譚 佩，陳立朝，周龍翔

（廣州大學土木工程學院，廣東 廣州 510006）

BIM技術在深基坑施工中的應用

譚 佩，陳立朝，周龍翔

（廣州大學土木工程學院，廣東 廣州 510006）

以某深基坑為例，闡述了BIM技術在該深基坑中的應用，重點介紹了深基坑3D模型的建立、基坑監(jiān)測數據實時查看、復雜節(jié)點配筋、施工進度模擬等內容.實踐證明，通過BIM技術可為深基坑工程施工解決一些重難點問題，有效地保證了施工的質量與進度.

深基坑；監(jiān)測；節(jié)點；4D模擬

隨著城市建設的加快，逐漸向地下空間發(fā)展，深基坑的數量、深度均在不斷增加［1］.設計、施工、監(jiān)測是基坑工程的3個主要內容.傳統(tǒng)的二維基坑設計已經不能滿足基坑工程進度、安全、質量等要求［2］，傳統(tǒng)的基坑設計圖紙每一張都是獨立的，并沒有能整合所有圖紙信息的中央數據庫，這些圖紙必須依靠專業(yè)的技術人員才能看懂，缺乏項目信息的整合度和協(xié)調度；按照傳統(tǒng)設計方法設計的平面圖、立面圖、剖面圖常常會出現信息不一致的情況，且不能清晰表達支護結構、周圍建筑、地下管線之間的空間構造關系［3-4］，如何在保證工期、安全、質量、建筑的前提下，高效率、高質量、低成本的完成工程建設是一個嚴峻的問題.

建筑信息模型（Building Information Modeling）是指利用參數化的模型進行項目的設計、施工、運營的指導過程.基于BIM的模型建立過程就是項目的中央信息數據庫的建立過程，包括建筑物生命期內所有實體和功能特征的相關信息，如工程信息、幾何信息、物理信息、造價信息以及制造裝配信息等，可服務于項目的整個生命周期，這為項目團隊成員間進行信息交換提供了方便，使提高項目整合度和協(xié)作度成為可能.BIM技術具有可視化、可出圖形、模擬性、優(yōu)化性、協(xié)調性等特點［5-6］，可實現模型從二維空間到三維空間的轉變，許多在二維圖紙中無法表達的信息可以在三維模型中表達，并可以細化到模型的每一個節(jié)點，各專業(yè)間的構件、單元等都可以用直觀的立體三維效果圖表示，實現信息模型與工程管理模型完美結合，減少項目在設計、施工、維護期間的不可預見性和不確定性［7-9］，如：在設計階段，可以優(yōu)化設計，以更好地利用建筑空間，并有效避免各專業(yè)之間管、線的沖突，提高各專業(yè)之間的配合和協(xié)調，減少各種圖紙的錯、漏、缺現象；施工階段，可以利用該模型進行施工4D（3D模型加時間軸）模擬，實現虛擬施工和現實施工的有效協(xié)調［10］；在成本控制上，可以利用其中的信息進行預決算，可以實時監(jiān)控工程的實際成本；在監(jiān)測階段，可以將動態(tài)監(jiān)測的結果輸入BIM模型，進行實測數據與虛擬模型的結合，實現虛擬現實監(jiān)測等［11］.

將BIM技術引入基坑工程特別是復雜深大基坑的設計、施工、監(jiān)測中，通過創(chuàng)建基坑BIM模型，打破基坑設計、施工、監(jiān)測之間的傳統(tǒng)隔閡，實現多方無障礙的溝通和信息共享，讓項目不同參與方可以共同協(xié)作，通過三維可視化溝通加強基坑工程的施工現場、成本、進度、質量管理，節(jié)約成本，減少現場返工，提高工作效率.

1 項目概況

佛山某基坑工程占地面積約110 m×70 m，擬建酒店及商住樓各1棟，24～28層（樓高約80～100 m），框剪結構，裙樓4層，框架結構，采用樁基礎；設有地下室4層，底板設計標高約為相對高程-14.90 m.基坑開挖深度15.59 m，基坑周長約350 m，基坑支護設計安全等級為一級.基坑支護結構采用地下連續(xù)墻+三道鋼筋混凝土內支撐的支護形式，地下連續(xù)墻厚800 mm，連續(xù)墻長約42～45 m.

2 深基坑BIM模型

模型采用Autodesk Revit軟件建立基坑3D模型，先將有軸網、立柱樁、攪拌樁和內支撐的CAD圖紙鏈接至Revit軟件中，其中地下連續(xù)墻用基本墻繪制，內支撐、腰梁、冠梁等用梁單元繪制，攪拌樁、工程樁等用混凝土柱單元創(chuàng)建，本基坑的3D模型見圖1.相比傳統(tǒng)的二維圖紙，3D模型實現了圖紙可視化，通過3D模型能為現場施工的人員直觀、完整地展示支護樁結構、內支撐結構、地下連續(xù)墻等，使工作人員充分地了解設計意圖，避免因理解錯誤而造成的損失.地下連續(xù)墻深層水平位移的測斜孔則采用柱模型代替，以便將基坑監(jiān)測信息與Navisworks軟件中的模型關聯.

圖1 基坑3D模型與基坑平面圖Fig.1 Foundation's 3D model and plan

3 基坑監(jiān)測信息實時查看

BIM軟件的主要功能之一是處理模型信息，項目的所有實體和功能等信息都存儲在BIM模型中，不僅可以在建模過程中注入相關信息，也可以在模型完成后再附加圖片、文字等信息，許多軟件提供用戶自定義參數或字段補充軟件原有的參數或字段［10］.基坑監(jiān)測是一個動態(tài)的過程，隨著基坑工程的施工，在不同施工階段均會產生大量監(jiān)測數據，而這些數據并不是在建模時就存在的，監(jiān)測數據需要與當時的施工工況相關聯才有意義.

Navisworks軟件中“Data Tools”工具可實現外部數據與模型的關聯，實現監(jiān)測數據與實際工況的同步.通過在構建的對象特性里附加額外的信息，而無需去Revit軟件中修改或增加連續(xù)墻的族參數，從而大大減少設計人員的工作量.具體方法如下：

（1）借助微軟Excel表格創(chuàng)建地連墻測斜的參數數據見圖2，表格中“GUID”值為基坑測斜孔模型構件的“GUID”，該“GUID”值是前述用Revit創(chuàng)建的基坑模型時軟件自動賦予的構件標識，是全球唯一標識.“GUID”值作為微軟Excel檢測數據記錄與模型關聯的唯一標識，把需要關聯的模型構件的“GUID”值從Navisworks的特性中復制到該表的GUID字段中.

圖2 地連墻測斜監(jiān)測信息參數表Fig.2 Parameter list of the monitoring information of underground continuous wall

（2）利用“Data Tools”工具設置需要關聯的Excel文件并正確輸入SQL語句指定要查詢的數據庫表，本項目中SQL語句具體為“SELECT* FROM［基坑監(jiān)測參數$］WHERE＂GUID＂＝% prop（＂項目＂，＂GUID＂）”，見圖3.

圖3 編輯鏈接Fig.3 Edit link

其中，“%prop”為Navisworks的模型特性函數，工作原理為利用2個參數：“項目”和“GUID”返回用戶在Navisworks中所選中的模型構件的GUID值，SQL語句將利用這個GUID值在Excel文件中檢索“GUID”字段，找出“GUID”相等的記錄，并顯示該行記錄的相關信息.

（3）輸入字段名稱即可關聯表格與模型，打開已關聯的模型對象的“特性”窗口，將在“特性”窗口中出現“地連墻測斜位移”頁面，見圖4.

（4）上述方法只適用于特定語言版本的Navisworks軟件，例如該例為簡體中文版，不適用其它語言版本，譬如英文版.原因是%prop函數的第一個參數為中文的“項目”，不同的語言版本該參數的翻譯將會不同，為了避免這種語言導致的問題，可以用一個與語言無關的函數：%intprop，并且該函數的第一個參數“LcOaNode”為內部名，將與語言無關.把SQL語句改為如下方式：“SELECT *FROM［基坑監(jiān)測參數MYM］WHERE＂GUID＂＝%intprop（＂LcOaNode＂，＂LcOaNodeGuid＂）；”這樣即使在英文版軟件中也能正確為模型添加附加信息.這種為模型添加附加信息的方法使監(jiān)測人員從大量的監(jiān)測表格中釋放出來，實現各方對監(jiān)測數據的共享，方便工作人員能快速、準確地找出危險點和變形敏感點，確定是否啟動應急預案，使監(jiān)方實時查看監(jiān)測數據，從而提高工作效率.

圖4 基坑監(jiān)測信息顯示Fig.4 Foundation pit monitoring information display

4 復雜節(jié)點配筋

大型項目中的鋼筋多達幾十萬根，如果設計師一根根地去繪制，這樣設計工作不僅機械且工作量非常大，這時可以借助Autodesk公司提供的Extensions插件，它是目前使用率較高的一款配筋插件，可以實現對基坑的內支撐梁、腰梁、冠梁等快速進行配筋.設計人員只需要在該插件中定義主筋和箍筋的鋼筋參數、間距、根數、位置等信息，軟件則可以根據參數自動為梁、柱等配筋，但是對于變截面和異形主體則無法使用，只能根據Revit軟件中自帶的鋼筋命令繪制.

圖5 復雜節(jié)點配筋Fig.5 Complex joint reinforcement

本項目利用該插件和Revit軟件中自帶的繪制鋼筋的命令可將梁的每根鋼筋均清晰表達出來，實現復雜節(jié)點各構件空間關系的可視化，圖5為基坑對撐與角撐相交節(jié)點的鋼筋展示.由于該基坑支撐體系節(jié)點復雜，對梁配筋后，在節(jié)點交叉處發(fā)現大量對撐上部鋼筋和箍筋與角撐上部鋼筋發(fā)生碰撞，發(fā)現后通過調整縱向鋼筋的位置，更重要的是可非常直觀地測量鋼筋的間距，確保鋼筋滿足規(guī)范要求的最少間距.通過該方法，使這些問題在施工前得到解決，減少工人在綁扎鋼筋時由于鋼筋排布不合理而返工，修改后模型見圖6.通過在施工前對鋼筋進行建模，使相關工作人員均能理解各施工工序的關鍵節(jié)點，解決可能在施工過程中遇到的問題，發(fā)現圖紙中存在的錯誤，及時采取措施糾正錯誤，加快施工速度和減少工程造價.

圖6 修改前和修改后剖面圖對比Fig.6 Profile comparison before and after modification

5 深基坑工程4D施工模擬

該工程場地狹小，各項施工交替進行，運用Navisworks軟件可實現對基坑工程的施工動畫模擬，可找出合適的施工方案.通過4D施工模擬，直觀、形象地展示施工計劃進度和實際進度、各施工步驟之間的先后順序以及工序之間的銜接情況，準確地掌握施工過程中的要點和難點，將問題提前解決.同時方便施工單位直觀了解施工情況，合理地安排施工工序，避免因施工工序錯誤而導致的人、材、機等的浪費，保證工程高效率、高質量完成.

先用微軟Project軟件編制進度計劃，再將進度計劃導入Navisworks中，使3D模型與時間進行關聯，結合動畫模擬施工見圖7.施工模擬順序：攪拌樁─工程樁─地下連續(xù)墻─冠梁及第1道支撐─第1道腰梁及第2道支撐─第2道腰梁及第3道支撐.在開挖第2道支撐的時候，由于鋼筋綁扎工人員不足，無法滿足甲方確定的節(jié)點工期目標，施工單位與BIM技術人員溝通與討論，擬定了一個新的施工方案，將綁扎順序由原有的先綁扎對稱梁改為先綁扎角撐梁的鋼筋，并用BIM技術進行施工進度模擬，以滿足施工進度的要求，并從Navisworks軟件中導出施工模擬動畫，進行現場播放.

圖7 基坑工程施工模擬Fig.7 Construction simulation of foundation engineering

6 結 語

通過對該基坑工程應用BIM技術，相比于傳統(tǒng)的基坑施工模式，實現了基坑工程施工過程的動態(tài)管理，給業(yè)主和施工單位帶來了明顯的效益和優(yōu)勢.由于中國BIM技術起步晚，BIM技術作為一種嶄新的技術方式，熟練掌握BIM相關軟件及理論知識的人員還較少，沒有制定統(tǒng)一的BIM技術標準，基于BIM平臺的基坑建模和計算軟件還不完善，硬件設施配置不夠等原因，所以BIM技術在深基坑工程中的應用范圍較淺，更多的是體現在基坑工程設計和施工階段有優(yōu)越性，并沒有將其用于項目的全生命周期，實現全過程的信息管理.相信隨著計算機信息數字化的快速發(fā)展，BIM技術的應用一定會普及到工程的全生命周期，這也是BIM技術未來在基坑工程中的發(fā)展方向.

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Application of BIM in deep foundation pit construction

TAN Pei，CHEN Li-chao，ZHOU Long-xiang
（School of Civil Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China）

Based on a deep foundation pit，this paper introduced the application of BIM in the foundation pit project，mainly including building 3D model，viewing real-time data of pit monitoring，complex joints reinforcement，construction sequence simulation.It showed that using the BIM technology can solve difficult problems and ensure the construction quality and schedule effectively.

deep foundation；monitoring；joints；4D simulation

TU 17

A

1671-4229（2016）01-0064-05

【責任編輯：孫向榮】

2015-09-28；

2015-12-14

譚 佩（1990-），女，碩士研究生.E-mail：879008378＠qq.com