BIM技術在基坑設計中的應用

徐云龍

【摘要】現階段，BIM技術在基坑設計領域中應用廣泛，BIM技術突破了傳統二維設計方式的局限性，有效解決了設計表達不完整與認知偏差等問題，以數字形式直觀表達項目物理特性信息，這對工程設計的數字化及現代化發展有著重要意義。為充分發揮技術優勢，加大BIM技術應用推廣力度，本文對BIM技術在基坑設計中的應用進行探討，為同類工程提供參考借鑒。

【關鍵詞】BIM技術;基坑設計;應用

BIM技術也被稱作為建筑信息模型，是結合三維數字技術的一種三維軟件工具，可以構建三維可視化信息模型，在模型中導入并直觀展現工程相關信息，以及構件對象及非構件對象的互動反饋過程，得到設計師群體的青睞。

1、BIM技術在基坑設計中的應用意義

1.1信息集成

與傳統基坑設計技術體系相比，BIM技術的核心優勢是將工程信息轉換為數字形式導入三維模型數據庫中，準確判斷不同信息數據之間的內在聯系，并將信息數據間的互動反饋過程及關聯狀態在三維信息模型中以可視化形式加以表達。如此，在基坑設計階段，用戶可以直觀了解設計成果，幫助設計人員掌握超越自身能力極限的工程信息。

1.2信息共享

在基坑工程傳統設計模式中，不同專業之間的溝通頻率較低，時常產生設計沖突，導致基坑設計方案的可行性不足，如出現基坑支護體系與主體結構墻體碰撞問題。為解決這一問題，需要組織開展設計協調會，逐一識別與分析存在的設計碰撞問題，并對基坑設計方案進行優化調整，反復計算協調數據，使得基坑設計效率低下，設計周期較長。借助BIM技術，可以對基坑設計信息及工程相關資料進行采集匯總，在BIM數據庫與三維信息模型中進行存儲展示。同時，三維信息模型具有動態性特征，在向BIM數據庫導入新數據，或是由新數據覆蓋原有數據時，三維信息模型也會所致變化。如此，各專業設計人員可以實時掌握基坑整體設計情況，觀察各專業間是否產生設計沖突，并結合BIM軟件提供的協調數據對專業方案進行優化調整。另外，BIM技術還可以在可視化狀態下開展基坑設計工作，為設計方、施工方與建設方提供可視化信息溝通平臺，向設計方正確傳達工程建設要求，避免出現設計偏差。

1.3推動基坑設計的虛擬化發展

根據技術應用情況來看，在基坑設計期間，BIM技術即可以模擬設計三維可視化模型，如三維基坑支護模型、三維基坑施工開挖模型等，同時，還可以模擬出無法在真實世界中加以操作的事物，如開展4D模擬與5D模擬來預測基坑施工工期及造價成本，幫助設計人員掌握基坑設計方案在不同條件下的實施情況，這對工程設計領域的虛擬化發展有著重要意義，設計人員將在虛擬環境中完成部分基坑設計工作，并提高設計效率及質量。例如，組合應用BIM技術與VR技術，基于三維信息模型與數據庫營造虛擬場景，向用戶提供沉浸式體驗，設計人員可以直觀了解基坑施工現場情況與讀取相關設計信息。

2、BIM技術在基坑設計中的具體應用

2.1綜合勘察及三維建模

首先，開展基坑現場勘察工作，持續采集工程地質、水文地質資料與周邊環境信息等，生成現場勘察報告，將報告中的各項信息導入BIM數據庫中，作為三維建模與支護方案初步選型的信息依據。

其次，設計人員使用相關軟件構建三維信息模型，在模型中立體化呈現基坑實體情況，如基坑周邊建（構）筑物、道路及管線、基坑豎向支護體系、水平支撐體系等，幫助設計人員直觀掌握基坑現場情況與了解設計成果。例如，在設計人員使用ArchiCAD 17軟件建模時，需要對各樓層板面標高及支撐面標高進行定義，導入dwg格式平面軸線圖與保留構件軸線dwg格式文件，再使用軟件的建模單元來建立三維項目模型，對模型進行渲染處理，即可完成建模操作。此外，為有效區別三維模型中的基坑組成元素，應使用多種表面顏色展示各構件對象及非構件對象，以此改善基坑模型生成效果，如選擇使用1-5級灰度等級控制方式，1級飽和度最低，5級飽和度最高。

2.2協同設計

由于BIM技術具有信息共享及信息集成優勢，可以將產生及采集的設計信息在相同BIM數據庫中進行存儲，并自動識別不同工程信息之間的內在關聯，在BIM軟件中設置項目中心文件。如此，在基坑支護與土方開挖等專業三維模型中，可以導入其他專業設計信息，幫助設計人員直觀了解其他專業設計情況與整體設計效果。同時，各專業所產生或修改的設計信息將自動上傳至項目中心文件中，在其基礎上對各專業模型與整體模型進行修改，以實現信息實時共享目標。此外，在出現設計碰撞時，BIM軟件將使用特殊顏色在三維模型中標記碰撞部位，向設計人員提供協調數據，及時有效地解決設計沖突問題。

2.3深化設計

在基坑設計方案中，分布著格構柱與支撐加腋節點處鋼筋等復雜節點構件，這類復雜構件的設計難度較大，如果采取傳統設計方式，容易出現計算錯誤問題，影響到基坑設計方案的可行性，并在后續施工中出現突發問題。為解決這一問題，需要應用BIM技術對基坑方案進行深化設計，解決初步方案中存在的設計問題。例如，設計人員使用Revit軟件，在軟件中構建格構柱與支撐加腋節點處鋼筋的深化模型，向模型中導入相關設計數據，即可構建起三維節點模型，并準確統計不同情況下的材料用量。

2.4碰撞檢查

設計人員使用BIM軟件中的碰撞檢查功能，檢查基坑模型中是否存在支護結構與主體結構碰撞問題，生成碰撞檢查報告，在報告中明確標注各處碰撞部位與碰撞數據。隨后，設計人員基于碰撞檢查報告修改基坑設計方案，調整格構柱、工程樁與地下室結構間的空間位置關系。

2.5施工模擬

與其他工程項目相比，基坑工程施工現場環境較為復雜，存在較高安全風險系數，在施工期間有可能出現邊坡滑塌與基坑塌陷等安全事故。因此，為預防和減少工程事故的出現，需要應用BIM技術開展施工模擬試驗，基于三維模型與基坑設計方案，以動畫演示形式展示基坑模擬施工過程，根據模擬施工結果評估基坑方案可行性，預算施工周期與造價成本，提前發現并解決方案中存在的設計問題。

以使用Navisworks軟件開展模擬施工試驗為例，設計人員使用BIM軟件中的Timeliner功能，在軟件中設定時間單位，編制施工進度表，與各工序建立相應任務，且任務時序必須切實滿足該工序施工需求及技術要求。隨后，在施工進度表基礎上鏈接相對應的模型單元，對各單元任務類型進行定義，如定義為“構造”或“拆除”。最后，使用軟件模擬功能，制作并導出施工模擬動畫視頻。

結語：

綜上所述，在基坑設計階段，設計人員必須正確認識到BIM技術的應用價值，構建起完善的技術應用體系，明確技術標準，拓寬技術應用方向，充分發揮BIM技術在三維可視化設計、深化設計與協同設計等方面的應用優勢，促進我國建筑業的信息化發展。

參考文獻：

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