深基坑支护结构BIM模型设计与应用★

2018-09-27付其顿

山西建筑 2018年24期

许茜付其顿

(南通职业大学建筑工程学院，江苏南通 226007)

0 引言

随着我国经济水平的不断提升，高层建筑、城市地下空间、地铁等工程的开发，使得基坑开挖深度、规模与数量等日益增加，开挖深度超过20 m的深基坑不断出现，且大多数深基坑集中在建筑物与人口密集的市区，受施工场地狭小与施工条件复杂等因素制约[1]，传统的二维设计模式已经不能满足深基坑工程施工进度、质量、成本等方面的管理要求，合理的进行深基坑支护设计，减小基坑施工过程中对周围环境的影响，提高深基坑工程的施工质量等已经引起了人们的高度重视[2，3]。

将BIM技术引入深基坑工程中，通过创建深基坑支护结构的BIM模型，通过三维可视化模型加强对施工成本、进度计划及质量的直观控制，既可以提高工作效率，降低差错率，也可以减少现场返工，节约投资[4]。

1 BIM技术特点

BIM(Building Information Modeling)“建筑信息模型”，即以空间数字技术和建筑工程项目的各项有关信息数据为基础，创建工程项目设计、建造及后期运营管理等全寿命周期模型，并将这些模型和信息数据连接于建筑工程的设计、施工管理及运营管理等建筑全周期中。BIM技术的特点如下[5，6]：

1)信息集成。

BIM技术的核心是由数字信息组合而成的一个三维模型数据库，设计师们可以直接从中获取相关设计需求的信息应用于设计中，这种设计方法与传统的二维设计模式存在很大的不同，有关建筑物的真实情况包含建筑内各构件的空间关系、几何形状、各设计要素(如梁、板、柱、设备、管线)的建筑信息和功能特征，甚至是各构件直接的连接方式、荷载情况等设计人员们可以利用这些数据库随时模拟。另外，对于工程中各个复杂的关键部位也可以进行三维深化设计，这也是二维图纸面临的最大的不足。

2)工作协调性。

建设单位、施工单位、设计单位、监理单位等可以在一个基于BIM技术建立的模型平台中及时沟通信息，时刻关注施工过程中的各个部位环节，不仅能够提高工作效率，而且确保了工程的质量问题。结构设计、管线铺设以及其他部位的碰撞检查也可以基于BIM技术建立的空间模型中来实现。

3)工作关联性。

基于BIM技术创建的模型与后期的建造过程时刻保持关联，也就是说当工程中的随意一个构造发生变化时，这个模型不仅可以立即将变动的部位同步到三维模型中，为工程人员及时查看更改施工设计提供依据，而且不需要工程人员逐个对工程图纸进行更改处理。这个特性让各专业相关技术人员可以第一时间得到最新的建筑信息，不仅节省了人力，降低了成本，而且大大提高了工作效率。

2 BIM技术在深基坑支护结构中的应用优势

就BIM模型三维可视化、协同工作、深化设计和资源共享等特征优势，以及目前而言国内对BIM技术的应用情况来看，基于BIM技术的深基坑支护结构模型设计对工程的施工具有重大指导意义。

1)弥补传统设计方案的不足之处。

计算与绘图是目前深基坑支护设计中不可缺少的两部分。专门的计算软件根据工程信息创建计算模型，设计者根据计算模型的数据信息，并自行设计设计说明、平面图、材料表等，由于是人工计算绘制的，因此难以避免碰撞、错位，尺寸标注等错误，这就会导致各种复杂的平面、立面以及剖面图之间的信息互相冲突。而利用BIM技术创建深基坑支护结构模型，可检测碰撞。

2)实现各专业协同设计和信息共享。

项目信息数据库是在BIM模型设计中同步进行的，其中的信息包括基坑、周围的环境以及实物功能特征。当修改某一个对象时，该对象在其他的专业设计中也会紧跟变动。在这个数据库中施工人员就可以更方便的交换信息，提高项目进度和节约成本。BIM模型结构不再采用过去的二维设计方案，而是利用其可视化特性，呈现出各个不同专业的构件的三维立体结构图形，避免管线与其他配件之间的冲突，减少各种图纸的错、漏、缺等现象，从而大大提高建筑空间的利用率和各专业之间的配合、协调。

3)实现虚拟化和智能化。

基坑工程各个阶段的效果图以及动画可以利用BIM强大的特性：建模、渲染、动画技术等来解决以往由于深基坑的复杂性，导致无法按设计图纸的要求来进行施工等问题。可以利用BIM创建的模型进行碰撞检测，优化基坑支护设计方案可以根据碰撞检查的结果来设计最佳方案。

4)实现BIM附加价值。

根据基坑自身周围丰富的数据库建立基坑支护BIM模型，在基坑设计、施工、监测等的整个阶段都可以根据此模型作为依据。可以依靠创建完成的模型进行施工模拟，解决施工的复杂化，提升工程质量与工期；可以利用该模型的数据库做预算，控制工程成本；可以结合动态模拟结果，实现虚拟与现实模型监控，达到虚拟模仿现实监测等，从而让各个专业可以直接地通过BIM模型的信息共享与沟通的特征让各方都可以参与进来。