BIM技術在裝配式建筑軟土地基加固流程優化中的應用

陳墨 陳麗君

【摘? ?要】? ?裝配式建筑軟土地基加固過程中，軟土土質不均勻，地基下沉數值過大，導致裝配式建筑與軟土地基間的一致性參數過小，針對該問題，在裝配式建筑軟土地基加固流程優化中應用BIM技術。以實際軟土地基建筑工程各項參數為基礎，構建裝配式建筑模型，根據不同軟土層的土質結構，優化軟土地基加固流程，控制加固過程中產生的軟土層下沉。選用已知參數的應變計作為實驗器材，設定軟土層結構并安置應變計。實驗結果表明，應用BIM技術的流程優化方法產生的地基下沉數值最小，裝配式建筑與軟土地基間的一致性參數符合標準。

【關鍵詞】? ?BIM技術;裝配式建筑;軟土地基;加固流程

Application of BIM Technology in Process Optimization of Soft Soil Foundation Reinforcement of Prefabricated Building

Chen Mo， Chen Lijun

（Anhui Technical College of Industry And Economy， Hefei 230051， China）

【Abstract】? ? In the process of soft soil foundation reinforcement of prefabricated building， the soil quality of soft soil is not uniform and the settlement value of foundation is too large， which leads to the problem that the consistency parameter between prefabricated building and soft soil foundation is too small. Aiming at this problem， BIM Technology is applied in the process optimization of soft soil foundation reinforcement of prefabricated building. Based on the parameters of practical soft soil foundation construction engineering， the prefabricated building model is constructed. According to the soil structure of different soft soil layers， the reinforcement process of soft soil foundation is optimized， and the settlement of soft soil layer produced in the reinforcement process is controlled. Finally， the application research of BIM Technology is completed. The strain gauge with known parameters is selected as the experimental equipment， the soft soil structure is set and the stress gauge is installed. The experimental results show that the settlement value of the foundation generated by the process optimization method of BIM Technology is the smallest， and the consistency parameters between prefabricated building and soft soil foundation meet the standard.

【Key words】? ? ?BIM technology;prefabricated building;soft soil foundation;reinforcement process

〔中圖分類號〕? U213.1 ? ?〔文獻標識碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號〕 1674 - 3229（2021）01- 0079 - 05

0? ? ?引言

隨著城市人口不斷增長，裝配式建筑應用更加廣泛[1]，裝配式建筑在實際施工時一旦稍有紕漏就會產生質量事故[2]。軟土地基指的是強度低、壓縮量較高的軟弱土層，具有高壓縮性，但是抗剪強度低、透水性低，該土層中含有一定的有機物質，較低強度的軟土層會形成大面積的沉積量，影響整體地基結構的穩定。在BIM技術參與下，本文以實際裝配式建筑參數為基礎，結合軟土地基的發展特性，模擬實際建筑地基工程環境，優化地基加固流程，消除地基結構中的安全隱患[3]。

在上世紀80年代末，國外學者提出了BIM的概念，在高精度計算機硬件技術的支持下，BIM技術逐漸成為建筑工程中的一項重要技術[4]。國內起步較晚，在本世紀初才開始BIM技術的研究工作，各個高校逐漸建立起BIM的課題研究組，制定適合我國建筑風格的BIM規則，如今已經進入到高速發展的階段[5]。綜合國內外的研究成果來看，BIM技術逐漸滲透到各個領域中，為此，在裝配式建筑軟土地基加固流程優化中應用BIM技術是很有必要的。

1? ? ?BIM技術在裝配式建筑軟土地基加固流程優化中的應用

1.1? ?采用BIM技術建立裝配式建筑模型

以實際軟土地基建筑工程各項參數為基礎，使用BIM技術承載軟土地基內的質量信息，采用信息集成的方式構建裝配式建筑模型，裝配式建筑信息集成過程如圖1所示。

在如圖1所示的集成過程下，構建一個裝配式建筑質量合理函數，根據合理函數數值變化，選定指定的參數，構建得到的合理性函數可表示為：

[r=qtp2πb] （1）

其中，[q]表示裝配式建筑質量參數，[tp]表示參數變化速率，[b]表示合理性參數。根據式（1）得到的合理性數值，構建裝配式建筑BIM6D模型，在該種模型下，以不同質量參數作為不同的建筑裝配式節點[6-8]，使用質量維度處理建筑的裝配式節點，處理過程可表示為：

[μ（r，tp）=μqtp2πb] （2）

其中，[μ]表示維度參數，其余參數含義不變。根據不同節點對應的維度，在BIM軟件中模擬一個大致結構的裝配式建筑，根據式（2）計算公式，設置裝配式建筑元件的各項參數，構建一個裝配式建筑的時空分布方程：

[2πbr2q-tp=rmax] （3）

其中，[rmax]表示最大的裝配式建筑合理性數值，其余參數含義不變。根據式（3）構建得到的時空方程設置模型參數，使用Navisworks軟件重復檢驗上述模型中的建筑碰撞[9]，檢驗過程可表示為：

[dvdh=hdp/dr+τ0μ（t）] （4）

其中，[v]表示建筑施工速度，[h]表示裝配式建筑的高度，[τ0]表示裝配式建筑組成模塊的牢固系數，[p]表示裝配式建筑組成的邊界參數。控制上述建筑碰撞參數[μ（t）]為最小值，保持模擬得到的裝配式建筑處于穩定[10]。在上述模擬構建的裝配式建筑模型下，優化軟土地基加固流程。

1.2? ?優化軟土地基加固流程

在已構建的模型下，采用SJP漿液對軟土地基進行加固處理，根據不同軟土層的結構，計算軟土的擴散系數，計算公式為：

[k'=dp/dr-τ0μ（t）/2k2] （5）

其中，[k]表示軟土層內的軟土流量，其余參數含義不變。根據式（5）計算得到的擴散系數，將水、硅酸鹽水泥、外摻劑按照1：2：3的比例進行調和[11]，根據軟土層形成的地層孔隙，計算軟土地基內的壓力，公式為：

[P=CTk?λ?h] （6）

其中，[C]表示注漿孔隙數量，[T]表示軟土層的厚度，[λ]表示軟土層因素系數，[h]表示軟土層注漿段深度。根據式（6）得到的壓力數值，得到加固區內的注漿體積，計算公式為：

[V=HπR2n] （7）

其中，[H]表示孔隙口段長度，[R]表示加固區的半徑，[n]表示加固區的孔隙率。根據式（7）計算得到的各項參數，約束實際軟土地基的加固過程。以加固地基所需的時間和使用材料為優化對象[12]，設定相應的優化系數，設定的優化系數如表1所示。

在表1所示的優化參數下，根據表中的各項優化數值，計算優化加固后的軟土地基的應力數值，計算公式為：

[σ=（Iσ-Iσ0）Sv+GSj] （8）

其中，[σ]表示軟土地基的法向應力，[Iσ]表示加固區的預定值，[Iσ0]表示加固區的應力初始值，[Sv]表示活塞面積，[G]表示加固優化參數集合，[Sj]表示加固區軟土層的面積。根據式（8）得到的數值，控制上述應力數值與式（6）中的軟土間的壓力數值相等時[13]，實現對軟土地基加固流程的優化。

1.3? ?應用

在上述處理過程下，利用BIM技術構建得到模型，處理上述優化加固流程，以軟土層表現出的應力數據作為優化流程的進度數據，根據進度數據產生的凈值，評估應用過程中產生的偏差，偏差可表示為：

[B=Zα] （9）

其中，[B]表示軟土損失量，[Z]表示優化流程的進度數據，[α]表示加固參數。結合得到的偏差數值，得到單位體積內軟土地基內產生的損失變化，如圖2所示。

在圖2所示的軟土地基損失變化下，根據地基加固區內軟土的體積數值，結合軟土體積的損失量[14]，計算加固優化處理后地基的沉積量，沉積量計算公式為：

[D=VλB] （10）

其中，[V]表示軟土地基的體積，[λ]表示軟土體積損失率。控制軟土地基的體積損失率與軟土損失量為最小后，為了保證軟土地基與裝配式建筑間的一致性[15]，將體積損失率作為裝配式建筑所要調和的位移數值，保證地基與裝配式建筑間的一致性。基于上述處理，最終實現BIM技術在裝配式建筑軟土地基加固流程優化中的應用。

2? ? ?仿真實驗

2.1? ?實驗準備

實驗采用豎向靜載實驗，設定建筑現場的地區土層的分布后，采用表2所示參數的應變計。

應變計外部設置一個管樁，采用位置同步預埋的方式安裝應變計，管樁樁端上預留一個測線放置槽以及穿線管，預制處理后，根據設定的地區土層結構，在不同土層深度處放置應變計，形成的應力計安裝位置結果如表3所示。

在表3所示的安裝位置參數下，形成應變計的安裝位置分布，如圖3所示。

在圖3所示的應力計位置分布下，分別用文獻[6]中的流程優化方法、未使用BIM技術的流程優化方法以及應用了BIM技術的加固流程優化方法進行實驗，對比三種優化方法的性能。

2.2? ?結果及分析

基于上述實驗準備，設定應變計的數據采集周期為3天，在不同的軟土層內設定不同的斷面里程，以應變計測量得到的路基高度為建筑地基高度標準，計算不同加固流程優化方法下，建筑軟土地基加固后，在不同時間點形成的沉積量，沉積量結果如表4所示。

以相同的時間周期作為時間測點，以27天為觀察周期，由表中所示的地基沉積量結果可知，文獻[6]中的加固流程優化方法對應地基產生的沉積量在0.55mm左右，數值最大;未應用BIM技術的流程優化方法地基形成的沉積量為0.45mm，沉積量較小;應用了BIM技術的流程優化方法最終形成的沉積量為0.28mm，與前述兩種流程優化方法相比，應用了BIM技術的流程優化方法在軟土地基中形成的沉積量最小。

保持上述實驗環境不變，將應變計安置位置作為軟土地基的加固區，定義區域加固時形成的變形系數可計算表示為：

[R=ui=1nfs+qAp] （11）

其中，[n]表示設置的軟土地基層，[u]表示應力計的長度，[fs]表示軟土間的承載力特征值，[fs]表示軟土層的側摩阻力，[q]表示樁端的端阻力，[Ap]表示沉積量的積分數值。在上述計算公式下，針對三種不同優化條件，統計得到最終加固區的變形系數，如表5所示。

由表5所示的變形系數結果可知，在三種軟土地基加固流程優化方法控制下，軟土層的加固區表現出了不同變形系數結果，根據數值可知，文獻[6]中的加固流程優化方法產生的變形系數最大，加固區容易產生變形。未應用BIM技術的優化方法產生的變形系數較小，軟土加固區在一定條件下會產生一定的變形。而應用了BIM技術的優化方法最終產生的變形系數最小，軟土加固區基本不會產生變形。

在上述實驗環境下，設定裝配式建筑與軟土地基間產生的豎向位移為0.02mm，將該數值作為一項固定不變的參數，構建加固處理后的軟土地基與裝配式建筑間的一致性，一致性參數可計算得到：

[u=λAiEi] （12）

其中，[λ]表示豎向位移參數，[Ai]表示軟土地基的豎向位移函數，[Ei]表示裝配式建筑的豎向位移函數。將距軟土加固區的深度數值作為自變量，計算并統計軟土加固區與裝配式建筑間的一致性，一致性變化如圖4所示。

定義一致性數值為1時，則表示軟土加固區與裝配式建筑間存在一致性，符合裝配式建筑的要求。由圖4的一致性結果可知，文獻[6]中的優化方法得到的一致性數值為0.6～0.8，數值小于1，軟土加固區與裝配式建筑間的一致性較差，而未應用BIM技術的優化方法最終得到的一致性數值為0.8～1.3，在軟土加固區深度數值在2m左右時，軟土加固區與裝配式建筑之間存在一致性，但一致性的持續性較短。而應用了BIM技術的優化方法的一致性數值為0.8～1.1，一致性數值變化幅度不大，軟土地基加固區與裝配式間的存在較強的一致性。綜合上述實驗結果可知，應用了BIM技術的軟土地基加固流程優化方法產生的地基沉積量最小、變形系數最小、一致性最強。

3? ? ?結語

裝配式建筑軟土地基有著固定的流程，在裝配式建筑軟土地基加固流程優化中應用BIM技術，能夠控制軟土層的變形，增強裝配式建筑與軟土地基之間的一致性，保持建筑物的穩定。

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