BIM在基坑工程中的应用探索

■ 张燕

BIM在基坑工程中的应用探索

■ 张燕

在铁四院总部设计大楼基坑工程中尝试采用BIM技术，进行基坑支护结构的施工图设计，模拟三维地质地层模型，并进行基坑施工工序的模拟，同时统计支护结构构件数量和开挖土石方量。

BIM；支护桩；立柱桩；内支撑；三维地层；施工工序；开挖土石方量

建筑设计行业正发生一场变革，一种以三维模型为载体，结合参数化和信息化名为BIM的设计手段正在席卷设计行业。作为一种新兴的建筑设计方法， BIM因集成建筑工程项目的各种信息，给建筑行业的设计、施工、运营全生命周期中带来了诸多益处。

目前，BIM技术较为成熟地运用于建筑工程领域，鲜少运用于基坑工程中。主要依托铁四院总部设计大楼地下室基坑项目，探索BIM技术在基坑工程中的应用。该工程采用Revit软件拟完成了以下几个方面的内容：地下室基坑支护结构的三维模型的建立；项目所在位置的三维地层模型的建立；基坑开挖各工况施工顺序的模拟；自动统计支护结构各部分的工程数量；三维模型转二维的自动成图。

1 工程概况

铁四院总部设计大楼Ⅰ期基坑面积约8 465 m2，基坑开挖深度10．65～11．50 m，局部坑中坑深度为13．6 m，基坑坑底至于粉砂层，且周边紧邻航测楼、电话所、档案馆等多个既有浅基础建筑，基坑支护形式初步设计拟采用SMW工法桩+二道混凝土内支撑的支护形式，主撑中心为两道大的圆环结构。

2 支护结构的建立

在进行支护结构模型的建立时，创建了基本的族构件，即型钢水泥土搅拌桩及格构立柱桩两种族构件；采用了参数化的驱动可设置不同尺寸的两种桩型，可运用于其他类似的支护结构模型中。定制好族构件后，将在平面模型中进行定位，定位出支护桩与立柱桩后，布置内支撑体系；在支撑对应标高平面内进行在位构件设置，不同类型的支撑需要分别定义属性，对于混凝土支撑的加肋部位采用平面拾取的操作。支护结构设计见图1。

图1直观地表达了整个支护体系结构，在模型中可适时查看任何一构件的参数化的信息，可适时修改。

3 三维地层的建立

根据空间点位，在平面位置定位好各勘探数据，转入轴线对应的剖面位置，导入勘探横剖面信息，进行各土层界面的绘制，绘制出剖面曲线后，进行地层实体和初始水位面的建立。所在区域从上至下地层依次为素填土、粉质粘土、粉砂、细砂局部夹中砂、圆砾土、基岩（见图2）。

三维地质BIM模型的建立一直是岩土界较为复杂的难题，此项目在简单地层条件下，运用空间点、线、面、体的关系，用体量的概念尝试构建了空间三维地质模型。

4 开挖工况的设置

原初步设计施工工况步骤为：原地面施做支护桩、立柱桩→放坡开挖至-2．5 m施做冠梁及第一道内支撑→继续开挖至-7．5 m后施做腰梁及第二道混凝土内支撑→继续开挖至底，施做结构基础，封填肥槽，拆除第二道支撑→继续施做地下室第二层顶板，换撑，拆除第一道内支撑。将支护结构模型与三维地质模型进行整合，即可得到结合地层信息的支护结构的模型，在软件中，可通过剪切命令进行体量的差集运算，绘制多个工况下的三维视图，也可通过在视图中增加阶段信息完成工况的模拟，开挖至底后的工况见图3。

5 工程数量统计及出图

根据各构件定义对应的属性、名称，在视图区可自动生成工程明细表，明细表中可根据需求查看任意命名构件的工程数量，方便、快捷、准确；对比分析原人工统计的工程数量表与自动统计支护结构构件工程数量，结果99%以上吻合，且自动统计智能、效率快、精度高。定制好对应的字体、图框，进行局部标注后，可进行项目的自动成图，除配筋图无法生成外，平面、剖面、立面均可完成。

6 结束语

此次在房建基坑工程中的运用尝试可以看出，增加三维地质模型可揭示连续的地层，校核和检查支护结构及基础所在持力层位置；在复杂基坑开挖中（盆式、岛式开挖），增加施工工况成图，可直观表达施工工序，指导实际施工；设置开挖工序，结合三维地质模型，在土石分界面变化较大的区域，可自动统计较为精准的开挖土石方量；三维模型建好后，可自动转二维视图，自动成图，方便快捷。

可移植于类似复杂的国铁及城市轨道交通地下岩土支护工程设计中，用三维表达更直观。

BIM技术是三维工程设计方法的基础，具有划时代意义。随着建筑行业的逐步深化运用，势必席卷到工程建设的其他领域。该项目在基坑工程中的应用积累了一定的经验。然而，由于支护方法的多样性（放坡、土钉墙、水泥土墙、工法桩、桩撑、桩锚等），建立所有形式的三维表达很难；在某些复杂区域， Revit软件里三维地质模型无法表达地质构造；因此，建立完备的岩土专业的族库非常必要，能解决支护结构样式不足的问题，同时建议进行软件的二次开发，将传统的二维地质勘察系统与三维软件对接，通过现场钻孔资料的输入自动形成空间三维模型；该项目的开发会对复杂地质条件下隧道、桥梁、地铁工程的BIM技术运用起到关键性的作用，解决岩土空间难题。

张燕：中铁第四勘察设计院集团有限公司地质路基设计研究处 ，工程师，湖北 武汉，430063

责任编辑 王志明

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