BIM參數化在土方平衡中的應用與優化

毛任重　黃樹利　張桂松

摘? 要：傳統土方平衡是通過計算施工場地每個區段土方余缺量為目的的平衡計算;本文通過介紹BIM參數化應用，并將土方平衡與BIM參數化應用結合，通過航拍測繪對施工場地地貌進行掃描，生成地形表皮進行三維建模，再將建立的BIM模型進行網格分區形成區塊參數，同時在土方開挖階段就將景觀綠化施工階段同時考慮進來進行土方余缺量計算，來達到更為科學、高效的土方平衡，從而實現降低施工成本的目的。

關鍵詞：土方平衡? ?地形三維建模? BIM參數化應用

1? 選題背景

1.1? 土方平衡工作是決定進度計劃、征地、運輸方案等工作的重要一環，所以需要在項目策劃階段著重考慮。但在傳統的土方開挖階段的工作中，土方平衡僅停留在“方格法”算土方量的水平上，多年未有進步，更未對土方平衡做出明確定義，導致土方平衡工作僅憑各施工單位技術人員的經驗進行調整。土方平衡的錯誤計算會導致土方運輸量、運距、征地成本增加，有時甚至會導致額外支付將近100%～150%的工程造價，因此要用專業、科學的算法來進行計算。

1.2? 當前BIM技術應用正在快速發展階段，在工程施工中的許多領域都能發現BIM在當中發揮著重要作用，而將BIM模型進行參數化應用則使其擁有更為廣闊的發展空間。傳統的土方平衡計算僅通過現場打點測量標高形成點網，粗略地進行土方量地計算，費時費力且精度較低。而通過現有的航拍測繪對施工場地進行三維建模，再通過分格網形成區塊參數，利用數字化計算進行土方平衡計算，方便快捷且精確度高。在準確的土方計算的基礎下，還可以通過計算景觀綠化階段的場地標高，在土方開挖階段直接實現園林綠化需要的場地標高，從而達到避免“先開挖、后回填”或“先回填、后開挖”的情況，最終達到降本增效的目的。

2? BIM參數化在土方平衡中的應用與優化流程

2.1? 通過航拍測繪對施工場地地貌進行掃描

在土方開挖階段之前，需要對場地地貌進行航拍掃描，即使用航拍器對施工場地進行繞場一周的環狀拍攝，拍攝頻率要求平均3秒/張，再將拍攝的照片數量通過ContextCapture處理生成施工場地地貌三維模型。ContextCapture是一款能夠通過掃描、拍攝等手段獲取現實模式的應用軟件，實景建模軟件ContextCapture利用航拍生成的地形BIM模型能具有足夠的細節，同時具有精確的地理位置信息，這為后期的土方平衡計算提供了足夠的技術參數。該過程的優點在于簡單快捷，無需人工測繪，節省人力與工期。

2.2? 將三維地形模型進行分格網劃分提取網格區塊參數

在傾斜攝影三維模型生成后，再在其基礎上進行分格網分區，這一過程與傳統的土方標高測量類似，將每個分格網的標高提取出來形成標高參數。但相比傳統的土方標高測量形成的分格網，直接從三維模型形成的分格網可以進行更高密度的劃分，這樣形成的標高數據更多也更為精確。

2.3? 將土方標高參數進行三項平衡計算

首先將標高參數導入三維建模軟件Revit中，利用軟件自動生成的地形模型可以快速便捷地繪制土方平衡圖，同時利用三維模型也能更好地進行土方平衡、征地平衡和運距平衡的計算。首先統計不可遷移的建筑物、障礙物的位置與圖量，再在土方平衡圖上對取土場和棄土場的最大供土量與最大容土量進行計算，在得到最大供圖量和最大棄土量后，進行切割斷內余缺平衡;再考慮到土質需求與運距綜合成本選取成本最低取土場，進行二次平衡;最后第三次平衡計算各取土場所需征地面積尋找征地面積最優方案，并通過取土場、棄渣場進行運距平衡、運輸分配，得到優質土、棄土、復墾土最佳運輸分配方案。

至此土方開挖階段的土方平衡已經完成，但BIM參數化應用在土方平衡中的優化還不止于此。我們還可以試圖將景觀園林綠化階段的標高提取出來，再綜合考慮到施工組織、平面布置，不僅在空間上，更在工程周期的時間上進行土方平衡。在不影響正常施工的區域，從土方開挖階段就根據后期景觀豎向標高進行開挖和回填，來達到“時間和空間”上的土方平衡，避免“先開挖、后回填”或“先回填、后開挖”的無效施工作業。經過深化后的土方平衡與傳統土方平衡不同的是，傳統土方平衡通過計算出場內高處需要挖出的土方量和低處需要填進的土方量，來得出計劃外運進、出的土方量;而深化后的土方平衡能進一步減少少土方開挖和回填的工程量，從而達到降本增效的目的。

參考文獻：

[1]宋安旭.《明渠工程土方平衡完整算法》.邯鄲水電工程出版社

[2]航宣企劃.《明渠工程土方平衡完整算法遠程智能計算系統》 2012SR063598[G]