BIM技术在基坑设计中的应用

徐云龙

【摘要】现阶段，BIM技术在基坑设计领域中应用广泛，BIM技术突破了传统二维设计方式的局限性，有效解决了设计表达不完整与认知偏差等问题，以数字形式直观表达项目物理特性信息，这对工程设计的数字化及现代化发展有着重要意义。为充分发挥技术优势，加大BIM技术应用推广力度，本文对BIM技术在基坑设计中的应用进行探讨，为同类工程提供参考借鉴。

【关键词】BIM技术;基坑设计;应用

BIM技术也被称作为建筑信息模型，是结合三维数字技术的一种三维软件工具，可以构建三维可视化信息模型，在模型中导入并直观展现工程相关信息，以及构件对象及非构件对象的互动反馈过程，得到设计师群体的青睐。

1、BIM技术在基坑设计中的应用意义

1.1信息集成

与传统基坑设计技术体系相比，BIM技术的核心优势是将工程信息转换为数字形式导入三维模型数据库中，准确判断不同信息数据之间的内在联系，并将信息数据间的互动反馈过程及关联状态在三维信息模型中以可视化形式加以表达。如此，在基坑设计阶段，用户可以直观了解设计成果，帮助设计人员掌握超越自身能力极限的工程信息。

1.2信息共享

在基坑工程传统设计模式中，不同专业之间的沟通频率较低，时常产生设计冲突，导致基坑设计方案的可行性不足，如出现基坑支护体系与主体结构墙体碰撞问题。为解决这一问题，需要组织开展设计协调会，逐一识别与分析存在的设计碰撞问题，并对基坑设计方案进行优化调整，反复计算协调数据，使得基坑设计效率低下，设计周期较长。借助BIM技术，可以对基坑设计信息及工程相关资料进行采集汇总，在BIM数据库与三维信息模型中进行存储展示。同时，三维信息模型具有动态性特征，在向BIM数据库导入新数据，或是由新数据覆盖原有数据时，三维信息模型也会所致变化。如此，各专业设计人员可以实时掌握基坑整体设计情况，观察各专业间是否产生设计冲突，并结合BIM软件提供的协调数据对专业方案进行优化调整。另外，BIM技术还可以在可视化状态下开展基坑设计工作，为设计方、施工方与建设方提供可视化信息沟通平台，向设计方正确传达工程建设要求，避免出现设计偏差。

1.3推动基坑设计的虚拟化发展

根据技术应用情况来看，在基坑设计期间，BIM技术即可以模拟设计三维可视化模型，如三维基坑支护模型、三维基坑施工开挖模型等，同时，还可以模拟出无法在真实世界中加以操作的事物，如开展4D模拟与5D模拟来预测基坑施工工期及造价成本，帮助设计人员掌握基坑设计方案在不同条件下的实施情况，这对工程设计领域的虚拟化发展有着重要意义，设计人员将在虚拟环境中完成部分基坑设计工作，并提高设计效率及质量。例如，组合应用BIM技术与VR技术，基于三维信息模型与数据库营造虚拟场景，向用户提供沉浸式体验，设计人员可以直观了解基坑施工现场情况与读取相关设计信息。

2、BIM技术在基坑设计中的具体应用

2.1综合勘察及三维建模

首先，开展基坑现场勘察工作，持续采集工程地质、水文地质资料与周边环境信息等，生成现场勘察报告，将报告中的各项信息导入BIM数据库中，作为三维建模与支护方案初步选型的信息依据。

其次，设计人员使用相关软件构建三维信息模型，在模型中立体化呈现基坑实体情况，如基坑周边建（构）筑物、道路及管线、基坑竖向支护体系、水平支撑体系等，帮助设计人员直观掌握基坑现场情况与了解设计成果。例如，在设计人员使用ArchiCAD 17软件建模时，需要对各楼层板面标高及支撑面标高进行定义，导入dwg格式平面轴线图与保留构件轴线dwg格式文件，再使用软件的建模单元来建立三维项目模型，对模型进行渲染处理，即可完成建模操作。此外，为有效区别三维模型中的基坑组成元素，应使用多种表面颜色展示各构件对象及非构件对象，以此改善基坑模型生成效果，如选择使用1-5级灰度等级控制方式，1级饱和度最低，5级饱和度最高。

2.2协同设计

由于BIM技术具有信息共享及信息集成优势，可以将产生及采集的设计信息在相同BIM数据库中进行存储，并自动识别不同工程信息之间的内在关联，在BIM软件中设置项目中心文件。如此，在基坑支护与土方开挖等专业三维模型中，可以导入其他专业设计信息，帮助设计人员直观了解其他专业设计情况与整体设计效果。同时，各专业所产生或修改的设计信息将自动上传至项目中心文件中，在其基础上对各专业模型与整体模型进行修改，以实现信息实时共享目标。此外，在出现设计碰撞时，BIM软件将使用特殊颜色在三维模型中标记碰撞部位，向设计人员提供协调数据，及时有效地解决设计冲突问题。

2.3深化设计

在基坑设计方案中，分布着格构柱与支撑加腋节点处钢筋等复杂节点构件，这类复杂构件的设计难度较大，如果采取传统设计方式，容易出现计算错误问题，影响到基坑设计方案的可行性，并在后续施工中出现突发问题。为解决这一问题，需要应用BIM技术对基坑方案进行深化设计，解决初步方案中存在的设计问题。例如，设计人员使用Revit软件，在软件中构建格构柱与支撑加腋节点处钢筋的深化模型，向模型中导入相关设计数据，即可构建起三维节点模型，并准确统计不同情况下的材料用量。

2.4碰撞检查

设计人员使用BIM软件中的碰撞检查功能，检查基坑模型中是否存在支护结构与主体结构碰撞问题，生成碰撞检查报告，在报告中明确标注各处碰撞部位与碰撞数据。随后，设计人员基于碰撞检查报告修改基坑设计方案，调整格构柱、工程桩与地下室结构间的空间位置关系。

2.5施工模拟

与其他工程项目相比，基坑工程施工现场环境较为复杂，存在较高安全风险系数，在施工期间有可能出现边坡滑塌与基坑塌陷等安全事故。因此，為预防和减少工程事故的出现，需要应用BIM技术开展施工模拟试验，基于三维模型与基坑设计方案，以动画演示形式展示基坑模拟施工过程，根据模拟施工结果评估基坑方案可行性，预算施工周期与造价成本，提前发现并解决方案中存在的设计问题。

以使用Navisworks软件开展模拟施工试验为例，设计人员使用BIM软件中的Timeliner功能，在软件中设定时间单位，编制施工进度表，与各工序建立相应任务，且任务时序必须切实满足该工序施工需求及技术要求。随后，在施工进度表基础上链接相对应的模型单元，对各单元任务类型进行定义，如定义为“构造”或“拆除”。最后，使用软件模拟功能，制作并导出施工模拟动画视频。

结语：

综上所述，在基坑设计阶段，设计人员必须正确认识到BIM技术的应用价值，构建起完善的技术应用体系，明确技术标准，拓宽技术应用方向，充分发挥BIM技术在三维可视化设计、深化设计与协同设计等方面的应用优势，促进我国建筑业的信息化发展。

参考文献：

[1]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，2015，44（S1）.

[2]彭曙光.BIM技术在基坑工程设计中的应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2012，14（05）.

[3]张春辉，武文娟，宋杨.BIM技术在基坑设计中的应用[J].山西建筑，2017，43（05）.