BIM技术在深基坑施工中的应用

谭 佩，陈立朝，周龙翔

（广州大学土木工程学院，广东 广州 510006）

BIM技术在深基坑施工中的应用

谭 佩，陈立朝，周龙翔

（广州大学土木工程学院，广东 广州 510006）

以某深基坑为例，阐述了BIM技术在该深基坑中的应用，重点介绍了深基坑3D模型的建立、基坑监测数据实时查看、复杂节点配筋、施工进度模拟等内容.实践证明，通过BIM技术可为深基坑工程施工解决一些重难点问题，有效地保证了施工的质量与进度.

深基坑；监测；节点；4D模拟

随着城市建设的加快，逐渐向地下空间发展，深基坑的数量、深度均在不断增加［1］.设计、施工、监测是基坑工程的3个主要内容.传统的二维基坑设计已经不能满足基坑工程进度、安全、质量等要求［2］，传统的基坑设计图纸每一张都是独立的，并没有能整合所有图纸信息的中央数据库，这些图纸必须依靠专业的技术人员才能看懂，缺乏项目信息的整合度和协调度；按照传统设计方法设计的平面图、立面图、剖面图常常会出现信息不一致的情况，且不能清晰表达支护结构、周围建筑、地下管线之间的空间构造关系［3-4］，如何在保证工期、安全、质量、建筑的前提下，高效率、高质量、低成本的完成工程建设是一个严峻的问题.

建筑信息模型（Building Information Modeling）是指利用参数化的模型进行项目的设计、施工、运营的指导过程.基于BIM的模型建立过程就是项目的中央信息数据库的建立过程，包括建筑物生命期内所有实体和功能特征的相关信息，如工程信息、几何信息、物理信息、造价信息以及制造装配信息等，可服务于项目的整个生命周期，这为项目团队成员间进行信息交换提供了方便，使提高项目整合度和协作度成为可能.BIM技术具有可视化、可出图形、模拟性、优化性、协调性等特点［5-6］，可实现模型从二维空间到三维空间的转变，许多在二维图纸中无法表达的信息可以在三维模型中表达，并可以细化到模型的每一个节点，各专业间的构件、单元等都可以用直观的立体三维效果图表示，实现信息模型与工程管理模型完美结合，减少项目在设计、施工、维护期间的不可预见性和不确定性［7-9］，如：在设计阶段，可以优化设计，以更好地利用建筑空间，并有效避免各专业之间管、线的冲突，提高各专业之间的配合和协调，减少各种图纸的错、漏、缺现象；施工阶段，可以利用该模型进行施工4D（3D模型加时间轴）模拟，实现虚拟施工和现实施工的有效协调［10］；在成本控制上，可以利用其中的信息进行预决算，可以实时监控工程的实际成本；在监测阶段，可以将动态监测的结果输入BIM模型，进行实测数据与虚拟模型的结合，实现虚拟现实监测等［11］.

将BIM技术引入基坑工程特别是复杂深大基坑的设计、施工、监测中，通过创建基坑BIM模型，打破基坑设计、施工、监测之间的传统隔阂，实现多方无障碍的沟通和信息共享，让项目不同参与方可以共同协作，通过三维可视化沟通加强基坑工程的施工现场、成本、进度、质量管理，节约成本，减少现场返工，提高工作效率.

1 项目概况

佛山某基坑工程占地面积约110 m×70 m，拟建酒店及商住楼各1栋，24～28层（楼高约80～100 m），框剪结构，裙楼4层，框架结构，采用桩基础；设有地下室4层，底板设计标高约为相对高程-14.90 m.基坑开挖深度15.59 m，基坑周长约350 m，基坑支护设计安全等级为一级.基坑支护结构采用地下连续墙+三道钢筋混凝土内支撑的支护形式，地下连续墙厚800 mm，连续墙长约42～45 m.

2 深基坑BIM模型

模型采用Autodesk Revit软件建立基坑3D模型，先将有轴网、立柱桩、搅拌桩和内支撑的CAD图纸链接至Revit软件中，其中地下连续墙用基本墙绘制，内支撑、腰梁、冠梁等用梁单元绘制，搅拌桩、工程桩等用混凝土柱单元创建，本基坑的3D模型见图1.相比传统的二维图纸，3D模型实现了图纸可视化，通过3D模型能为现场施工的人员直观、完整地展示支护桩结构、内支撑结构、地下连续墙等，使工作人员充分地了解设计意图，避免因理解错误而造成的损失.地下连续墙深层水平位移的测斜孔则采用柱模型代替，以便将基坑监测信息与Navisworks软件中的模型关联.

图1 基坑3D模型与基坑平面图Fig.1 Foundation's 3D model and plan

3 基坑监测信息实时查看

BIM软件的主要功能之一是处理模型信息，项目的所有实体和功能等信息都存储在BIM模型中，不仅可以在建模过程中注入相关信息，也可以在模型完成后再附加图片、文字等信息，许多软件提供用户自定义参数或字段补充软件原有的参数或字段［10］.基坑监测是一个动态的过程，随着基坑工程的施工，在不同施工阶段均会产生大量监测数据，而这些数据并不是在建模时就存在的，监测数据需要与当时的施工工况相关联才有意义.

Navisworks软件中“Data Tools”工具可实现外部数据与模型的关联，实现监测数据与实际工况的同步.通过在构建的对象特性里附加额外的信息，而无需去Revit软件中修改或增加连续墙的族参数，从而大大减少设计人员的工作量.具体方法如下：

（1）借助微软Excel表格创建地连墙测斜的参数数据见图2，表格中“GUID”值为基坑测斜孔模型构件的“GUID”，该“GUID”值是前述用Revit创建的基坑模型时软件自动赋予的构件标识，是全球唯一标识.“GUID”值作为微软Excel检测数据记录与模型关联的唯一标识，把需要关联的模型构件的“GUID”值从Navisworks的特性中复制到该表的GUID字段中.

图2 地连墙测斜监测信息参数表Fig.2 Parameter list of the monitoring information of underground continuous wall

（2）利用“Data Tools”工具设置需要关联的Excel文件并正确输入SQL语句指定要查询的数据库表，本项目中SQL语句具体为“SELECT* FROM［基坑监测参数$］WHERE＂GUID＂＝% prop（＂项目＂，＂GUID＂）”，见图3.

图3 编辑链接Fig.3 Edit link

其中，“%prop”为Navisworks的模型特性函数，工作原理为利用2个参数：“项目”和“GUID”返回用户在Navisworks中所选中的模型构件的GUID值，SQL语句将利用这个GUID值在Excel文件中检索“GUID”字段，找出“GUID”相等的记录，并显示该行记录的相关信息.

（3）输入字段名称即可关联表格与模型，打开已关联的模型对象的“特性”窗口，将在“特性”窗口中出现“地连墙测斜位移”页面，见图4.

（4）上述方法只适用于特定语言版本的Navisworks软件，例如该例为简体中文版，不适用其它语言版本，譬如英文版.原因是%prop函数的第一个参数为中文的“项目”，不同的语言版本该参数的翻译将会不同，为了避免这种语言导致的问题，可以用一个与语言无关的函数：%intprop，并且该函数的第一个参数“LcOaNode”为内部名，将与语言无关.把SQL语句改为如下方式：“SELECT *FROM［基坑监测参数MYM］WHERE＂GUID＂＝%intprop（＂LcOaNode＂，＂LcOaNodeGuid＂）；”这样即使在英文版软件中也能正确为模型添加附加信息.这种为模型添加附加信息的方法使监测人员从大量的监测表格中释放出来，实现各方对监测数据的共享，方便工作人员能快速、准确地找出危险点和变形敏感点，确定是否启动应急预案，使监方实时查看监测数据，从而提高工作效率.

图4 基坑监测信息显示Fig.4 Foundation pit monitoring information display

4 复杂节点配筋

大型项目中的钢筋多达几十万根，如果设计师一根根地去绘制，这样设计工作不仅机械且工作量非常大，这时可以借助Autodesk公司提供的Extensions插件，它是目前使用率较高的一款配筋插件，可以实现对基坑的内支撑梁、腰梁、冠梁等快速进行配筋.设计人员只需要在该插件中定义主筋和箍筋的钢筋参数、间距、根数、位置等信息，软件则可以根据参数自动为梁、柱等配筋，但是对于变截面和异形主体则无法使用，只能根据Revit软件中自带的钢筋命令绘制.

图5 复杂节点配筋Fig.5 Complex joint reinforcement

本项目利用该插件和Revit软件中自带的绘制钢筋的命令可将梁的每根钢筋均清晰表达出来，实现复杂节点各构件空间关系的可视化，图5为基坑对撑与角撑相交节点的钢筋展示.由于该基坑支撑体系节点复杂，对梁配筋后，在节点交叉处发现大量对撑上部钢筋和箍筋与角撑上部钢筋发生碰撞，发现后通过调整纵向钢筋的位置，更重要的是可非常直观地测量钢筋的间距，确保钢筋满足规范要求的最少间距.通过该方法，使这些问题在施工前得到解决，减少工人在绑扎钢筋时由于钢筋排布不合理而返工，修改后模型见图6.通过在施工前对钢筋进行建模，使相关工作人员均能理解各施工工序的关键节点，解决可能在施工过程中遇到的问题，发现图纸中存在的错误，及时采取措施纠正错误，加快施工速度和减少工程造价.

图6 修改前和修改后剖面图对比Fig.6 Profile comparison before and after modification

5 深基坑工程4D施工模拟

该工程场地狭小，各项施工交替进行，运用Navisworks软件可实现对基坑工程的施工动画模拟，可找出合适的施工方案.通过4D施工模拟，直观、形象地展示施工计划进度和实际进度、各施工步骤之间的先后顺序以及工序之间的衔接情况，准确地掌握施工过程中的要点和难点，将问题提前解决.同时方便施工单位直观了解施工情况，合理地安排施工工序，避免因施工工序错误而导致的人、材、机等的浪费，保证工程高效率、高质量完成.

先用微软Project软件编制进度计划，再将进度计划导入Navisworks中，使3D模型与时间进行关联，结合动画模拟施工见图7.施工模拟顺序：搅拌桩─工程桩─地下连续墙─冠梁及第1道支撑─第1道腰梁及第2道支撑─第2道腰梁及第3道支撑.在开挖第2道支撑的时候，由于钢筋绑扎工人员不足，无法满足甲方确定的节点工期目标，施工单位与BIM技术人员沟通与讨论，拟定了一个新的施工方案，将绑扎顺序由原有的先绑扎对称梁改为先绑扎角撑梁的钢筋，并用BIM技术进行施工进度模拟，以满足施工进度的要求，并从Navisworks软件中导出施工模拟动画，进行现场播放.

图7 基坑工程施工模拟Fig.7 Construction simulation of foundation engineering

6 结 语

通过对该基坑工程应用BIM技术，相比于传统的基坑施工模式，实现了基坑工程施工过程的动态管理，给业主和施工单位带来了明显的效益和优势.由于中国BIM技术起步晚，BIM技术作为一种崭新的技术方式，熟练掌握BIM相关软件及理论知识的人员还较少，没有制定统一的BIM技术标准，基于BIM平台的基坑建模和计算软件还不完善，硬件设施配置不够等原因，所以BIM技术在深基坑工程中的应用范围较浅，更多的是体现在基坑工程设计和施工阶段有优越性，并没有将其用于项目的全生命周期，实现全过程的信息管理.相信随着计算机信息数字化的快速发展，BIM技术的应用一定会普及到工程的全生命周期，这也是BIM技术未来在基坑工程中的发展方向.

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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

【责任编辑：孙向荣】

2015-09-28；

2015-12-14

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