周松　赵国强

（上海城建市政工程（集团）有限公司　上海　200065）

基于BIM基坑虚拟施工技术应用的分析

周松赵国强

（上海城建市政工程（集团）有限公司上海200065）

1　概论

在信息化浪潮席卷全球，数字技术与勘察设计领域结合的不断深入的大环境之下，计算机技术在建筑行业的作用也愈来愈大。对于整个建筑行业来说，通过应用BIM理念进行建筑施工模式创新不仅能够帮助用户创建逼真的三维模拟和精确的能耗模型，高效地实现建筑可持续设计和节约能耗需求，还能帮助建筑施工方最大化的降低风险，减少损耗，轻松完成项目建造。随着BIM理念逐步深入人心，基于BIM理念的三维施工技术也将彻底转变传统的工程协作方式和协同模式。BIM作为数字建模软件的总称，在虚拟环境中将真实的建筑信息参数化。基于此数字化模型平台，从设计、施工到最后的运营维护，实现整个建筑项目全生命期信息的共享和改进。同样，对于基坑工程而言，BIM模型的建立对于工程筹划和项目进度控制也是尤为重要的。

2　基于BIM的虚拟施工技术应用的重要性分析

BIM不仅仅是设计阶段的应用，BIM定义中也包含“项目全生命期相关的所有信息”。施工阶段作为建筑全寿命周期中除去后期运维之外持续时间最长的阶段，对建筑物的形成至关重要。目前存在于施工阶段的不良现象必然会对建筑物的质量、造价、工期等产生不利影响。当然，信息流通不畅导致的其他建造阶段的问题也非常多，BIM技术在这种大环境下应运而生。业主、设计院、施工单位三者对比，从受益度、动力、技术力量三个因素综合考虑，施工单位将是推动BIM发展的最大动力，原因如下：现阶段施工单位的利润率相对偏低，BIM技术的引入将为其带来更大价值，施工企业对利用新技术、新方法提高生产效率和利润率的动力会比开发商和设计机构高得多。工程项目进度管理中存在的问题：建筑设计缺陷带来的进度管理问题、施工进度计划编制不合理造成的进度管理问题、现场人员的素质造成的进度管理问题、因参与者众多，沟通和衔接不畅导致的进度管理问题、施工环境的影响。传统技术存在问题：二维CAD设计的项目形象性差、网络计划抽象、往往难以理解和执行、二维图纸不方便各专业之间的协调沟通、传统方法注重经验，无法做到规范化和精细化管理。

基于上述原因，引进新的管理技术，更新管理方法已势在必行，基于BIM的虚拟施工技术在工程筹划以及项目进度控制中可以起到改进和优化施工方案，进而提升建筑行业的整体效益，能够更好地加快我国建筑领域的飞速发展。

3　应用背景

全信息BIM模型的建立及应用，将协调工作前置，优化工程筹划；初步形成基于BIM的基础信息平台，实现远程分布式管理；初步实现跨平台应用探索。虹源盛世国际文化城项目在工程筹划阶段，在所建立的模型的基础上，根据所提供的详细的工程筹划，给BIM模型中各个对应元素增加相应的时间参数，通过BIM平台真实、立体地呈现，可以检验筹划的合理性、可实施性，进而，达到优化施工筹划的目的。并在工程的正式施工前，引入虚拟施工和虚拟验收过程，增强对施工工艺过程的预见性，检验施工工艺、实施方案的合理性。从根本上，改变了以往在实际施工中碰到问题，才想要去解决、去更换施工工艺的被动管理模式，确保工程质量和进度，如图1。

4　基于BIM的虚拟施工技术应用思路探究

（1）4D虚拟施工

BIM技术在进度管理中的应用主要通过4D虚拟施工来实现，3D模型的构件与进度表联系，形成4D模型以直观展示施工进程。4D模型建立好之后，在软件平台上3D模型就可以根据计划、实际完成情况来分别表示“已建”、“在建”、“延误”等模型形象。形象表达基本上不用专业的解释。清晰的沟通可以缩短沟通的时间，甚至减少沟通的次数，4D虚拟施工就是“清晰”沟通的一个有效的方法。施工进度计划的制定和执行都必须明白整个施工流程、工程量的多少、人员的配置情况等。BIM技术可以通过4D虚拟施工技术，对计划的制定、执行和调整都带来很大的改进。

（2）进度计划制定、控制与调整

BIM模型的应用为进度计划制定减轻了负担。进度计划制定的依据除了各方对里程碑时间点的要求和总进度要求外，重要的依据就是工程量。通过BIM软件平台，这项工作简单易行。通过软件平台将数据整理统计，可精确核算出各阶段所需的材料用量，结合国家颁布的定额规范及企业实际施工水平，就可以简单计算出各阶段所需的人员、材料、机械用量，通过与各方充分沟通和交流建立4D可视化模型和施工进度计划，方便物流部门及施工管理部门为各阶段工作做好充分的准备。BIM技术的应用让进度控制有据可循、有据可控。在施工阶段，各专业分包商都将以4D可视化模型和施工进度为依据进行施工的组织和安排，充分了解下一步的工作内容和工作时间，合理安排各专业材料设备的供货和施工的时间，严格要求各施工单位按图施工，防止返工、进度拖延的情况发生。BIM的4D模型是进度调整工作有力的工具。当变更发生时，可通过对BIM模型的调整使管理者对变更方案带来的工程量及进度影响一目了然，管理者以变更的工程量为依据，及时调整人员物资的分配，将由此产生的进度变化控制在可控范围内。同时在施工管理过程中，可以通过实际施工进度情况与4D虚拟施工进行比较，直接的了解各项工作的执行情况，使企业在施工进度管理工作上能全面掌控。

图1　虹源盛世项目A1、A2、A3、B2、B3基坑BIM模型

5　基于BIM虚拟施工技术实际应用分析

（1）建立全息化信息模型

本基坑工程信息总体涵盖了基坑三维模型、周边道路及管线等。开挖土体的建立时，将其按照有限元方式进行分块，便于后期应用，如图2。

图2

（2）施工工艺进度模拟

根据本工程基坑施工的总体施工组织计划，将基坑工程施工分为21个主要步序，根据既定的时间节点进行模拟，形成不同阶段的施工进度计划，如图3所示：A1基坑开挖32%，围护施工38%，降水井施工（灌注桩范围可提早）16%，1-1、1-2支撑养护

27%，1-3、1-4支撑施工59%，1-5土方开挖88%。

图3

A1基坑开挖33%，围护施工40%，降水井施工（灌注桩范围可提早）23%，1-3、1-4支撑养护7%，1-6、1-7栈桥施工13%，1-1、1-2支撑养护53%，如图4。

图4

A1基坑开挖38%，围护施工45%，降水井施工（灌注桩范围可提早）48%，1-8栈桥施工32%，1-6、1-7栈桥养护14%，如图5。

图5

基于BIM基坑虚拟施工技术在虹源盛世国际文化城项目建设过程中的实际应用优化了设计，使计划制定更加合理，施工方更易掌握施工进程，合理使用施工资源以及科学进行场地布置，达到缩短工期，降低成本，提高质量的目的。

6　结论

BIM是信息化大潮之下顺势而生的应用于建筑行业的新型管理工具，由于模型中可以集成建筑各阶段信息，对施工管理作用巨大。目前，国内有关BIM技术在施工中的应用研究尚处于初步探索阶段，基于BIM技术施工管理乃至全生命周期管理在建筑领域的应用将是一个必然趋势，在未来的建筑设计及施工中的应用前景广阔。从技术发展层面分析，BIM技术将从根本上改变现有的传统建筑施工模式，并逐步建立起虚拟施工理论和技术体系。

[1]张建平.BIM技术的研究与应用[J].施工技术：下半月，2011（001）：I0015～ I0018.

[2]王友群.BIM技术在工程项目三大目标管理中的应用[D].重庆大学，2012.

[3]何清华，韩翔宇.基于BIM的进度管理系统框架构建和流程设计[J].项目管理技术，2011，9：028.

TU17

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1673-0038（2015）31-0120-02

2015-6-24