都 智 剛

(山西建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002)

1 概述

BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點。

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，城市用地空間的日趨緊張，向地下要空間已是大勢所趨，大規(guī)模超深基坑比比皆是。目前的基坑支護(hù)方法主要有排樁、地下連續(xù)墻、土釘墻、錨索、水泥土擋墻、內(nèi)支撐等。其中土釘墻支護(hù)體系以其造價低、工期短、施工便捷等優(yōu)勢，在基坑工程領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。尤其是在華北地區(qū)，土質(zhì)以粉土、黏土、粉質(zhì)黏土為主，自穩(wěn)性好，且地下水位埋深較深，土釘墻支護(hù)更是大行其道，成為市場最為認(rèn)可的支護(hù)形式之一。

BIM技術(shù)是貫穿建設(shè)工程項目全生命周期的一項計算機(jī)輔助技術(shù)，一般是從基坑開挖、支護(hù)到地下結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)的建設(shè)，直至管道安裝、室內(nèi)裝潢等過程均全程體現(xiàn)。但目前見到的BIM應(yīng)用在基坑工程中主要是以內(nèi)支撐為主，間或也有排樁、地下連續(xù)墻等的應(yīng)用，而土釘墻支護(hù)體系的BIM應(yīng)用卻很少見到。本文就通過一個實際工程展示BIM技術(shù)在土釘墻支護(hù)中的建模、場布、碰撞檢查、施工模擬等具體的應(yīng)用。

2 工程概況

本工程位于山西省晉中市榆次區(qū)，地上14層，地下2層，筏板基礎(chǔ)，基坑深度7 m?；硬捎猛玲攭χёo(hù)方式，設(shè)置4排土釘。開挖范圍內(nèi)以粉土、粉質(zhì)黏土為主，無地下水。

基坑臨近有2層建筑，距開挖線3 m(距開挖上口線僅0.9 m)，埋深2 m。地下管溝距開挖線1.5 m，埋深-2.2 m～-3.2 m間，寬度0.8 m。

本工程場地情況比較復(fù)雜，需要支護(hù)的部位存在地下管道與現(xiàn)有房屋的基礎(chǔ)，對土釘?shù)脑O(shè)置高度和角度有較大的約束，采用BIM技術(shù)可以更好的進(jìn)行工程設(shè)計和施工管理。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 項目實施框架

本項目的開展，第一階段是采用廣聯(lián)達(dá)場布軟件進(jìn)行場地三維布置，包括場地模型的建立、場地漫游以及車輛行走的碰撞檢測；第二階段是基坑模型的建立，這也是項目的重點和難點，包括族的建立、組裝模型以及Revit應(yīng)用等；第三階段是基于Revit和Navisworks的碰撞檢測；第四階段是采用Navisworks進(jìn)行模型的漫游和審閱，以及施工動畫的制作；最后是BIM的施工模擬，包括施工進(jìn)度模擬以及費用模擬等。

3.2 場地三維布置

利用廣聯(lián)達(dá)BIM施工現(xiàn)場布置軟件，創(chuàng)建三維場地布置模型(見圖1)，包括既有和擬建建筑物、機(jī)械、材料、倉庫、堆場、安全設(shè)施、圍擋等。

3D模型的現(xiàn)場布置可以讓施工人員更直觀、清晰的了解現(xiàn)場情況。三維漫游可以檢查施工場地中建筑物、機(jī)械、堆場、道路、車輛等有無發(fā)生明顯碰撞，這在二維圖紙中是比較難發(fā)現(xiàn)的。同時模擬車輛機(jī)械進(jìn)出場功能可以保證現(xiàn)場施工道路的暢通，各種材料的放置情況也可以在施工前安排妥當(dāng)，最大限度的減少場內(nèi)二次搬運。

3.3 土釘墻支護(hù)專業(yè)族的建立

三維模型的建立是BIM技術(shù)的基本工作，但在實際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，Revit作為目前應(yīng)用最廣泛的BIM建模軟件之一，雖然已擁有強(qiáng)大的族庫，包括基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)、房屋模型、安裝管道等，但在支護(hù)方面卻相對欠缺，尤其是土釘墻支護(hù)體系，基本上是一無所有、從零開始。這就要求我們投入了大量時間和精力創(chuàng)建包括土層模型、開挖模型、土方模型、成孔模型、土釘鋼筋模型、鋼筋網(wǎng)模型、注漿與混凝土掃面模型等族。

1)創(chuàng)建土層模型：首先是根據(jù)勘探報告在立面圖定出土層標(biāo)高，創(chuàng)建平面視圖；在各視圖平面創(chuàng)建土層輪廓，使用創(chuàng)建實心形狀功能創(chuàng)建土層；為每層土賦予其材質(zhì)信息，包括圖紙說明和外觀信息(見圖2)。

2)創(chuàng)建開挖模型：根據(jù)土釘墻支護(hù)分層、分段開挖，逐層逐段隨開挖進(jìn)度進(jìn)行支護(hù)施工的特點，在立面圖定出開挖標(biāo)高，創(chuàng)建平面視圖，創(chuàng)建每一步開挖深度的開挖模型，如圖2所示。

3)創(chuàng)建土方模型：本工程分4步開挖，根據(jù)本工程實際工況，按開挖順序創(chuàng)建四層不同的土方模型，每一層都賦予其應(yīng)有的材質(zhì)，并可用體量體積得出土方開挖量。

4)創(chuàng)建成孔模型：采用洛陽鏟進(jìn)行人工成孔的模型建立，首先在平面圖上根據(jù)CAD圖紙對土釘孔洞進(jìn)行定位，標(biāo)出打孔位置。通過拾取參照平面畫出空洞的路徑和截面，利用創(chuàng)建空心形狀實現(xiàn)開孔，并進(jìn)行尺寸標(biāo)注(見圖3)。

5)創(chuàng)建土釘鋼筋模型：利用常規(guī)模型，通過放樣功能完成土釘鋼筋建模。同樣賦予其材質(zhì)和信息，并對土釘鋼筋進(jìn)行標(biāo)注。包括每隔2 m一個的土釘居中支架，都可以在三維模型中準(zhǔn)確生動地展示(見圖4)。

6)創(chuàng)建面層鋼筋：使用體量來創(chuàng)建土釘墻支護(hù)面層的鋼筋網(wǎng)、斜拉加強(qiáng)筋、土釘頭井字形鋼筋的族，并對不同種類鋼筋賦予不同的材質(zhì)。

7)創(chuàng)建面層模型：最后是土釘墻面層的模型，包括注漿模型和混凝土面層模型，同樣賦予材質(zhì)信息。

3.4 基坑建模

在土釘墻支護(hù)所需的各種族建立后，在Revit中新建概念體量文件，以族為基礎(chǔ)，進(jìn)行基坑建模。創(chuàng)建標(biāo)高，并新建相應(yīng)樓層平面；在各平面圖中畫出軸網(wǎng)，構(gòu)建定位放置；將創(chuàng)建的族導(dǎo)入項目中，按照軸線的定位放置各類族。最終形成完整的基坑三維模型。

3.5 房建模型的創(chuàng)建

對基坑支護(hù)工程，該項工作主要是臨近建(構(gòu))筑物的準(zhǔn)確建立，對場部和后期碰撞檢測打好基礎(chǔ)。在基坑模型建好后，建立本工程基坑邊臨近建筑物的模型，這是一棟二層建筑，分為結(jié)構(gòu)建模和建筑建模，基坑建模、房建模型見圖5，圖6。

3.6 Revit應(yīng)用

模型的建立只是BIM工作的方法和途徑，開展相關(guān)的應(yīng)用才是我們的目的。針對Revit的應(yīng)用主要從3個方面開展，即構(gòu)成BIM的三要素：B建筑(Building)、I信息(Information)和M模型(Modeling)。

B：應(yīng)用Revit可以使用明細(xì)表功能導(dǎo)出模型中建筑構(gòu)件的信息，得到構(gòu)件的數(shù)量、材質(zhì)、施工說明、位置等具體數(shù)值，包括土方、鋼筋、注漿、面層等，實現(xiàn)信息化施工；

I：Revit中可以為每一個工程構(gòu)件加入相關(guān)的信息，依據(jù)Revit模型中的材質(zhì)信息在前期做施工預(yù)算，施工中解決問題；

M：最后是模型的查看。在Revit中，可以任意剖切和隱藏圖元，讓設(shè)計人員和施工人員從任意角度和視圖了解模型的情況。

3.7 碰撞檢測

碰撞檢測對于解決施工過程中可能出現(xiàn)的停工、返工、影響施工進(jìn)度等狀況起到提前規(guī)避的積極作用。對土釘墻基坑支護(hù)工程而言，碰撞檢測主要一是自身土釘錨桿(比如陽角處)是否碰撞，二是支護(hù)結(jié)構(gòu)與臨近地下建(構(gòu))筑物、地下管線等設(shè)施的碰撞。尤其是后者，關(guān)系到支護(hù)結(jié)構(gòu)對周邊的影響，處理不好會造成嚴(yán)重的后果。

碰撞檢測包括自身模型的碰撞檢測和鏈接模型(即周邊建筑物地下結(jié)構(gòu))的碰撞檢測，應(yīng)用了Revit和Navisworks分別進(jìn)行了檢測(見圖7，圖8)，發(fā)現(xiàn)土釘與建筑物地下結(jié)構(gòu)及臨近管線的碰撞后，修改調(diào)整了原支護(hù)設(shè)計方案，并進(jìn)行了重新檢測，直至消除所有碰撞。

3.8 模型的漫游和審閱

利用Navisworks進(jìn)行模型的虛擬漫游，可以更真實、生動的體現(xiàn)基坑竣工后的模樣。應(yīng)用漫游中的第三人，使用審閱功能可以對模型的完整性、正確性進(jìn)行檢查。檢查項目包括鋼筋網(wǎng)的間距、土釘成孔的孔距、孔徑、土釘?shù)膬A角和孔深等土釘墻支護(hù)的各項受控項目(見圖9)。

3.9 施工模擬

施工模擬是BIM應(yīng)用的一項重要功能，主要有進(jìn)度計劃模擬、施工費用模擬、鏈接施工信息等。

1)在項目進(jìn)行具體施工建造之前，通過建立BIM模型，把施工計劃、數(shù)據(jù)、現(xiàn)場環(huán)境、方案等納入模型之中，運用Navisworks進(jìn)行施工模擬，可提前發(fā)現(xiàn)問題，減少返工和整改；

2)在施工過程中可結(jié)合工程中的實際數(shù)據(jù)對工程實時進(jìn)展與理論進(jìn)展進(jìn)行動態(tài)對比、考察；

3)3D模型可視化的特性利于參建各方對施工信息的直觀了解掌握，打通各方溝通壁壘；

4)為后期具體實施提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，并為投標(biāo)增加幾率；

5)公司信息、現(xiàn)場圖片、工藝視頻等鏈接到模型中讓模型更有效的指導(dǎo)施工。

3.10 施工動畫的制作

利用Navisworks制作圖元動畫，進(jìn)行后續(xù)的施工模擬和施工工藝視頻的展示，可以生動的展示施工過程，進(jìn)行施工工藝的制作，更直觀的進(jìn)行技術(shù)交底。

4 應(yīng)用心得總結(jié)

4.1 創(chuàng)新亮點

1)Revit中僅有建筑、結(jié)構(gòu)、水電暖的設(shè)計，項目只能采用體量構(gòu)建基坑模型，賦予體量土質(zhì)的材質(zhì)，實現(xiàn)土質(zhì)和基坑模型的建立；

2)針對基坑工程新建了系列族(如土釘、鋼筋網(wǎng)、拉結(jié)筋、注漿孔等)，為下一步的研究打下了良好的基礎(chǔ)；

3)本項目體現(xiàn)了BIM的協(xié)同作用。通過Revit和Navisworks兩個軟件的協(xié)同應(yīng)用，將Revit模型細(xì)化以實現(xiàn)Navisworks中的施工模擬；

4)實現(xiàn)技術(shù)交底形式的施工動畫制作，亦采用Revit建模、Navisworks制作，而非與實際工程無關(guān)的3DMAX，不但體現(xiàn)了BIM的協(xié)同性，而且動畫內(nèi)容與模型相結(jié)合，真實準(zhǔn)確反映了工程的實際情況。

4.2 缺點和目標(biāo)

限于時間、精力、技術(shù)等原因，目前僅對簡單土釘墻進(jìn)行了BIM應(yīng)用，對周邊及地質(zhì)情況更復(fù)雜的工程與止水帷幕、預(yù)應(yīng)力錨桿、微型樁相結(jié)合的情況研究不足。所以我們下一步BIM工作的目標(biāo)就是針對復(fù)合土釘墻及同一基坑工程存在不同安全等級的部位采取多種支護(hù)形式相結(jié)合的情況展開進(jìn)一步的研究，逐步建立更加完備的巖土專業(yè)族庫。將傳統(tǒng)的二維地質(zhì)勘察系統(tǒng)與三維軟件對接，形成空間三維模型，準(zhǔn)確表達(dá)地質(zhì)構(gòu)造。