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基于BIM 的基坑挖运施工模拟

2021-05-12何锦龙徐超

江苏建材 2021年2期
关键词:标高基坑工程

何锦龙,徐超

(南京工程学院建筑工程学院,江苏 南京 211167)

0 引言

随着经济水平的不断提高,高层住宅、地铁工程和地下空间发展迅速。采矿基础技术的深度、规模和数量日益增加,并向更深方向发展。 此外,在建筑和人口密集的城市,对基坑建设的设计和施工也提出了更高的要求。

1 BIM 技术特点

1.1 信息集成

BIM 在技术方面的重要进步和突破是在三维模型中集成工程信息,改变了原有的二维施工模型工作方式。 通过创建覆盖不同学科的技术通信信息族库,建立了完整的三维模型数据库,设计师可随时获取建筑内部构件的信息,包括材料类型、几何形状、空间关系等。

1.2 工作协同性

BIM 技术为参与项目的每个人搭建了一个同步工作的平台。 建设单位可以及时提供信息,促进项目各方面的控制, 提高项目的整体效率。 此外,BIM 的三维模型在工作过程中可以有效促进整体结构的规划和补充, 在解决专业之间的冲突与差异时具有突出作用,在施工的进程保障中具有重要意义。

1.3 工作关联性

BIM 工作关联是指在建造或使用三维信息模型过程中,如果部分建筑信息发生变化,则三维模型可以同步改变, 通过BIM 技术改变参数信息或模型, 工作人员不再需要单独更改图纸的各个部分。BIM 技术的工作相关性使得不同学科之间的联系更加紧密,节省了人力成本。

1.4 工作可视化

BIM 技术的一个主要特点是视觉化,与传统的二维CAD 绘图相比,基于Revit 等软件的三维模型可以用一个模型来表达多个二维图形,三维显示更加直接,也能够在显示基本信息的过程中减少信息的多重显示和交叉传输,降低信息风险,同时能够更加直观高效地进行模型呈现。

2 基于BIM 的实时施工模拟

2.1 实时施工模型

实时施工模型是一个三维模型,用于根据实际施工进度模拟各种参数。在规划阶段建立的最初三点模式为实时建筑模式奠定了基础,但是必须根据实际施工进度不断更新该模型。实时模型的主要特点是模型中包含的信息随着设计而增加,模型本身也在不断更新,它能准确反映各阶段施工的实际情况,有利于工程的动态控制。

2.2 实时施工模型的自动创建方法

在实时施工模型的创建过程中,由于技术的局限性需要结合实地情况进行数据的更新和核实。建立人工模型需要更多的工作人员和时间,因此其可行性很低。利用自动图像识别和匹配技术自动生成实时参数的技术, 以及自动转换对象的属性为数组,大大提高了模型的实时自动化,如图1 所示,它是根据处于特定状态的原始内容进行对应内容创建, 以程序内定的模式从数据采集到实时BIM 的建立进行模拟和创建。

图1 实时施工模型自动创建框架

3 工程应用实例

3.1 工程概况

该工程位于武汉市洪山区红旗路南,解放路西,建筑总用地面积约为11 027 m2, 底边线周长约为390 m。 场区地形较平坦,地面标高约3.50~6.00 m,基底标高为-12.8~-15.3 m, 基坑深度约 19~21 m,本次施工结合周边环境以及基坑的地质情况,施工过程中拟采用基础类型作为桩基础, 基础埋深约7.2 m[1]。 西侧采用双排PRC 烟囱支护,东测采用悬臂VR 瓷垛支护形式,Keller 通道基矿采用CPC 烟囱+钢管支护形式。

3.2 BIM 模型建立

通过对各种建模和设计仿真软件进行比较分析,NavisWorks 和Revit 软件之间的信息具有良好的互操作性。 该工程使用核心建模软件Revit 用于板的基本建模, 该方法是参照Autodesk 公司的BIM 解决方案,NavisWorks 用于板的基本建模使用三维设计仿真[2]。

(1)创建标高轴网:在建筑设计过程中标高轴网在定位过程中具有重要意义。 根据施工情况不同,标高轴网的制作方法也有所变化。 由于该工程基坑面积大,因而标高轴网的设计和使用比较复杂,选择先进行CAD 图的整理然后进行导入的方法进行设计。

(2)创建围护桩:该工程的支护桩采用独立建制的混合配筋(PRC 桩)。 基于不同的地质条件,分为十二个不同的剖面, 由于PRC 桩的高度和桩顶桩底标的高度不一样, 因此建立了12 种不同类型的PRC。

(3)创建内支撑、冠梁、连梁:在进行钢管内置的构建过程中可以通过自建族和族文件混凝土借助辐射单元进行模具绘制、冠束和耦合束,并可编辑其类型参数。

(4)创建混凝土垫层和底板:可以根据底板和垫层选择结构族,根据底板结构层的形式进行加垫层,改变装潢参数,材料全部采用混凝土浇筑。

(5)创建地质地层:由于采用的Revit 模式在创建地质底层特殊结构过程中缺少相应的组建,可根据结构层功能集合楼层建筑的高度和厚度等要求进行模拟,对土层c 值、φ 值、E 值等关键值进行添加补充。

3.3 施工模拟

该工程整体施工顺序为: 地形平衡、 定位及顺序、钢管堆放、地漏、锚索、锚杆、混凝土洒水面按换填面交替施工, 上一层挖空后, 下部结构和岩石开挖。为了优化工艺,节省施工时间,减少放空过程,应注重放空过程施工的连续性。 为保证混凝土必要的硬化时间,采用了分层、台阶交叉的过程。 通过调整进度计划进行三维施工模拟, 合理调整施工方案[3]。第一层第三段地面开挖时,第一段施工面层可同时进行施工。第一段表层和第二段腰梁梁施工阶段是为了形成一个适当的重叠过程(图2)。 图3 为开挖后的边坡处理。

图2 基坑工程开挖支护动画

图3 基坑工程收坡施工动画

4 结语

通过对武汉某工程基坑构建中BIM 技术的使用进行研究, 探讨了BIM 在当前技术要求下进行基坑施工的可行性以及优势, 得出BIM 技术在进行工程进度的整体控制和信息管理过程中有较大优势。 但同时需要注意的是, 我国BIM 技术起步晚,应用范围比较局限,需要广大从业人员在实际工作中不断应用和学习,以尽快发展深基坑施工技术全生命周期的项目管理。

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