BIM技术在基坑设计中的应用

张春辉 武文娟 宋 杨

(中国兵器工业北方勘察设计研究院有限公司，河北 石家庄 050000)

BIM技术在基坑设计中的应用

张春辉 武文娟 宋 杨

(中国兵器工业北方勘察设计研究院有限公司，河北 石家庄 050000)

简述了深基坑工程包含的主要工作内容，基于传统基坑设计方法的缺点，论述了BIM技术在基坑设计中的优势，并探讨了基坑设计中BIM模型的创建及信息交换共享技术，指出BIM技术有效提高了基坑工程的施工效率。

深基坑，BIM技术，计算模型，数据库

0 引言

BIM是建筑信息模型的简称，即Building Information Modeling，20世纪70年代该技术由美国乔治亚理工大学的查克伊士曼博士首次提出[1]，随后由欧特克公司于2002年正式提出。BIM技术目前在国际各行业得到认可，尤其实现了建设工程行业的可持续设计。BIM是直接将信息化技术应用于建筑行业，首先需要根据工程建筑项目的相关数据建立模型，通过数字信息对建筑物的真实信息进行仿真模拟。该技术将贯穿建筑项目的始终，各阶段的所有信息(设计阶段、施工阶段、运营阶段直至建筑物生命的终结)都将通过三维模型将其集合于数据库中，同时基于BIM该建筑项目不同部门工作人员可以协同工作，防止出现信息孤岛，从而提升工作效率、节约资源、实现建筑与信息科技的融合[2]。

深基坑工程主要包括设计、施工以及监测三部分的内容，同时基坑的设计、施工以及监测也是影响工程整体质量的关键因素。目前我国基础建设迅速发展，基坑工程呈现出面积大、深度大、施工周期长以及场地环境复杂的特点，这就给建筑项目建设提出了更高的要求：设计多个建筑方案，对其技术经济进行比较；较复杂的荷载情况，需要进行多重因素的考虑；工况复杂，施工工序多；建筑项目周边环境条件复杂，需要更高要求的支护；协作部门较多，各单位部门信息沟通以及信息共享的意愿加强[3]。

BIM技术应用于基坑工程尤其是深大且复杂基坑工程的设计、施工以及监测中，通过对基坑工程BIM模型的建立，可以弥补传统基坑工程在进行设计、施工以及监测时存在的缺点，实现各部门工作人员对信息的无障碍交流与共享，同时通过三维可视化可以直观地对进度计划、成本以及质量进行控制，实现节约资源，提高效率的目的。

1 BIM技术在基坑设计中的优势

1.1 传统基坑设计方法的缺点

传统基坑设计包括计算与绘图两个部分。计算部分是通过单独的计算软件来对计算模型进行建立，基坑设计人员根据计算数据进行二维剖面图、立面图、平面图、详图以及材料表等的绘制。各种立面、平面以及剖面图中的信息则会在基坑的传统设计中产生矛盾，在构件、管线间不可避免地会出现错位、碰撞以及错误的尺寸标注等问题。而针对复杂的深大基坑，传统的CAD设计无法在协同和表达上更好的满足其复杂的地面、地下构筑物以及支护结构等。这种基坑设计方法导致图纸之间的相对独立，因为没有信息数据库对数据进行统一的管理，只能通过专业人员对分散的资料进行整理。因此，为了增强基坑工程的协作和整合，需要确保各专业设计内容之间的配合、沟通以及共享[4]。

1.2 多维信息计算模型取代二维绘图

基于BIM技术的基坑设计将传统的二维设计转变为三维可视化的动态设计，该设计方法所建立的BIM三维模型包含各种各样的信息数据，然后再通过3D模型生成所有文档以及图形，且与模型保持逻辑关系，当改变基坑模型时，与其配套的文档与图像便会同时进行更新。此外，BIM基坑模型所建立的对象之间具有内在的逻辑关系，当其中一个对象发生改变时，与之相关的对象也会发生改变[5]。该设计方法能够使各专业设计实现信息的共享，通过信息模型可以获取所有专业系统所需的信息以及参数，不必反复进行数据的录入，避免数据出现错误、冗余。

1.3 各专业间实现设计协同以及信息共享

基于BIM的基坑设计过程是指创建基坑信息数据库的过程，数据库包含基坑以及其周围实体环境与功能等所有相关数据信息。当修改其中一个专业对象时，与其相关的专业对象也会同时得到改变。项目实体和功能由于均储存在同一个数据库中，这就大大方便了不同设计团队间信息的交流与共享，进而实现项目的协作与整合。BIM技术通过动态三维设计将构件的展示由传统设计中二维线条式转变为三维立体式。所有单元、构件等都能够通过三维立体效果对其进行直观的展示，进而优化设计，使建筑空间能够高效地利用，防止各个专业间线与管的冲突，同时减少图纸缺、漏以及错的现象[6]。

1.4 虚拟与智能设计的实现

BIM的建模、动画以及渲染技术可以完美地展现基坑在不同阶段的效果图。同时深大基坑由于其复杂性会导致地下管线、支撑、围护桩以及锚杆与其他地下构筑物产生交叉，进而使实际的施工无法满足设计要求。此外，BIM建模工具中的碰撞检测功能能够对其进行检查以及修改。

1.5 基坑BIM模型的附加价值

基坑的BIM模型包含基坑的整个生命周期，其丰富的信息与强大的功能可以应用于基坑设计、施工以及监测的所有阶段。在基坑的施工阶段，通过BIM模型可以进行4D施工模拟；在控制项目成本上，能够利用BIM模型中的信息对工程进行预决算；在工程的监测阶段，首先将动态的监测数据录入BIM基坑模型中，再结合虚拟模型来实现对虚拟现实的监测[7]。利用BIM模型可以方便地实现信息的沟通与共享。

2 基于BIM技术的基坑设计

2.1 BIM模型的创建

基坑BIM的设计时，首先创建满足IFC标准的信息模型，该三维模型中包含所有物理信息数据，如周边环境、支护、水文地质以及地层信息等，BIM模型不仅仅对基坑工程进行了拓扑关系和3D几何信息的描述，还对工程信息进行了完整的描述，例如工程名称、材料类别、物理力学性能以及支护类型等设计所需的信息。为进行技术经济与多工况的比较分析，BIM基坑模型还需要包含施工工序、质量、进度、成本以及材料、机械、人力资源等施工信息；材料耐久性、工程安全性等维护信息；工程对象间逻辑关系等[8]。

2.2 计算模型与物理模型间信息交换与共享

目前，基坑主要的设计方法是通过有限元软件创建计算模型，并对整体支护结构的受力与变形进行分析，然后由2D绘图工具对2D施工图进行传统的绘制。而BIM技术的基坑设计方法首先是将物理模型输进结构分析软件中，然后分析程序对基坑结构进行分析计算，同时返回计算信息，并时刻对物理模型与施工文档进行更新。基坑本身由于具有某些固有的特性，例如工程唯一性、结构分散性、信息重复性以及工程不同参与方对信息与表达方式的不同要求等等，使得BIM数据在进行交换和表达时出现问题。为此，IAI(国际协同工作联盟)提出IFC，即Industry Foundation Classes的简称，IFC为BIM在工程数据的交换与表达上提供了统一的标准[9]。不同的软件在进行BIM模型的共享时，只要满足IFC标准，就可以进行数据的顺利交换以及链接。

3 结语

基于BIM技术的基坑设计表现出协调性、优化性、可视性以及模拟性等优点，在建设工程的整个生命周期中，该设计方法能够动态地对信息进行创建、管理以及共享，并有效地提高了设计与沟通的效率，同时在质量控制上也表现出了极大的优势。将BIM技术应用于基坑设计与施工是未来工程信息化的发展方向。

[1] 潘 珂.基于BIM技术深基坑工程信息化施工管理平台研究[D].南宁：广西大学,2015.

[2] 慕冬冬,付晶晶,胡正欢,等.BIM技术在深基坑工程设计中的应用[J].施工技术,2015(S1):773-776.

[3] 刘一鸣,刘国楠,顾问天.BIM可视化技术在基坑设计中的应用[J].铁道建筑,2016(6):125-128.

[4] 贾善涛,孙 涤,时 伟,等.BIM技术在超大深基坑进度管理中的应用[J].工程建设,2016(3):68-72.

[5] 刘一鸣.BIM在基坑桩撑支护结构分析中的应用研究[Z].中国铁道科学研究院,2016.

[6] 付冠超,孟凡艺.BIM技术在基坑工程中的专项应用[A].第二届全国智慧结构学术会议论文集[C].中国城市科学研究会数字城市专业委员会智慧结构学组，中城科数智慧城市规划设计研究中心，2016:4.

[7] 夏正红,许利峰,袁 梅,等.BIM技术在宁波绿地中心项目桩基及基坑围护项目工程施工中的应用[J].建设科技,2014(5):92-93.

[8] 高 成,瞿海雁,赵学鑫,等.BIM技术在某超高层建筑工程施工中的应用研究[J].钢结构，2010(5):1-4.

[9] 贾善涛.基于BIM技术的超大深基坑进度管理研究[D].青岛：青岛理工大学,2015.

The application of BIM technology in foundation pit design

Zhang Chunhui Wu Wenjuan Song Yang

(ChinaOrdnanceIndustryNorthernSurvey&DesignInstituteLimitedCompany,Shijiazhuang050000,China)

This paper briefly described the main work contents of deep foundation pit engineering, based on the disadvantages of traditional foundation pit design method, discussed the advantages of BIM technology in foundation pit design, and discussed the BIM model construction and information exchange sharing technology in foundation pit design, pointed out that BIM technology could effectively improve the construction efficiency of foundation pit engineering.

deep foundation pit, BIM technology, calculation model, database

1009-6825(2017)05-0121-02

2016-12-09

张春辉(1988- )，男，助理工程师； 武文娟(1983- )，女，工程师； 宋 杨(1987- )，男，工程师

TU463

A