基于BIM技術對深基坑模型的創建

楊全兵

摘要：深基坑工程應用BIM技術的基礎和核心，是通過相關軟件對其進行模型的創建，進而將基坑模型實現可視化，為項目的實施和管控提供有效手段。本文利用Revit軟件對深基坑支護項目進行模型創建，并說明模型創建的前期準備、軟硬件需求、創建過程及模型的創建成果。

關鍵詞：Revit;深基坑支護;模型創建

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是對于工程項目進行設計、施工和運營維護管理的一種新型過程管理方法[1]。BIM技術的應用能夠使施工設計方案的確定和優化更加合理化、高效化，并方便施工現場技術交底、過程管控及質量檢查等工作，加強對施工質量和進度的把控[2]。近年來，隨著國內外BIM技術的快速發展，尤其通過建筑、結構、機電各專業的廣泛應用，巖土工程中也逐漸延伸應用BIM技術。同時，深基坑工程項目應用BIM技術的基礎、核心是創建三維模型，基坑工程的復雜節點配筋、監測數據查看、施工進度的模擬等[3]，而Revit軟件對創建三維模型有著相對優勢，本文主要針對深基坑工程的支護結構進行三維模型的創建及一些具體要求。

2 基坑BIM技術應用

國內學者利用BIM技術對地質條件建立三維模型進行分析，利用三維模型可準確計算土方開挖、回填的工程量統計。通過建筑深基坑工程、地質模型及圍護結構三維模型的創建，可形象的反應兩者之間的相對位置關系，對圍護結構位置進行準確的判斷，從而可以真實的反應實際施工情況，可以讓業主及相關方更好的了解整體設計意圖和最終方案建成效果，通過BIM技術能夠實現工程項目的統一管理，設計單位與施工單位基于信息化綜合管理平臺，共同進行項目的協調管理。設計單位能夠依據模擬成果進行設計調整及設計優化，施工單位能夠依據模擬成果進行模擬施工，能夠直觀的體現整個基坑工程施工的全過程[4]。

國內首次將BIM技術應用在基坑工程的招投標實施過程中，通過創建基坑工程的三維模型，對基坑工程實現可視化交底和，在投標過程中可以將利用BIM技術建立的三維模型編制在投標文件中，讓招標方直觀清晰的對建設項目有所理解。在基坑工程中應用BIM技術，可以準確、快速的進行工程量、材料用量的統計，避免人為手算的不精準性，有效的提高了基坑工程在投標過程中投標文件編制的準確性，使得投標項目更加高效[5]。

對于BIM技術在基坑工程的施工管理，利用Revit軟件對基坑工程進行三維模型的創建，并結合應用Project和Navisworks軟件，根據施工進度計劃安排進行施工進度的動態模擬，全面形象的展示基坑工程的施工全過程，能夠使施工管理更高效，避免了施工效率低下及窩工現象，實現項目部對施工過程的高效管理和控制[6，7]。

3 模型創建的要求

3.1 建模團隊組建

在建模前期階段，針對項目的情況組建完善的建模團隊，團隊主要分為：建模工程師（BIMer）、建模技術主管和項目經理三個級別，分工比較明確、簡單，團隊結構如圖1所示。

BIM項目經理主要負責項目對接，組織建立并管理項目BIM團隊，確定各角色人員職責與權限，對BIM工作進度的管理與監控，組織協調各專業人員。建模技術主管主要負責對創建模型的審核，組織、協調人員進行BIM模型的搭建和質量管理，負責對外數據接收和交付，配合檢查其他相關合作方的檢驗。建模工程師（BIMer）主要協助建模技術主管完成從方案到施工圖階段的繪圖工作，搭建BIM模型，獨立完成對應專業的建模工作。

3.2 硬件要求

利用BIM技術創建深基坑支護結構三維模型通常采用AutoDesk-Revit軟件，而此款軟件對計算機硬件的配置要求也相對較高，結合常規模型的創建，簡單羅列計算機硬件配置見表1，該硬件配置也適用于常規的工程建設項目。

3.3 常用軟件功能

深基坑工程BIM應用軟件有多種選擇，核心建模軟件有Revit、CATIA，結構分析軟件有ANSYS、MIDAS、GEO5、FLAC3D、ABAQUS，模型碰撞檢查軟件Navisworks，造價管理軟件有Inovaya、Solibri、魯班、廣聯達，進度計劃編制軟件Microsoft Project，以及動畫場景安全教育的Lumion等。常用軟件有Revit、Navisworks、Fuzor、Lumion等，各款軟件在建模的不同階段有著不同的使用功能，通過表2對不同軟件進行介紹。

4 項目模型成果

4.1 項目概況

該項目為蘭州市某深基坑工程，場地整體呈正方形，占地面積約為46852.2m2，開挖深度約為-18.0m，擬建場地勘察深度范圍內地層自上而下主要分布有雜填土層、黃土狀粉土層和卵石層。地下水類型為階地型潛水，主要含水層為卵石層，由于本次開挖基底標高略低于水位標高，同時考慮水位變幅因素，對該基坑采取周邊布置管井降水措施。

基坑支護設計驗算采用北京理正深基坑支護結構設計軟件7.0版本，計算參數取值見表3。通過計算驗算確定該深基坑支護結構主要采用樁錨支護措施，上部5.0m采用1：0.75放坡+土釘墻支護措施，下部深度范圍采用樁錨支護，設置三排或四排錨索，基坑支護總平面圖如圖2所示，局部剖面支護如圖3所示。

4.2 場地及土層

該基坑擬建場地勘察深度范圍地層自上而下依次主要分布有：①雜填土層（Q4ml）：厚度0.40～8.90m。該層在南部建筑垃圾堆放區域分布較厚。②黃土狀粉土層（Q4al+pl）：埋深0.00～8.90m，厚度4.30～11.30m。③卵石層（Q4al+pl）：埋深7.80～13.60m，勘察厚度9.20～42.20m（未穿透），層面北低南高。

通過場地條件應用Revit軟件中的體量和場地繪制地形表面，通過創建參照平面放置點的方式創建合適的場地，通過不斷的拆分表面完成與現場情況相同的場地模型，如圖4和5所示。

4.3 支護結構

依據基坑的周邊現狀和環境情況，分析基坑周邊道路、建筑物位置、基礎型式以及施工荷載等因素，并結合該項目工程地質水文條件，該基坑開挖深度為15.0～18.0m，綜合上述因素分析，該項目擬采用放坡土釘墻+樁錨支護措施。支護樁為鉆孔灌注樁，設計為樁徑為1.0m，樁中心間距為1.8m，樁長為16.0m、19.0m和20.0m三種長度，總數量為438根，混凝土強度等級為C30。利用Revit軟件創建基坑支護結構的三維模型，主要建模步驟為：依據深基坑支護設計方案、CAD圖紙→建立支護樁軸網、標高→導入支護結構總平面圖→編輯支護樁基本屬性，完成單根支護樁模型→編輯單根支護樁屬性（參照設計方案中實際標高、長度、材質等信息）。所創建的基坑工程三維模型總平面圖如圖6所示，支護結構三維模型圖如圖7所示。

4.4 土釘和腰梁

在Revit軟件中利用同樣的方法對局部土釘墻、錨索和腰梁進行建模，對所建模型的材質、設計尺寸等信息根據設計方案進行編輯，然后利用Revit軟件創建相對應的三維模型，土釘墻、錨索和腰梁模型分別見圖8和9所示。

5 結語

BIM技術通過在建筑行業的的興起到不斷創新應用到現在，許多巖土工程師將BIM技術不斷引入到基坑工程中，進行實踐創新和應用研究，無論是基坑工程的前期設計階段、施工階段以及基坑后期的運營維護平臺管理階段，都對相關的技術進行了不同深度研究和應用，進而擴大BIMI技術在基坑工程中的全面應用。通過基坑工程中應用BIM技術所取得的成果來看，基坑工程的支護結構模型、信息化協調管理、參數化設計更加突顯了項目的高效實施，進而促進了施工過程的高效管理，加強了新技術的引進應用。利用三維模型的可視化進行技術交底和問題溝通，對工程量進行清單統計，實現平臺信息化管理。同時，將模型導入Navisworks軟件可對基坑工程的施工工序、土方開挖等動態施工進行模擬演示，進而更合理、直觀的表達施工過程。

基金項目：甘肅省建設科技攻關項目（JK2019-06）

參考文獻：

[1] EASTMAN C. BIM Handbook： a guide to building information modeling for owners， managers， designers， engineers and contractors [M]. Hoboken： Wiley， 2011：1.

[2] MIGILINSKAS D， POPOV V， JUOCEVICIUS V， et al. The benefits， obstacles and problems of practical BIM implementation [J]. Procedia Engineering， 2013， 57（1）： 767-774.

[3] 譚佩，陳立朝，周龍翔.BIM技術在深基坑中的應用[J].廣州大學學報（自然科學版），2016.15（1）：64-68.

[4] 嚴事鴻，趙春雷，楊廣鶴.BIM技術在土方開挖過程中的應用研究[J].施工技術，2017，46（12）：123-125.

[5] 周偉.BIM技術在巖土工程中的應用探微[J].山西建筑，2017，43（09）：69-70.

[6] 郭威，胡碧波.BIM技術在巖土工程中應用淺述[J].城市建設理論研究（電子版），2016（23）：76-77.

[7] 王丹，毛宗原.BIM技術在巖土工程中應用的探索與研究[J].建設科技，2018（22）：38-41.