徐云龍

【摘要】現(xiàn)階段，BIM技術(shù)在基坑設(shè)計領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，BIM技術(shù)突破了傳統(tǒng)二維設(shè)計方式的局限性，有效解決了設(shè)計表達(dá)不完整與認(rèn)知偏差等問題，以數(shù)字形式直觀表達(dá)項目物理特性信息，這對工程設(shè)計的數(shù)字化及現(xiàn)代化發(fā)展有著重要意義。為充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，加大BIM技術(shù)應(yīng)用推廣力度，本文對BIM技術(shù)在基坑設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行探討，為同類工程提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);基坑設(shè)計;應(yīng)用

BIM技術(shù)也被稱作為建筑信息模型，是結(jié)合三維數(shù)字技術(shù)的一種三維軟件工具，可以構(gòu)建三維可視化信息模型，在模型中導(dǎo)入并直觀展現(xiàn)工程相關(guān)信息，以及構(gòu)件對象及非構(gòu)件對象的互動反饋過程，得到設(shè)計師群體的青睞。

1、BIM技術(shù)在基坑設(shè)計中的應(yīng)用意義

1.1信息集成

與傳統(tǒng)基坑設(shè)計技術(shù)體系相比，BIM技術(shù)的核心優(yōu)勢是將工程信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式導(dǎo)入三維模型數(shù)據(jù)庫中，準(zhǔn)確判斷不同信息數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并將信息數(shù)據(jù)間的互動反饋過程及關(guān)聯(lián)狀態(tài)在三維信息模型中以可視化形式加以表達(dá)。如此，在基坑設(shè)計階段，用戶可以直觀了解設(shè)計成果，幫助設(shè)計人員掌握超越自身能力極限的工程信息。

1.2信息共享

在基坑工程傳統(tǒng)設(shè)計模式中，不同專業(yè)之間的溝通頻率較低，時常產(chǎn)生設(shè)計沖突，導(dǎo)致基坑設(shè)計方案的可行性不足，如出現(xiàn)基坑支護(hù)體系與主體結(jié)構(gòu)墻體碰撞問題。為解決這一問題，需要組織開展設(shè)計協(xié)調(diào)會，逐一識別與分析存在的設(shè)計碰撞問題，并對基坑設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，反復(fù)計算協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，使得基坑設(shè)計效率低下，設(shè)計周期較長。借助BIM技術(shù)，可以對基坑設(shè)計信息及工程相關(guān)資料進(jìn)行采集匯總，在BIM數(shù)據(jù)庫與三維信息模型中進(jìn)行存儲展示。同時，三維信息模型具有動態(tài)性特征，在向BIM數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入新數(shù)據(jù)，或是由新數(shù)據(jù)覆蓋原有數(shù)據(jù)時，三維信息模型也會所致變化。如此，各專業(yè)設(shè)計人員可以實時掌握基坑整體設(shè)計情況，觀察各專業(yè)間是否產(chǎn)生設(shè)計沖突，并結(jié)合BIM軟件提供的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)對專業(yè)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。另外，BIM技術(shù)還可以在可視化狀態(tài)下開展基坑設(shè)計工作，為設(shè)計方、施工方與建設(shè)方提供可視化信息溝通平臺，向設(shè)計方正確傳達(dá)工程建設(shè)要求，避免出現(xiàn)設(shè)計偏差。

1.3推動基坑設(shè)計的虛擬化發(fā)展

根據(jù)技術(shù)應(yīng)用情況來看，在基坑設(shè)計期間，BIM技術(shù)即可以模擬設(shè)計三維可視化模型，如三維基坑支護(hù)模型、三維基坑施工開挖模型等，同時，還可以模擬出無法在真實世界中加以操作的事物，如開展4D模擬與5D模擬來預(yù)測基坑施工工期及造價成本，幫助設(shè)計人員掌握基坑設(shè)計方案在不同條件下的實施情況，這對工程設(shè)計領(lǐng)域的虛擬化發(fā)展有著重要意義，設(shè)計人員將在虛擬環(huán)境中完成部分基坑設(shè)計工作，并提高設(shè)計效率及質(zhì)量。例如，組合應(yīng)用BIM技術(shù)與VR技術(shù)，基于三維信息模型與數(shù)據(jù)庫營造虛擬場景，向用戶提供沉浸式體驗，設(shè)計人員可以直觀了解基坑施工現(xiàn)場情況與讀取相關(guān)設(shè)計信息。

2、BIM技術(shù)在基坑設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1綜合勘察及三維建模

首先，開展基坑現(xiàn)場勘察工作，持續(xù)采集工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料與周邊環(huán)境信息等，生成現(xiàn)場勘察報告，將報告中的各項信息導(dǎo)入BIM數(shù)據(jù)庫中，作為三維建模與支護(hù)方案初步選型的信息依據(jù)。

其次，設(shè)計人員使用相關(guān)軟件構(gòu)建三維信息模型，在模型中立體化呈現(xiàn)基坑實體情況，如基坑周邊建（構(gòu)）筑物、道路及管線、基坑豎向支護(hù)體系、水平支撐體系等，幫助設(shè)計人員直觀掌握基坑現(xiàn)場情況與了解設(shè)計成果。例如，在設(shè)計人員使用ArchiCAD 17軟件建模時，需要對各樓層板面標(biāo)高及支撐面標(biāo)高進(jìn)行定義，導(dǎo)入dwg格式平面軸線圖與保留構(gòu)件軸線dwg格式文件，再使用軟件的建模單元來建立三維項目模型，對模型進(jìn)行渲染處理，即可完成建模操作。此外，為有效區(qū)別三維模型中的基坑組成元素，應(yīng)使用多種表面顏色展示各構(gòu)件對象及非構(gòu)件對象，以此改善基坑模型生成效果，如選擇使用1-5級灰度等級控制方式，1級飽和度最低，5級飽和度最高。

2.2協(xié)同設(shè)計

由于BIM技術(shù)具有信息共享及信息集成優(yōu)勢，可以將產(chǎn)生及采集的設(shè)計信息在相同BIM數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲，并自動識別不同工程信息之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，在BIM軟件中設(shè)置項目中心文件。如此，在基坑支護(hù)與土方開挖等專業(yè)三維模型中，可以導(dǎo)入其他專業(yè)設(shè)計信息，幫助設(shè)計人員直觀了解其他專業(yè)設(shè)計情況與整體設(shè)計效果。同時，各專業(yè)所產(chǎn)生或修改的設(shè)計信息將自動上傳至項目中心文件中，在其基礎(chǔ)上對各專業(yè)模型與整體模型進(jìn)行修改，以實現(xiàn)信息實時共享目標(biāo)。此外，在出現(xiàn)設(shè)計碰撞時，BIM軟件將使用特殊顏色在三維模型中標(biāo)記碰撞部位，向設(shè)計人員提供協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，及時有效地解決設(shè)計沖突問題。

2.3深化設(shè)計

在基坑設(shè)計方案中，分布著格構(gòu)柱與支撐加腋節(jié)點處鋼筋等復(fù)雜節(jié)點構(gòu)件，這類復(fù)雜構(gòu)件的設(shè)計難度較大，如果采取傳統(tǒng)設(shè)計方式，容易出現(xiàn)計算錯誤問題，影響到基坑設(shè)計方案的可行性，并在后續(xù)施工中出現(xiàn)突發(fā)問題。為解決這一問題，需要應(yīng)用BIM技術(shù)對基坑方案進(jìn)行深化設(shè)計，解決初步方案中存在的設(shè)計問題。例如，設(shè)計人員使用Revit軟件，在軟件中構(gòu)建格構(gòu)柱與支撐加腋節(jié)點處鋼筋的深化模型，向模型中導(dǎo)入相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，即可構(gòu)建起三維節(jié)點模型，并準(zhǔn)確統(tǒng)計不同情況下的材料用量。

2.4碰撞檢查

設(shè)計人員使用BIM軟件中的碰撞檢查功能，檢查基坑模型中是否存在支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)碰撞問題，生成碰撞檢查報告，在報告中明確標(biāo)注各處碰撞部位與碰撞數(shù)據(jù)。隨后，設(shè)計人員基于碰撞檢查報告修改基坑設(shè)計方案，調(diào)整格構(gòu)柱、工程樁與地下室結(jié)構(gòu)間的空間位置關(guān)系。

2.5施工模擬

與其他工程項目相比，基坑工程施工現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜，存在較高安全風(fēng)險系數(shù)，在施工期間有可能出現(xiàn)邊坡滑塌與基坑塌陷等安全事故。因此，為預(yù)防和減少工程事故的出現(xiàn)，需要應(yīng)用BIM技術(shù)開展施工模擬試驗，基于三維模型與基坑設(shè)計方案，以動畫演示形式展示基坑模擬施工過程，根據(jù)模擬施工結(jié)果評估基坑方案可行性，預(yù)算施工周期與造價成本，提前發(fā)現(xiàn)并解決方案中存在的設(shè)計問題。

以使用Navisworks軟件開展模擬施工試驗為例，設(shè)計人員使用BIM軟件中的Timeliner功能，在軟件中設(shè)定時間單位，編制施工進(jìn)度表，與各工序建立相應(yīng)任務(wù)，且任務(wù)時序必須切實滿足該工序施工需求及技術(shù)要求。隨后，在施工進(jìn)度表基礎(chǔ)上鏈接相對應(yīng)的模型單元，對各單元任務(wù)類型進(jìn)行定義，如定義為“構(gòu)造”或“拆除”。最后，使用軟件模擬功能，制作并導(dǎo)出施工模擬動畫視頻。

結(jié)語：

綜上所述，在基坑設(shè)計階段，設(shè)計人員必須正確認(rèn)識到BIM技術(shù)的應(yīng)用價值，構(gòu)建起完善的技術(shù)應(yīng)用體系，明確技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，拓寬技術(shù)應(yīng)用方向，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在三維可視化設(shè)計、深化設(shè)計與協(xié)同設(shè)計等方面的應(yīng)用優(yōu)勢，促進(jìn)我國建筑業(yè)的信息化發(fā)展。

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