關系，當改變基坑模型時，與其配套的文檔與圖像便會同時進行更新。此外，BIM基坑模型所建立的對象之間具有內在的邏輯關系，當其中一個對象發生改變時，與之相關的對象也會發生改變[5]。該設計方法能夠使各專業設計實現信息的共享，通過信息模型可以獲取所有專業系統所需的信息以及參數，不必反復進行數據的錄入，避免數據出現錯誤、冗余。

1.3 各專業間實現設計協同以及信息共享

基于BIM的基坑設計過程是指創建基坑信息數據庫的過程，數據庫包含基坑以及其周圍實體環境與功能等所有相關數據信息。當修改其中一個專業對象時，與其相關的專業對象也會同時得到改變。項目實體和功能由于均儲存在同一個數據庫中，這就大大方便了不同設計團隊間信息的交流與共享，進而實現項目的協作與整合。BIM技術通過動態三維設計將構件的展示由傳統設計中二維線條式轉變為三維立體式。所有單元、構件等都能夠通過三維立體效果對其進行直觀的展示，進而優化設計，使建筑空間能夠高效地利用，防止各個專業間線與管的沖突，同時減少圖紙缺、漏以及錯的現象[6]。

1.4 虛擬與智能設計的實現

BIM的建模、動畫以及渲染技術可以完美地展現基坑在不同階段的效果圖。同時深大基坑由于其復雜性會導致地下管線、支撐、圍護樁以及錨桿與其他地下構筑物產生交叉，進而使實際的施工無法滿足設計要求。此外，BIM建模工具中的碰撞檢測功能能夠對其進行檢查以及修改。

1.5 基坑BIM模型的附加價值

基坑的BIM模型包含基坑的整個生命周期，其豐富的信息與強大的功能可以應用于基坑設計、施工以及監測的所有階段。在基坑的施工階段，通過BIM模型可以進行4D施工模擬；在控制項目成本上，能夠利用BIM模型中的信息對工程進行預決算；在工程的監測階段，首先將動態的監測數據錄入BIM基坑模型中，再結合虛擬模型來實現對虛擬現實的監測[7]。利用BIM模型可以方便地實現信息的溝通與共享。

2 基于BIM技術的基坑設計

2.1 BIM模型的創建

基坑BIM的設計時，首先創建滿足IFC標準的信息模型，該三維模型中包含所有物理信息數據，如周邊環境、支護、水文地質以及地層信息等，BIM模型不僅僅對基坑工程進行了拓撲關系和3D幾何信息的描述，還對工程信息進行了完整的描述，例如工程名稱、材料類別、物理力學性能以及支護類型等設計所需的信息。為進行技術經濟與多工況的比較分析，BIM基坑模型還需要包含施工工序、質量、進度、成本以及材料、機械、人力資源等施工信息；材料耐久性、工程安全性等維護信息；工程對象間邏輯關系等[8]。

2.2 計算模型與物理模型間信息交換與共享

目前，基坑主要的設計方法是通過有限元軟件創建計算模型，并對整體支護結構的受力與變形進行分析，然后由2D繪圖工具對2D施工圖進行傳統的繪制。而BIM技術的基坑設計方法首先是將物理模型輸進結構分析軟件中，然后分析程序對基坑結構進行分析計算，同時返回計算信息，并時刻對物理模型與施工文檔進行更新。基坑本身由于具有某些固有的特性，例如工程唯一性、結構分散性、信息重復性以及工程不同參與方對信息與表達方式的不同要求等等，使得BIM數據在進行交換和表達時出現問題。為此，IAI(國際協同工作聯盟)提出IFC，即Industry Foundation Classes的簡稱，IFC為BIM在工程數據的交換與表達上提供了統一的標準[9]。不同的軟件在進行BIM模型的共享時，只要滿足IFC標準，就可以進行數據的順利交換以及鏈接。

3 結語

基于BIM技術的基坑設計表現出協調性、優化性、可視性以及模擬性等優點，在建設工程的整個生命周期中，該設計方法能夠動態地對信息進行創建、管理以及共享，并有效地提高了設計與溝通的效率，同時在質量控制上也表現出了極大的優勢。將BIM技術應用于基坑設計與施工是未來工程信息化的發展方向。

[1] 潘 珂.基于BIM技術深基坑工程信息化施工管理平臺研究[D].南寧：廣西大學,2015.

[2] 慕冬冬,付晶晶,胡正歡,等.BIM技術在深基坑工程設計中的應用[J].施工技術,2015(S1):773-776.

[3] 劉一鳴,劉國楠,顧問天.BIM可視化技術在基坑設計中的應用[J].鐵道建筑,2016(6):125-128.

[4] 賈善濤,孫 滌,時 偉,等.BIM技術在超大深基坑進度管理中的應用[J].工程建設,2016(3):68-72.

[5] 劉一鳴.BIM在基坑樁撐支護結構分析中的應用研究[Z].中國鐵道科學研究院,2016.

[6] 付冠超,孟凡藝.BIM技術在基坑工程中的專項應用[A].第二屆全國智慧結構學術會議論文集[C].中國城市科學研究會數字城市專業委員會智慧結構學組，中城科數智慧城市規劃設計研究中心，2016:4.

[7] 夏正紅,許利峰,袁 梅,等.BIM技術在寧波綠地中心項目樁基及基坑圍護項目工程施工中的應用[J].建設科技,2014(5):92-93.

[8] 高 成,瞿海雁,趙學鑫,等.BIM技術在某超高層建筑工程施工中的應用研究[J].鋼結構，2010(5):1-4.

[9] 賈善濤.基于BIM技術的超大深基坑進度管理研究[D].青島：青島理工大學,2015.

The application of BIM technology in foundation pit design

Zhang Chunhui Wu Wenjuan Song Yang

(ChinaOrdnanceIndustryNorthernSurvey&DesignInstituteLimitedCompany,Shijiazhuang050000,China)

This paper briefly described the main work contents of deep foundation pit engineering, based on the disadvantages of traditional foundation pit design method, discussed the advantages of BIM technology in foundation pit design, and discussed the BIM model construction and information exchange sharing technology in foundation pit design, pointed out that BIM technology could effectively improve the construction efficiency of foundation pit engineering.

deep foundation pit, BIM technology, calculation model, database

1009-6825(2017)05-0121-02

2016-12-09

張春輝(1988- )，男，助理工程師； 武文娟(1983- )，女，工程師； 宋 楊(1987- )，男，工程師

TU463

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