深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)BIM模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用★

許 茜 付其頓

(南通職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，江蘇 南通 226007)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，高層建筑、城市地下空間、地鐵等工程的開(kāi)發(fā)，使得基坑開(kāi)挖深度、規(guī)模與數(shù)量等日益增加，開(kāi)挖深度超過(guò)20 m的深基坑不斷出現(xiàn)，且大多數(shù)深基坑集中在建筑物與人口密集的市區(qū)，受施工場(chǎng)地狹小與施工條件復(fù)雜等因素制約[1]，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能滿足深基坑工程施工進(jìn)度、質(zhì)量、成本等方面的管理要求，合理的進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，減小基坑施工過(guò)程中對(duì)周圍環(huán)境的影響，提高深基坑工程的施工質(zhì)量等已經(jīng)引起了人們的高度重視[2，3]。

將BIM技術(shù)引入深基坑工程中，通過(guò)創(chuàng)建深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的BIM模型，通過(guò)三維可視化模型加強(qiáng)對(duì)施工成本、進(jìn)度計(jì)劃及質(zhì)量的直觀控制，既可以提高工作效率，降低差錯(cuò)率，也可以減少現(xiàn)場(chǎng)返工，節(jié)約投資[4]。

1 BIM技術(shù)特點(diǎn)

BIM(Building Information Modeling)“建筑信息模型”，即以空間數(shù)字技術(shù)和建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)有關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造及后期運(yùn)營(yíng)管理等全壽命周期模型，并將這些模型和信息數(shù)據(jù)連接于建筑工程的設(shè)計(jì)、施工管理及運(yùn)營(yíng)管理等建筑全周期中。BIM技術(shù)的特點(diǎn)如下[5，6]：

1)信息集成。

BIM技術(shù)的核心是由數(shù)字信息組合而成的一個(gè)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)師們可以直接從中獲取相關(guān)設(shè)計(jì)需求的信息應(yīng)用于設(shè)計(jì)中，這種設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式存在很大的不同，有關(guān)建筑物的真實(shí)情況包含建筑內(nèi)各構(gòu)件的空間關(guān)系、幾何形狀、各設(shè)計(jì)要素(如梁、板、柱、設(shè)備、管線)的建筑信息和功能特征，甚至是各構(gòu)件直接的連接方式、荷載情況等設(shè)計(jì)人員們可以利用這些數(shù)據(jù)庫(kù)隨時(shí)模擬。另外，對(duì)于工程中各個(gè)復(fù)雜的關(guān)鍵部位也可以進(jìn)行三維深化設(shè)計(jì)，這也是二維圖紙面臨的最大的不足。

2)工作協(xié)調(diào)性。

建設(shè)單位、施工單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位等可以在一個(gè)基于BIM技術(shù)建立的模型平臺(tái)中及時(shí)溝通信息，時(shí)刻關(guān)注施工過(guò)程中的各個(gè)部位環(huán)節(jié)，不僅能夠提高工作效率，而且確保了工程的質(zhì)量問(wèn)題。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管線鋪設(shè)以及其他部位的碰撞檢查也可以基于BIM技術(shù)建立的空間模型中來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3)工作關(guān)聯(lián)性。

基于BIM技術(shù)創(chuàng)建的模型與后期的建造過(guò)程時(shí)刻保持關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)當(dāng)工程中的隨意一個(gè)構(gòu)造發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)模型不僅可以立即將變動(dòng)的部位同步到三維模型中，為工程人員及時(shí)查看更改施工設(shè)計(jì)提供依據(jù)，而且不需要工程人員逐個(gè)對(duì)工程圖紙進(jìn)行更改處理。這個(gè)特性讓各專業(yè)相關(guān)技術(shù)人員可以第一時(shí)間得到最新的建筑信息，不僅節(jié)省了人力，降低了成本，而且大大提高了工作效率。

2 BIM技術(shù)在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

就BIM模型三維可視化、協(xié)同工作、深化設(shè)計(jì)和資源共享等特征優(yōu)勢(shì)，以及目前而言國(guó)內(nèi)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看，基于BIM技術(shù)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)對(duì)工程的施工具有重大指導(dǎo)意義。

1)彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的不足之處。

計(jì)算與繪圖是目前深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中不可缺少的兩部分。專門(mén)的計(jì)算軟件根據(jù)工程信息創(chuàng)建計(jì)算模型，設(shè)計(jì)者根據(jù)計(jì)算模型的數(shù)據(jù)信息，并自行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明、平面圖、材料表等，由于是人工計(jì)算繪制的，因此難以避免碰撞、錯(cuò)位，尺寸標(biāo)注等錯(cuò)誤，這就會(huì)導(dǎo)致各種復(fù)雜的平面、立面以及剖面圖之間的信息互相沖突。而利用BIM技術(shù)創(chuàng)建深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型，可檢測(cè)碰撞。

2)實(shí)現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)和信息共享。

項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)庫(kù)是在BIM模型設(shè)計(jì)中同步進(jìn)行的，其中的信息包括基坑、周圍的環(huán)境以及實(shí)物功能特征。當(dāng)修改某一個(gè)對(duì)象時(shí)，該對(duì)象在其他的專業(yè)設(shè)計(jì)中也會(huì)緊跟變動(dòng)。在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中施工人員就可以更方便的交換信息，提高項(xiàng)目進(jìn)度和節(jié)約成本。BIM模型結(jié)構(gòu)不再采用過(guò)去的二維設(shè)計(jì)方案，而是利用其可視化特性，呈現(xiàn)出各個(gè)不同專業(yè)的構(gòu)件的三維立體結(jié)構(gòu)圖形，避免管線與其他配件之間的沖突，減少各種圖紙的錯(cuò)、漏、缺等現(xiàn)象，從而大大提高建筑空間的利用率和各專業(yè)之間的配合、協(xié)調(diào)。

3)實(shí)現(xiàn)虛擬化和智能化。

基坑工程各個(gè)階段的效果圖以及動(dòng)畫(huà)可以利用BIM強(qiáng)大的特性：建模、渲染、動(dòng)畫(huà)技術(shù)等來(lái)解決以往由于深基坑的復(fù)雜性，導(dǎo)致無(wú)法按設(shè)計(jì)圖紙的要求來(lái)進(jìn)行施工等問(wèn)題。可以利用BIM創(chuàng)建的模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，優(yōu)化基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案可以根據(jù)碰撞檢查的結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)最佳方案。

4)實(shí)現(xiàn)BIM附加價(jià)值。

根據(jù)基坑自身周圍豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)建立基坑支護(hù)BIM模型，在基坑設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)等的整個(gè)階段都可以根據(jù)此模型作為依據(jù)。可以依靠創(chuàng)建完成的模型進(jìn)行施工模擬，解決施工的復(fù)雜化，提升工程質(zhì)量與工期；可以利用該模型的數(shù)據(jù)庫(kù)做預(yù)算，控制工程成本；可以結(jié)合動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)模型監(jiān)控，達(dá)到虛擬模仿現(xiàn)實(shí)監(jiān)測(cè)等，從而讓各個(gè)專業(yè)可以直接地通過(guò)BIM模型的信息共享與溝通的特征讓各方都可以參與進(jìn)來(lái)。

3 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)BIM模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 工程概況

本工程地處城市中心，周邊環(huán)境復(fù)雜，采用內(nèi)支撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)挖21 m的深基坑。由于基坑超深，止水帷幕、降水、挖土等地下工程難度大，基坑施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響的控制是本工程的難點(diǎn)。

3.2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)BIM模型設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用Autodesk Revit軟件，首先創(chuàng)建了支護(hù)體系中的鉆孔灌注樁模型，如圖1所示；接著創(chuàng)建內(nèi)支撐體系模型，如圖2所示；最后完成了本工程的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)BIM模型創(chuàng)建，如圖3所示。

3.3 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)BIM模型設(shè)計(jì)

1)碰撞檢測(cè)與處理。

對(duì)已完成創(chuàng)建的基坑支護(hù)模型利用Tekla系列軟件，可以模擬構(gòu)配件之間可能會(huì)發(fā)生的碰撞檢測(cè)。如有碰撞，可按以下流程進(jìn)行碰撞處理：碰撞分組→檢查發(fā)生碰撞的細(xì)部→對(duì)碰撞部位進(jìn)行標(biāo)注→修改碰撞的狀態(tài)及優(yōu)先級(jí)→對(duì)發(fā)生碰撞進(jìn)行檢查→查看之前碰撞記錄→打印碰撞列表。

2)深基坑施工動(dòng)態(tài)模擬。

首先確定通過(guò)Tekla創(chuàng)建完成的基坑整體BIM結(jié)構(gòu)支護(hù)模型沒(méi)有遺漏，然后根據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)[7，8]將基坑結(jié)構(gòu)支護(hù)模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Revit軟件中，將文件格式轉(zhuǎn)化為NWC格式，緊接著導(dǎo)入Naviswroks軟件中，即可實(shí)現(xiàn)全程動(dòng)態(tài)模擬施工。

根據(jù)創(chuàng)建完成的仿真動(dòng)畫(huà)，在施工的每個(gè)階段布設(shè)時(shí)間軸，針對(duì)性的對(duì)每個(gè)階段進(jìn)行仿真模擬。一旦出現(xiàn)較大偏差時(shí)，及時(shí)編輯修改，確保工期，按時(shí)竣工。各個(gè)不同專業(yè)不同的技術(shù)要求，也可以在這個(gè)模型中，進(jìn)行技術(shù)交底，討論可能出現(xiàn)的突發(fā)問(wèn)題以及應(yīng)急方案，這樣可以大大的提高效率、降低風(fēng)險(xiǎn)、減少損失。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)促進(jìn)各個(gè)不同的專業(yè)在同一個(gè)平臺(tái)里，實(shí)現(xiàn)信息的共享，不僅增加各個(gè)不同專業(yè)的工作效率，而且還可以明顯的降低差錯(cuò)率，避免返工甚至更大的損失，讓施工方案最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)附加價(jià)值的最大化。目前我國(guó)BIM技術(shù)在深基坑支護(hù)工程中的運(yùn)用，仍然面臨著很多技術(shù)上的問(wèn)題，今后將繼續(xù)深入學(xué)習(xí)BIM技術(shù)。