BIM技術在某基坑工程中的應用研究★

楊 群 謝立廣 王建立

(1.成都師范學院，四川 成都 611130； 2.四川交通職業(yè)技術學院，四川 成都 611130；3.中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610023)

1 概述

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，具有可視性、協(xié)調性、優(yōu)化性、可出圖性四大特點，其核心目標就是通過對信息化技術的應用，提高建筑的性能，優(yōu)化建筑設計的質量，促進各個部門及不同工種、專業(yè)之間的協(xié)調工作，實現(xiàn)全生命周期中各個不同階段的工程信息共享，對整個工程周期實現(xiàn)更好的統(tǒng)籌運營。近年來，我國BIM技術發(fā)展已進入快速發(fā)展階段，特別是在房屋建筑工程領域應用廣泛，但在巖土工程、地下空間領域的應用尚處于初級探索階段，將BIM技術引入到深基坑工程，特別是復雜的深大基坑項目，有利于實現(xiàn)工程信息共享，提高協(xié)同工作效率，減少施工中出現(xiàn)的常見問題。本文以某酒店的基坑工程為例，將BIM技術應用到基坑工程領域，可供類似工程參考。

2 工程概況

2.1 基本概況

某酒店總建筑面積約93 000 m2，由22層～36層塔樓及酒店裙房組成，設置兩層地下室。基坑周長約400 m，開挖面積約為8 900 m2，開挖深度為11.9 m。場地南側為濱江路人行道，東側緊鄰錦江中學操場，北側有兩棟6層～7層(磚混結構)宿舍樓，西側臨索菲特酒店，本工程地下室1層與索菲特酒店設置通道，基坑總平面圖如圖1所示。

2.2 工程地質與水文地質條件

本工程地質情況按成因、年代從上至下分述如下：

雜填土：雜色，稍濕，松散，以磚、瓦、卵石等建筑垃圾及生活垃圾為主，為拆遷舊建筑物所留。

素填土：褐黃～灰褐色，松散，稍濕。以粘性土為主，含少量礫石及炭渣等。

粉土：淺褐黃～淺灰黃色，松散，稍濕～濕，含少量鐵的氧化物，局部區(qū)域為粉質粘土。夾薄層的粉、細砂。

細砂：黃褐、黃灰色，松散、濕～很濕，其成分以石英、長石為主，含少量的云母，部分夾粉土團塊，局部相變?yōu)榉凵啊?/p>

中砂：青灰色、黃灰色，松散，飽和，其成分以石英、長石為主，含少量的云母，局部區(qū)域混有少量的礫石。

卵石：灰褐色、黃灰色、灰白色，稍密～密實，飽和，卵石成分以火成巖、變質巖為主，呈亞圓形，磨圓度較好。

強風化泥巖：紫紅色，碎裂結構，厚層狀構造，含少量鐵猛質氧化物，破碎，質量等級為Ⅴ級。中等風化泥巖：紫紅色，整體狀結構，厚層狀構造，較完整，質量等級為Ⅴ級。

本工程涉及的巖土工程特性指標建議值見表1。

該場地地下水類型主要為上層滯水和孔隙型潛水，上層滯水主要賦存于填土層，由大氣降雨及生活用水形成，水量小，無統(tǒng)一水位；孔隙潛水主要賦存于砂、卵石層，主要由大氣降雨和上游地下水徑流補給形成。

2.3 支護方案

結合現(xiàn)場周邊環(huán)境及勘察報告，基坑采用兩種支護形式，靠近已有酒店一側(圖1中AB段)采用錨拉樁，錨拉樁支護示意見圖2。其余部分用排樁，樁頂標高-0.5 m，樁長21.0 m，樁徑1.2 m，樁中心間距為2.0 m；樁頂處設置冠梁一道，截面尺寸為1 200 mm×1 000 mm。

表1 巖土的工程特性指標建議值

3 BIM運用

3.1 創(chuàng)建基坑BIM模型

本基坑工程三維模型的創(chuàng)建用Revit軟件進行，但是建模時，腰梁、錨索等巖土工程構件在Revit軟件中沒有現(xiàn)成的“族”，需自行構建相應的族。以本工程錨索為例，建錨索族時要考慮錨索的入射角，錨索的自由段和錨固段的長度以及相對應的直徑和材質，建族過程如圖3所示。錨索族建好后，在后期建模過程中即可進行參數(shù)化的動態(tài)調整，方便設計施工。

基坑工程三維模型的具體創(chuàng)建步驟如下：利用建筑樣板新建一個項目，使用“體量和場地”的“地形表面”工具，創(chuàng)建深基坑場地，場地的大小、高程根據(jù)實際地形和高程調整。使用“建筑”下的“標高”和“軸網(wǎng)”命令，創(chuàng)建支護結構的軸網(wǎng)和標高。軸網(wǎng)用于支護結構的空間定位，標高用于支護結構在模型內的高度定位。使用“族”下的“混凝土圓形樁”創(chuàng)建排樁支護，用自建的“錨索族”創(chuàng)建錨拉樁支護，用“族”下的“梁”創(chuàng)建冠梁。創(chuàng)建的基坑三維模型示意圖見圖4，支護結構三維模型圖見圖5。

3.2 碰撞檢測

通過支護結構的三維模型圖，可以直觀地觀察到設計不合宜的地方，如圖6所示。由于基坑并非方方正正的形狀，錨拉樁的設置段有轉角，在轉角部位，有2根錨索相交，這樣是不可取的，不利于施工，故需進行相應調整。在Revit軟件中，只需調整這2根錨索的入射角即可使其相離，十分方便快捷。

基坑西側的索菲特酒店采用筏板基礎，其地下室輪廓線距離基坑開挖線只有15.0 m，錨索施工時有可能會與其基礎或地下室外墻產(chǎn)生碰撞，進而對索菲特酒店造成安全隱患，所以有必要對此預先進行碰撞檢測。在Revit軟件中將酒店相關信息整合到基坑三維模型中，將其導入Navisworks軟件中，進行碰撞檢測，5號碰撞點的檢測結果如圖7所示。由圖7可看出，某根錨索與酒店地下室外墻相沖突，通過調整此錨索的入射角可解決此問題。通過檢測報告，一一核對有問題部位，進行調整，直到碰撞檢測合格為止。

3.3 BIM其他應用

建好的三維支護模型圖還可以直接在Revit軟件中形成漫游動畫，對后期施工與管理做出預測和指導；同時還可對基坑支護階段不同區(qū)域施工所需材料進行精準算量，便于對相關材料的采購、儲存等進行管理。將Revit中建好的模型圖導入Navisworks軟件中可做出動畫模擬，全方位地模擬出基坑工程的施工過程，推測出工程施工工期，還可直觀揭示出材料隨施工過程的進行所對應的消耗情況。想基坑工程施工的實際成果圖跟效果圖吻合度高，可將Revit模型導入到Lumion中進行渲染；想對基坑工程進行實時、高效的管控可結合BIM5D技術進行。總之，BIM系列軟件功效各有千秋，使用時應結合工程具體情況和自己的使用目的有針對性地選擇，可達到事半功倍的效果。

4 結語

BIM技術的應用使設計真正意義上實現(xiàn)了從二維到三維的轉變，可大大地提高設計效率，提前發(fā)現(xiàn)并解決一些潛在的問題，BIM技術在基坑工程中的應用必將更加深入和廣泛。