BIM技术在某土木工程施工中的应用分析

张军军 李彩红

（黄河科技学院，河南 济源 459000）

0 引言

BIM技术是一种建筑信息化模型技术。利用BIM技术，能够将土木工程中的建筑特征通过数字化展现，便于土木工程施工中各参与方实现数字信息的交流，实现信息共享，可实时了解工程进度，从而提高工作效率。同时，土木工程应用并融合BIM技术，不仅可以促进传统土木工程施工模式实现创新，而且也有利于土木工程实现更好、更快的信息化发展。由此可见，加强BIM技术研究对促进土木工程发展有着深远的意义[1]。

1 BIM技术的特征

BIM技术已经成熟，其具有以下特征：

（1）可视化特征。BIM建筑信息模型中，整个过程都是可视化的，因此土木工程的设计、施工、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。

（2）协调性。BIM技术能够协调施工的各参与方以及其他各个方面，让土木工程施工变得规范合理，能够避免施工的不合理性；还能够让施工方和甲方实现实时信息交流，进而可对施工做出相应调整，提高工程的质量和效率[2]。

（3）模拟性。模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，BIM模拟性还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物，在设计阶段，BIM可以对设计上需要进行模拟的东西进行模拟实验。

（4）一体化性。基于BIM 技术，可实现从设计到施工，再到运营，贯穿工程项目的全生命周期的一体化管理。

（5）可出图性。BIM技术通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后，还可以帮助业主出图纸。

2 工程概况

某大型土木工程项目共计占地面积约为6.8万m2，建筑面积总计约22万m2。基坑面积约4.9万m2，基坑南北长约405m，东西宽约135m，周长约是1125m，基坑开挖深度是3.5m～16.5m。综合现场情况，拟定基坑支护采取预应力锚索＋排桩方式进行支护，预计使用预应力锚索2075根，成孔直径都是15cm，工期为4个月。基坑支护施工时，按照实际需要及基坑四周环境情况，决定在基坑东侧使用永久性锚索，其他位置则都是用临时锚索，且锚索实际数量会随基坑开挖深度变化而变化。

3 项目施工的重点和难点

3.1 地理位置特殊

该项目基坑的西侧有两层高的变电站；在基坑北侧顺着东西走向的红线，有一排工业厂房和公共基础设施，工业厂房基本都是采用的混凝土框架结构及砌体结构；在基坑的南侧存在既有市政道路。因此，在基坑施工前，就必须要将现场的地质、地形、既有建筑及管线等情况勘查清楚，以确保此次基坑锚索施工高效优质进行。

3.2 地质条件复杂

基坑开挖之前，对现场做了全面的地质地形勘测后，得知现场地质土层主要包括素填土、粉土、砂质士、卵石层、强风化泥岩及中等风化泥岩等，具体岩性指标如表1所示。此外，现场地下水位比较高，且水量较大，基坑降水也是重点。

表1 现场土层岩性指标

3.3 锚索数量多

该基坑项目开挖施工及支护作业比较复杂，预计使用2075根锚索，且现场有22处阴阳角。所以支护施工时如何布置锚索位置，避免阴阳角锚索发生碰撞是重中之重。

4 BIM技术的实际应用

该基坑项目中预应力锚索施工是最为关键的部分，其质量直接决定了基坑支护的整体质量。因此，为了提高预应力锚索施工的效率及质量，基于BIM技术，结合工程图纸及勘测报告等，运用Revit软件建立了基坑支护桩锚的三维模型，以便辅助施工[3]。

4.1 构建基坑三维模型

根据施工图纸及现场勘测资料，通过Revit软件构建了相应的基坑三维模型。但在建立模型时，Revit软件内没有现成的腰梁、锚索等构件的“族”，便自行对相应的“族”进行了设计，例如：在建立锚索族的过程中，应根据实际情况选择合适的入射角、自由段长度、锚固段长度、锚索直径及材质等。建立好锚索族之后，在后期使用时可根据实际需要合理调整锚索族的参数，以便设计及施工[4]。

建立相应的族后，开始构建基坑三维模型，具体步骤如下：

（1）在Revit软件中点击建筑样板，创建新的项目；

（2）通过“体量和场地”的“地形表面”工具构建出基坑场地模型；

（3）在模型中输入基坑大小、高程等参数；

（4）通过“建筑”对话框中的“标高”及“轴网”工具，构建支护结构的标高及轴网；

（5）通过“族”工具栏中的“混凝土圆形桩”功能构建出排桩模型；

（6）使用提前建好的“锚索族”构建锚拉桩支护模型；

（7）使用“族”工具栏中“梁”构建出冠梁模型。

4.2 碰撞检查及设计优化

建好基坑及支护结构三维模型后，将模型数据传入Navisworks软件，通过其中的ClashDetective工具对锚索施工相关构件进行碰撞检测。此次碰撞检测总计检测出了300余处碰撞点，其中，同类碰撞和不同锚索施工碰撞占比达到了90%，排桩与锚索碰撞只占10%。这主要是因为该基坑结构是不规则的、阴阳角比较多，且四周环境复杂，易出现锚索碰撞，主要集中在锚固段及自由段。因此，在BIM模型中对碰撞位置做了相应的调整及优化，然后再导入Navisworks软件中再次做碰撞检测，直至不再出现碰撞问题。然后根据发现的问题与设计单位沟通，对设计方案进行优化，最终去掉了两根锚索，优化了7处阴阳角的设计以及300根锚索。同时，也对300处碰撞点均做了优化调整。

在检测锚索与既有建(构)筑物碰撞时，该项目基坑四周地下管线、既有建筑物、市政道路等比较多，基坑西侧17m处有两层的变电站，该变电站为钢筋砼结构，基础标高低于基准面以下约3m～20m。结合设计图纸及BIM模型可知锚索长度均＞23m，最大长度可达34m，钻孔设计角度是20°。通过现场测量和模型碰撞检测，发现施工时钻孔角度是符合要求的，但是也会跟变电站的东南角发生碰撞。经讨论及优化调整后，最终将锚索钻孔施工角度调整为了25°，既保证支护效果，也避免了碰撞[5]。

4.3 BIM技术的其他应用

（1）将基坑支护结构三维模型建成后，也可利用Revit 软件将三维模型编辑成漫游动画，在现场对施工人员进行施工技术交底，有效指导施工。

（2）基于基坑支护的BIM模型，也可以将各区域施工所需的材料及配件的用量精确地计算出来，以便给材料采购和材料管理提供参考依据。

（3）可使用Navisworks 软件将基坑支护模型制成模拟动画，对基坑支护施工的全过程进行全程模拟，使相关人员可以更加直观地看到随着施工的推进，材料的实际消耗量，而且还能推测工期，进而可为施工材料管理及进度管理提供帮助。

（4）可将基坑支护三维模型导入Lumion内进行渲染，以便直观的查看实际效果。

（5）通过BIM 5D技术，可以实现对基坑支护施工的实时、高效管控[6]。

5 结束语

综上所述，该项目通过应用BIM技术模拟基坑支护施工，有效解决了基坑支护施工中的难点，提高了施工效率，最终共计节约工期15 天，总体成本节省约50 万元。因此，从长远发展的角度来看，土木工程建设企业应对现有施工模式进行创新，积极应用BIM技术模拟、指导、协调项目施工，提高施工效率，优化项目质量。土木工程建设企业在应用BIM系列软件时，可根据项目实际情况及需要，有针对性地选择BIM软件或软件组合，这样可以达到事半功倍的效果，进而为土木工程行业实现现代化、信息化发展注入强大的动力。