基于BIM 的基坑挖運施工模擬

何錦龍，徐超

（南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211167）

0 引言

隨著經濟水平的不斷提高，高層住宅、地鐵工程和地下空間發展迅速。采礦基礎技術的深度、規模和數量日益增加，并向更深方向發展。 此外，在建筑和人口密集的城市，對基坑建設的設計和施工也提出了更高的要求。

1 BIM 技術特點

1.1 信息集成

BIM 在技術方面的重要進步和突破是在三維模型中集成工程信息，改變了原有的二維施工模型工作方式。 通過創建覆蓋不同學科的技術通信信息族庫，建立了完整的三維模型數據庫，設計師可隨時獲取建筑內部構件的信息，包括材料類型、幾何形狀、空間關系等。

1.2 工作協同性

BIM 技術為參與項目的每個人搭建了一個同步工作的平臺。 建設單位可以及時提供信息，促進項目各方面的控制， 提高項目的整體效率。 此外，BIM 的三維模型在工作過程中可以有效促進整體結構的規劃和補充， 在解決專業之間的沖突與差異時具有突出作用，在施工的進程保障中具有重要意義。

1.3 工作關聯性

BIM 工作關聯是指在建造或使用三維信息模型過程中，如果部分建筑信息發生變化，則三維模型可以同步改變， 通過BIM 技術改變參數信息或模型， 工作人員不再需要單獨更改圖紙的各個部分。BIM 技術的工作相關性使得不同學科之間的聯系更加緊密，節省了人力成本。

1.4 工作可視化

BIM 技術的一個主要特點是視覺化，與傳統的二維CAD 繪圖相比，基于Revit 等軟件的三維模型可以用一個模型來表達多個二維圖形，三維顯示更加直接，也能夠在顯示基本信息的過程中減少信息的多重顯示和交叉傳輸，降低信息風險，同時能夠更加直觀高效地進行模型呈現。

2 基于BIM 的實時施工模擬

2.1 實時施工模型

實時施工模型是一個三維模型，用于根據實際施工進度模擬各種參數。在規劃階段建立的最初三點模式為實時建筑模式奠定了基礎，但是必須根據實際施工進度不斷更新該模型。實時模型的主要特點是模型中包含的信息隨著設計而增加，模型本身也在不斷更新，它能準確反映各階段施工的實際情況，有利于工程的動態控制。

2.2 實時施工模型的自動創建方法

在實時施工模型的創建過程中，由于技術的局限性需要結合實地情況進行數據的更新和核實。建立人工模型需要更多的工作人員和時間，因此其可行性很低。利用自動圖像識別和匹配技術自動生成實時參數的技術， 以及自動轉換對象的屬性為數組，大大提高了模型的實時自動化，如圖1 所示，它是根據處于特定狀態的原始內容進行對應內容創建， 以程序內定的模式從數據采集到實時BIM 的建立進行模擬和創建。

圖1 實時施工模型自動創建框架

3 工程應用實例

3.1 工程概況

該工程位于武漢市洪山區紅旗路南，解放路西，建筑總用地面積約為11 027 m2， 底邊線周長約為390 m。 場區地形較平坦，地面標高約3.50～6.00 m，基底標高為－12.8～－15.3 m， 基坑深度約 19～21 m，本次施工結合周邊環境以及基坑的地質情況，施工過程中擬采用基礎類型作為樁基礎， 基礎埋深約7.2 m[1]。 西側采用雙排PRC 煙囪支護，東測采用懸臂VR 瓷垛支護形式，Keller 通道基礦采用CPC 煙囪+鋼管支護形式。

3.2 BIM 模型建立

通過對各種建模和設計仿真軟件進行比較分析，NavisWorks 和Revit 軟件之間的信息具有良好的互操作性。 該工程使用核心建模軟件Revit 用于板的基本建模， 該方法是參照Autodesk 公司的BIM 解決方案，NavisWorks 用于板的基本建模使用三維設計仿真[2]。

（1）創建標高軸網:在建筑設計過程中標高軸網在定位過程中具有重要意義。 根據施工情況不同，標高軸網的制作方法也有所變化。 由于該工程基坑面積大，因而標高軸網的設計和使用比較復雜，選擇先進行CAD 圖的整理然后進行導入的方法進行設計。

（2）創建圍護樁：該工程的支護樁采用獨立建制的混合配筋（PRC 樁）。 基于不同的地質條件，分為十二個不同的剖面， 由于PRC 樁的高度和樁頂樁底標的高度不一樣， 因此建立了12 種不同類型的PRC。

（3）創建內支撐、冠梁、連梁：在進行鋼管內置的構建過程中可以通過自建族和族文件混凝土借助輻射單元進行模具繪制、冠束和耦合束，并可編輯其類型參數。

（4）創建混凝土墊層和底板：可以根據底板和墊層選擇結構族，根據底板結構層的形式進行加墊層，改變裝潢參數，材料全部采用混凝土澆筑。

（5）創建地質地層:由于采用的Revit 模式在創建地質底層特殊結構過程中缺少相應的組建，可根據結構層功能集合樓層建筑的高度和厚度等要求進行模擬，對土層c 值、φ 值、E 值等關鍵值進行添加補充。

3.3 施工模擬

該工程整體施工順序為： 地形平衡、 定位及順序、鋼管堆放、地漏、錨索、錨桿、混凝土灑水面按換填面交替施工， 上一層挖空后， 下部結構和巖石開挖。為了優化工藝，節省施工時間，減少放空過程，應注重放空過程施工的連續性。 為保證混凝土必要的硬化時間，采用了分層、臺階交叉的過程。 通過調整進度計劃進行三維施工模擬， 合理調整施工方案[3]。第一層第三段地面開挖時，第一段施工面層可同時進行施工。第一段表層和第二段腰梁梁施工階段是為了形成一個適當的重疊過程（圖2）。 圖3 為開挖后的邊坡處理。

圖2 基坑工程開挖支護動畫

圖3 基坑工程收坡施工動畫

4 結語

通過對武漢某工程基坑構建中BIM 技術的使用進行研究， 探討了BIM 在當前技術要求下進行基坑施工的可行性以及優勢， 得出BIM 技術在進行工程進度的整體控制和信息管理過程中有較大優勢。 但同時需要注意的是， 我國BIM 技術起步晚，應用范圍比較局限，需要廣大從業人員在實際工作中不斷應用和學習，以盡快發展深基坑施工技術全生命周期的項目管理。