基于BIM技術(shù)對深基坑模型的創(chuàng)建

楊全兵

摘要：深基坑工程應(yīng)用BIM技術(shù)的基礎(chǔ)和核心，是通過相關(guān)軟件對其進行模型的創(chuàng)建，進而將基坑模型實現(xiàn)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(chuàng)建，并說明模型創(chuàng)建的前期準備、軟硬件需求、創(chuàng)建過程及模型的創(chuàng)建成果。

關(guān)鍵詞：Revit;深基坑支護;模型創(chuàng)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(shè)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(shù)的應(yīng)用能夠使施工設(shè)計方案的確定和優(yōu)化更加合理化、高效化，并方便施工現(xiàn)場技術(shù)交底、過程管控及質(zhì)量檢查等工作，加強對施工質(zhì)量和進度的把控[2]。近年來，隨著國內(nèi)外BIM技術(shù)的快速發(fā)展，尤其通過建筑、結(jié)構(gòu)、機電各專業(yè)的廣泛應(yīng)用，巖土工程中也逐漸延伸應(yīng)用BIM技術(shù)。同時，深基坑工程項目應(yīng)用BIM技術(shù)的基礎(chǔ)、核心是創(chuàng)建三維模型，基坑工程的復(fù)雜節(jié)點配筋、監(jiān)測數(shù)據(jù)查看、施工進度的模擬等[3]，而Revit軟件對創(chuàng)建三維模型有著相對優(yōu)勢，本文主要針對深基坑工程的支護結(jié)構(gòu)進行三維模型的創(chuàng)建及一些具體要求。

2 基坑BIM技術(shù)應(yīng)用

國內(nèi)學(xué)者利用BIM技術(shù)對地質(zhì)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(tǒng)計。通過建筑深基坑工程、地質(zhì)模型及圍護結(jié)構(gòu)三維模型的創(chuàng)建，可形象的反應(yīng)兩者之間的相對位置關(guān)系，對圍護結(jié)構(gòu)位置進行準確的判斷，從而可以真實的反應(yīng)實際施工情況，可以讓業(yè)主及相關(guān)方更好的了解整體設(shè)計意圖和最終方案建成效果，通過BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工程項目的統(tǒng)一管理，設(shè)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(xié)調(diào)管理。設(shè)計單位能夠依據(jù)模擬成果進行設(shè)計調(diào)整及設(shè)計優(yōu)化，施工單位能夠依據(jù)模擬成果進行模擬施工，能夠直觀的體現(xiàn)整個基坑工程施工的全過程[4]。

國內(nèi)首次將BIM技術(shù)應(yīng)用在基坑工程的招投標實施過程中，通過創(chuàng)建基坑工程的三維模型，對基坑工程實現(xiàn)可視化交底和，在投標過程中可以將利用BIM技術(shù)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(shè)項目有所理解。在基坑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以準確、快速的進行工程量、材料用量的統(tǒng)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(shù)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(chuàng)建，并結(jié)合應(yīng)用Project和Navisworks軟件，根據(jù)施工進度計劃安排進行施工進度的動態(tài)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(xiàn)象，實現(xiàn)項目部對施工過程的高效管理和控制[6，7]。

3 模型創(chuàng)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(shù)主管和項目經(jīng)理三個級別，分工比較明確、簡單，團隊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

BIM項目經(jīng)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(quán)限，對BIM工作進度的管理與監(jiān)控，組織協(xié)調(diào)各專業(yè)人員。建模技術(shù)主管主要負責對創(chuàng)建模型的審核，組織、協(xié)調(diào)人員進行BIM模型的搭建和質(zhì)量管理，負責對外數(shù)據(jù)接收和交付，配合檢查其他相關(guān)合作方的檢驗。建模工程師（BIMer）主要協(xié)助建模技術(shù)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(yīng)專業(yè)的建模工作。

3.2 硬件要求

利用BIM技術(shù)創(chuàng)建深基坑支護結(jié)構(gòu)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(jié)合常規(guī)模型的創(chuàng)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(guī)的工程建設(shè)項目。

3.3 常用軟件功能

深基坑工程BIM應(yīng)用軟件有多種選擇，核心建模軟件有Revit、CATIA，結(jié)構(gòu)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(lián)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(nèi)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(shè)計驗算采用北京理正深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件7.0版本，計算參數(shù)取值見表3。通過計算驗算確定該深基坑支護結(jié)構(gòu)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(shè)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(qū)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(yīng)用Revit軟件中的體量和場地繪制地形表面，通過創(chuàng)建參照平面放置點的方式創(chuàng)建合適的場地，通過不斷的拆分表面完成與現(xiàn)場情況相同的場地模型，如圖4和5所示。

4.3 支護結(jié)構(gòu)

依據(jù)基坑的周邊現(xiàn)狀和環(huán)境情況，分析基坑周邊道路、建筑物位置、基礎(chǔ)型式以及施工荷載等因素，并結(jié)合該項目工程地質(zhì)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(shè)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(shù)量為438根，混凝土強度等級為C30。利用Revit軟件創(chuàng)建基坑支護結(jié)構(gòu)的三維模型，主要建模步驟為：依據(jù)深基坑支護設(shè)計方案、CAD圖紙→建立支護樁軸網(wǎng)、標高→導(dǎo)入支護結(jié)構(gòu)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(shè)計方案中實際標高、長度、材質(zhì)等信息）。所創(chuàng)建的基坑工程三維模型總平面圖如圖6所示，支護結(jié)構(gòu)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(zhì)、設(shè)計尺寸等信息根據(jù)設(shè)計方案進行編輯，然后利用Revit軟件創(chuàng)建相對應(yīng)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(jié)語

BIM技術(shù)通過在建筑行業(yè)的的興起到不斷創(chuàng)新應(yīng)用到現(xiàn)在，許多巖土工程師將BIM技術(shù)不斷引入到基坑工程中，進行實踐創(chuàng)新和應(yīng)用研究，無論是基坑工程的前期設(shè)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(guān)的技術(shù)進行了不同深度研究和應(yīng)用，進而擴大BIMI技術(shù)在基坑工程中的全面應(yīng)用。通過基坑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)所取得的成果來看，基坑工程的支護結(jié)構(gòu)模型、信息化協(xié)調(diào)管理、參數(shù)化設(shè)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(shù)的引進應(yīng)用。利用三維模型的可視化進行技術(shù)交底和問題溝通，對工程量進行清單統(tǒng)計，實現(xiàn)平臺信息化管理。同時，將模型導(dǎo)入Navisworks軟件可對基坑工程的施工工序、土方開挖等動態(tài)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(shè)科技攻關(guān)項目（JK2019-06）

參考文獻：

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[3] 譚佩，陳立朝，周龍翔.BIM技術(shù)在深基坑中的應(yīng)用[J].廣州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016.15（1）：64-68.

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