BIM技术在某基坑工程中的应用研究★

2021-02-27谢立广王建立

山西建筑 2021年5期

杨群谢立广王建立

(1.成都师范学院，四川成都 611130； 2.四川交通职业技术学院，四川成都 611130；3.中冶成都勘察研究总院有限公司，四川成都 610023)

1 概述

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，具有可视性、协调性、优化性、可出图性四大特点，其核心目标就是通过对信息化技术的应用，提高建筑的性能，优化建筑设计的质量，促进各个部门及不同工种、专业之间的协调工作，实现全生命周期中各个不同阶段的工程信息共享，对整个工程周期实现更好的统筹运营。近年来，我国BIM技术发展已进入快速发展阶段，特别是在房屋建筑工程领域应用广泛，但在岩土工程、地下空间领域的应用尚处于初级探索阶段，将BIM技术引入到深基坑工程，特别是复杂的深大基坑项目，有利于实现工程信息共享，提高协同工作效率，减少施工中出现的常见问题。本文以某酒店的基坑工程为例，将BIM技术应用到基坑工程领域，可供类似工程参考。

2 工程概况

2.1 基本概况

某酒店总建筑面积约93 000 m2，由22层～36层塔楼及酒店裙房组成，设置两层地下室。基坑周长约400 m，开挖面积约为8 900 m2，开挖深度为11.9 m。场地南侧为滨江路人行道，东侧紧邻锦江中学操场，北侧有两栋6层～7层(砖混结构)宿舍楼，西侧临索菲特酒店，本工程地下室1层与索菲特酒店设置通道，基坑总平面图如图1所示。

2.2 工程地质与水文地质条件

本工程地质情况按成因、年代从上至下分述如下：

杂填土：杂色，稍湿，松散，以砖、瓦、卵石等建筑垃圾及生活垃圾为主，为拆迁旧建筑物所留。

素填土：褐黄～灰褐色，松散，稍湿。以粘性土为主，含少量砾石及炭渣等。

粉土：浅褐黄～浅灰黄色，松散，稍湿～湿，含少量铁的氧化物，局部区域为粉质粘土。夹薄层的粉、细砂。

细砂：黄褐、黄灰色，松散、湿～很湿，其成分以石英、长石为主，含少量的云母，部分夹粉土团块，局部相变为粉砂。

中砂：青灰色、黄灰色，松散，饱和，其成分以石英、长石为主，含少量的云母，局部区域混有少量的砾石。

卵石：灰褐色、黄灰色、灰白色，稍密～密实，饱和，卵石成分以火成岩、变质岩为主，呈亚圆形，磨圆度较好。

强风化泥岩：紫红色，碎裂结构，厚层状构造，含少量铁猛质氧化物，破碎，质量等级为Ⅴ级。中等风化泥岩：紫红色，整体状结构，厚层状构造，较完整，质量等级为Ⅴ级。

本工程涉及的岩土工程特性指标建议值见表1。

该场地地下水类型主要为上层滞水和孔隙型潜水，上层滞水主要赋存于填土层，由大气降雨及生活用水形成，水量小，无统一水位；孔隙潜水主要赋存于砂、卵石层，主要由大气降雨和上游地下水径流补给形成。

2.3 支护方案

结合现场周边环境及勘察报告，基坑采用两种支护形式，靠近已有酒店一侧(图1中AB段)采用锚拉桩，锚拉桩支护示意见图2。其余部分用排桩，桩顶标高-0.5 m，桩长21.0 m，桩径1.2 m，桩中心间距为2.0 m；桩顶处设置冠梁一道，截面尺寸为1 200 mm×1 000 mm。

表1 岩土的工程特性指标建议值

3 BIM运用

3.1 创建基坑BIM模型

本基坑工程三维模型的创建用Revit软件进行，但是建模时，腰梁、锚索等岩土工程构件在Revit软件中没有现成的“族”，需自行构建相应的族。以本工程锚索为例，建锚索族时要考虑锚索的入射角，锚索的自由段和锚固段的长度以及相对应的直径和材质，建族过程如图3所示。锚索族建好后，在后期建模过程中即可进行参数化的动态调整，方便设计施工。

基坑工程三维模型的具体创建步骤如下：利用建筑样板新建一个项目，使用“体量和场地”的“地形表面”工具，创建深基坑场地，场地的大小、高程根据实际地形和高程调整。使用“建筑”下的“标高”和“轴网”命令，创建支护结构的轴网和标高。轴网用于支护结构的空间定位，标高用于支护结构在模型内的高度定位。使用“族”下的“混凝土圆形桩”创建排桩支护，用自建的“锚索族”创建锚拉桩支护，用“族”下的“梁”创建冠梁。创建的基坑三维模型示意图见图4，支护结构三维模型图见图5。

3.2 碰撞检测

通过支护结构的三维模型图，可以直观地观察到设计不合宜的地方，如图6所示。由于基坑并非方方正正的形状，锚拉桩的设置段有转角，在转角部位，有2根锚索相交，这样是不可取的，不利于施工，故需进行相应调整。在Revit软件中，只需调整这2根锚索的入射角即可使其相离，十分方便快捷。

基坑西侧的索菲特酒店采用筏板基础，其地下室轮廓线距离基坑开挖线只有15.0 m，锚索施工时有可能会与其基础或地下室外墙产生碰撞，进而对索菲特酒店造成安全隐患，所以有必要对此预先进行碰撞检测。在Revit软件中将酒店相关信息整合到基坑三维模型中，将其导入Navisworks软件中，进行碰撞检测，5号碰撞点的检测结果如图7所示。由图7可看出，某根锚索与酒店地下室外墙相冲突，通过调整此锚索的入射角可解决此问题。通过检测报告，一一核对有问题部位，进行调整，直到碰撞检测合格为止。

3.3 BIM其他应用

建好的三维支护模型图还可以直接在Revit软件中形成漫游动画，对后期施工与管理做出预测和指导；同时还可对基坑支护阶段不同区域施工所需材料进行精准算量，便于对相关材料的采购、储存等进行管理。将Revit中建好的模型图导入Navisworks软件中可做出动画模拟，全方位地模拟出基坑工程的施工过程，推测出工程施工工期，还可直观揭示出材料随施工过程的进行所对应的消耗情况。想基坑工程施工的实际成果图跟效果图吻合度高，可将Revit模型导入到Lumion中进行渲染；想对基坑工程进行实时、高效的管控可结合BIM5D技术进行。总之，BIM系列软件功效各有千秋，使用时应结合工程具体情况和自己的使用目的有针对性地选择，可达到事半功倍的效果。