BIM技術在某土木工程施工中的應用分析

張軍軍 李彩紅

（黃河科技學院，河南 濟源 459000）

0 引言

BIM技術是一種建筑信息化模型技術。利用BIM技術，能夠將土木工程中的建筑特征通過數字化展現，便于土木工程施工中各參與方實現數字信息的交流，實現信息共享，可實時了解工程進度，從而提高工作效率。同時，土木工程應用并融合BIM技術，不僅可以促進傳統土木工程施工模式實現創新，而且也有利于土木工程實現更好、更快的信息化發展。由此可見，加強BIM技術研究對促進土木工程發展有著深遠的意義[1]。

1 BIM技術的特征

BIM技術已經成熟，其具有以下特征：

（1）可視化特征。BIM建筑信息模型中，整個過程都是可視化的，因此土木工程的設計、施工、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。

（2）協調性。BIM技術能夠協調施工的各參與方以及其他各個方面，讓土木工程施工變得規范合理，能夠避免施工的不合理性；還能夠讓施工方和甲方實現實時信息交流，進而可對施工做出相應調整，提高工程的質量和效率[2]。

（3）模擬性。模擬性并不是只能模擬設計出的建筑物模型，BIM模擬性還可以模擬不能夠在真實世界中進行操作的事物，在設計階段，BIM可以對設計上需要進行模擬的東西進行模擬實驗。

（4）一體化性。基于BIM 技術，可實現從設計到施工，再到運營，貫穿工程項目的全生命周期的一體化管理。

（5）可出圖性。BIM技術通過對建筑物進行了可視化展示、協調、模擬、優化以后，還可以幫助業主出圖紙。

2 工程概況

某大型土木工程項目共計占地面積約為6.8萬m2，建筑面積總計約22萬m2。基坑面積約4.9萬m2，基坑南北長約405m，東西寬約135m，周長約是1125m，基坑開挖深度是3.5m～16.5m。綜合現場情況，擬定基坑支護采取預應力錨索＋排樁方式進行支護，預計使用預應力錨索2075根，成孔直徑都是15cm，工期為4個月。基坑支護施工時，按照實際需要及基坑四周環境情況，決定在基坑東側使用永久性錨索，其他位置則都是用臨時錨索，且錨索實際數量會隨基坑開挖深度變化而變化。

3 項目施工的重點和難點

3.1 地理位置特殊

該項目基坑的西側有兩層高的變電站；在基坑北側順著東西走向的紅線，有一排工業廠房和公共基礎設施，工業廠房基本都是采用的混凝土框架結構及砌體結構；在基坑的南側存在既有市政道路。因此，在基坑施工前，就必須要將現場的地質、地形、既有建筑及管線等情況勘查清楚，以確保此次基坑錨索施工高效優質進行。

3.2 地質條件復雜

基坑開挖之前，對現場做了全面的地質地形勘測后，得知現場地質土層主要包括素填土、粉土、砂質士、卵石層、強風化泥巖及中等風化泥巖等，具體巖性指標如表1所示。此外，現場地下水位比較高，且水量較大，基坑降水也是重點。

表1 現場土層巖性指標

3.3 錨索數量多

該基坑項目開挖施工及支護作業比較復雜，預計使用2075根錨索，且現場有22處陰陽角。所以支護施工時如何布置錨索位置，避免陰陽角錨索發生碰撞是重中之重。

4 BIM技術的實際應用

該基坑項目中預應力錨索施工是最為關鍵的部分，其質量直接決定了基坑支護的整體質量。因此，為了提高預應力錨索施工的效率及質量，基于BIM技術，結合工程圖紙及勘測報告等，運用Revit軟件建立了基坑支護樁錨的三維模型，以便輔助施工[3]。

4.1 構建基坑三維模型

根據施工圖紙及現場勘測資料，通過Revit軟件構建了相應的基坑三維模型。但在建立模型時，Revit軟件內沒有現成的腰梁、錨索等構件的“族”，便自行對相應的“族”進行了設計，例如：在建立錨索族的過程中，應根據實際情況選擇合適的入射角、自由段長度、錨固段長度、錨索直徑及材質等。建立好錨索族之后，在后期使用時可根據實際需要合理調整錨索族的參數，以便設計及施工[4]。

建立相應的族后，開始構建基坑三維模型，具體步驟如下：

（1）在Revit軟件中點擊建筑樣板，創建新的項目；

（2）通過“體量和場地”的“地形表面”工具構建出基坑場地模型；

（3）在模型中輸入基坑大小、高程等參數；

（4）通過“建筑”對話框中的“標高”及“軸網”工具，構建支護結構的標高及軸網；

（5）通過“族”工具欄中的“混凝土圓形樁”功能構建出排樁模型；

（6）使用提前建好的“錨索族”構建錨拉樁支護模型；

（7）使用“族”工具欄中“梁”構建出冠梁模型。

4.2 碰撞檢查及設計優化

建好基坑及支護結構三維模型后，將模型數據傳入Navisworks軟件，通過其中的ClashDetective工具對錨索施工相關構件進行碰撞檢測。此次碰撞檢測總計檢測出了300余處碰撞點，其中，同類碰撞和不同錨索施工碰撞占比達到了90%，排樁與錨索碰撞只占10%。這主要是因為該基坑結構是不規則的、陰陽角比較多，且四周環境復雜，易出現錨索碰撞，主要集中在錨固段及自由段。因此，在BIM模型中對碰撞位置做了相應的調整及優化，然后再導入Navisworks軟件中再次做碰撞檢測，直至不再出現碰撞問題。然后根據發現的問題與設計單位溝通，對設計方案進行優化，最終去掉了兩根錨索，優化了7處陰陽角的設計以及300根錨索。同時，也對300處碰撞點均做了優化調整。

在檢測錨索與既有建(構)筑物碰撞時，該項目基坑四周地下管線、既有建筑物、市政道路等比較多，基坑西側17m處有兩層的變電站，該變電站為鋼筋砼結構，基礎標高低于基準面以下約3m～20m。結合設計圖紙及BIM模型可知錨索長度均＞23m，最大長度可達34m，鉆孔設計角度是20°。通過現場測量和模型碰撞檢測，發現施工時鉆孔角度是符合要求的，但是也會跟變電站的東南角發生碰撞。經討論及優化調整后，最終將錨索鉆孔施工角度調整為了25°，既保證支護效果，也避免了碰撞[5]。

4.3 BIM技術的其他應用

（1）將基坑支護結構三維模型建成后，也可利用Revit 軟件將三維模型編輯成漫游動畫，在現場對施工人員進行施工技術交底，有效指導施工。

（2）基于基坑支護的BIM模型，也可以將各區域施工所需的材料及配件的用量精確地計算出來，以便給材料采購和材料管理提供參考依據。

（3）可使用Navisworks 軟件將基坑支護模型制成模擬動畫，對基坑支護施工的全過程進行全程模擬，使相關人員可以更加直觀地看到隨著施工的推進，材料的實際消耗量，而且還能推測工期，進而可為施工材料管理及進度管理提供幫助。

（4）可將基坑支護三維模型導入Lumion內進行渲染，以便直觀的查看實際效果。

（5）通過BIM 5D技術，可以實現對基坑支護施工的實時、高效管控[6]。

5 結束語

綜上所述，該項目通過應用BIM技術模擬基坑支護施工，有效解決了基坑支護施工中的難點，提高了施工效率，最終共計節約工期15 天，總體成本節省約50 萬元。因此，從長遠發展的角度來看，土木工程建設企業應對現有施工模式進行創新，積極應用BIM技術模擬、指導、協調項目施工，提高施工效率，優化項目質量。土木工程建設企業在應用BIM系列軟件時，可根據項目實際情況及需要，有針對性地選擇BIM軟件或軟件組合，這樣可以達到事半功倍的效果，進而為土木工程行業實現現代化、信息化發展注入強大的動力。