BIM技术在装配式建筑软土地基加固流程优化中的应用

陈墨 陈丽君

【摘   要】   装配式建筑软土地基加固过程中，软土土质不均匀，地基下沉数值过大，导致装配式建筑与软土地基间的一致性参数过小，针对该问题，在装配式建筑软土地基加固流程优化中应用BIM技术。以实际软土地基建筑工程各项参数为基础，构建装配式建筑模型，根据不同软土层的土质结构，优化软土地基加固流程，控制加固过程中产生的软土层下沉。选用已知参数的应变计作为实验器材，设定软土层结构并安置应变计。实验结果表明，应用BIM技术的流程优化方法产生的地基下沉数值最小，装配式建筑与软土地基间的一致性参数符合标准。

【关键词】   BIM技术;装配式建筑;软土地基;加固流程

Application of BIM Technology in Process Optimization of Soft Soil Foundation Reinforcement of Prefabricated Building

Chen Mo， Chen Lijun

（Anhui Technical College of Industry And Economy， Hefei 230051， China）

【Abstract】    In the process of soft soil foundation reinforcement of prefabricated building， the soil quality of soft soil is not uniform and the settlement value of foundation is too large， which leads to the problem that the consistency parameter between prefabricated building and soft soil foundation is too small. Aiming at this problem， BIM Technology is applied in the process optimization of soft soil foundation reinforcement of prefabricated building. Based on the parameters of practical soft soil foundation construction engineering， the prefabricated building model is constructed. According to the soil structure of different soft soil layers， the reinforcement process of soft soil foundation is optimized， and the settlement of soft soil layer produced in the reinforcement process is controlled. Finally， the application research of BIM Technology is completed. The strain gauge with known parameters is selected as the experimental equipment， the soft soil structure is set and the stress gauge is installed. The experimental results show that the settlement value of the foundation generated by the process optimization method of BIM Technology is the smallest， and the consistency parameters between prefabricated building and soft soil foundation meet the standard.

【Key words】     BIM technology;prefabricated building;soft soil foundation;reinforcement process

〔中圖分类号〕  U213.1    〔文献标识码〕  A              〔文章编号〕 1674 - 3229（2021）01- 0079 - 05

0     引言

随着城市人口不断增长，装配式建筑应用更加广泛[1]，装配式建筑在实际施工时一旦稍有纰漏就会产生质量事故[2]。软土地基指的是强度低、压缩量较高的软弱土层，具有高压缩性，但是抗剪强度低、透水性低，该土层中含有一定的有机物质，较低强度的软土层会形成大面积的沉积量，影响整体地基结构的稳定。在BIM技术参与下，本文以实际装配式建筑参数为基础，结合软土地基的发展特性，模拟实际建筑地基工程环境，优化地基加固流程，消除地基结构中的安全隐患[3]。

在上世纪80年代末，国外学者提出了BIM的概念，在高精度计算机硬件技术的支持下，BIM技术逐渐成为建筑工程中的一项重要技术[4]。国内起步较晚，在本世纪初才开始BIM技术的研究工作，各个高校逐渐建立起BIM的课题研究组，制定适合我国建筑风格的BIM规则，如今已经进入到高速发展的阶段[5]。综合国内外的研究成果来看，BIM技术逐渐渗透到各个领域中，为此，在装配式建筑软土地基加固流程优化中应用BIM技术是很有必要的。

1     BIM技术在装配式建筑软土地基加固流程优化中的应用

1.1   采用BIM技术建立装配式建筑模型

以实际软土地基建筑工程各项参数为基础，使用BIM技术承载软土地基内的质量信息，采用信息集成的方式构建装配式建筑模型，装配式建筑信息集成过程如图1所示。

在如图1所示的集成过程下，构建一个装配式建筑质量合理函数，根据合理函数数值变化，选定指定的参数，构建得到的合理性函数可表示为：

[r=qtp2πb] （1）

其中，[q]表示装配式建筑质量参数，[tp]表示参数变化速率，[b]表示合理性参数。根据式（1）得到的合理性数值，构建装配式建筑BIM6D模型，在该种模型下，以不同质量参数作为不同的建筑装配式节点[6-8]，使用质量维度处理建筑的装配式节点，处理过程可表示为：

[μ（r，tp）=μqtp2πb] （2）

其中，[μ]表示维度参数，其余参数含义不变。根据不同节点对应的维度，在BIM软件中模拟一个大致结构的装配式建筑，根据式（2）计算公式，设置装配式建筑元件的各项参数，构建一个装配式建筑的时空分布方程：

[2πbr2q-tp=rmax] （3）

其中，[rmax]表示最大的装配式建筑合理性数值，其余参数含义不变。根据式（3）构建得到的时空方程设置模型参数，使用Navisworks软件重复检验上述模型中的建筑碰撞[9]，检验过程可表示为：

[dvdh=hdp/dr+τ0μ（t）] （4）

其中，[v]表示建筑施工速度，[h]表示装配式建筑的高度，[τ0]表示装配式建筑组成模块的牢固系数，[p]表示装配式建筑组成的边界参数。控制上述建筑碰撞参数[μ（t）]为最小值，保持模拟得到的装配式建筑处于稳定[10]。在上述模拟构建的装配式建筑模型下，优化软土地基加固流程。

1.2   优化软土地基加固流程

在已构建的模型下，采用SJP浆液对软土地基进行加固处理，根据不同软土层的结构，计算软土的扩散系数，计算公式为：

[k'=dp/dr-τ0μ（t）/2k2] （5）

其中，[k]表示软土层内的软土流量，其余参数含义不变。根据式（5）计算得到的扩散系数，将水、硅酸盐水泥、外掺剂按照1：2：3的比例进行调和[11]，根据软土层形成的地层孔隙，计算软土地基内的压力，公式为：

[P=CTk⋅λ⋅h] （6）

其中，[C]表示注浆孔隙数量，[T]表示软土层的厚度，[λ]表示软土层因素系数，[h]表示软土层注浆段深度。根据式（6）得到的压力数值，得到加固区内的注浆体积，计算公式为：

[V=HπR2n] （7）

其中，[H]表示孔隙口段长度，[R]表示加固区的半径，[n]表示加固区的孔隙率。根据式（7）计算得到的各项参数，约束实际软土地基的加固过程。以加固地基所需的时间和使用材料为优化对象[12]，设定相应的优化系数，设定的优化系数如表1所示。

在表1所示的优化参数下，根据表中的各项优化数值，计算优化加固后的软土地基的应力数值，计算公式为：

[σ=（Iσ-Iσ0）Sv+GSj] （8）

其中，[σ]表示软土地基的法向应力，[Iσ]表示加固區的预定值，[Iσ0]表示加固区的应力初始值，[Sv]表示活塞面积，[G]表示加固优化参数集合，[Sj]表示加固区软土层的面积。根据式（8）得到的数值，控制上述应力数值与式（6）中的软土间的压力数值相等时[13]，实现对软土地基加固流程的优化。

1.3   应用

在上述处理过程下，利用BIM技术构建得到模型，处理上述优化加固流程，以软土层表现出的应力数据作为优化流程的进度数据，根据进度数据产生的净值，评估应用过程中产生的偏差，偏差可表示为：

[B=Zα] （9）

其中，[B]表示软土损失量，[Z]表示优化流程的进度数据，[α]表示加固参数。结合得到的偏差数值，得到单位体积内软土地基内产生的损失变化，如图2所示。

在图2所示的软土地基损失变化下，根据地基加固区内软土的体积数值，结合软土体积的损失量[14]，计算加固优化处理后地基的沉积量，沉积量计算公式为：

[D=VλB] （10）

其中，[V]表示软土地基的体积，[λ]表示软土体积损失率。控制软土地基的体积损失率与软土损失量为最小后，为了保证软土地基与装配式建筑间的一致性[15]，将体积损失率作为装配式建筑所要调和的位移数值，保证地基与装配式建筑间的一致性。基于上述处理，最终实现BIM技术在装配式建筑软土地基加固流程优化中的应用。

2     仿真实验

2.1   实验准备

实验采用竖向静载实验，设定建筑现场的地区土层的分布后，采用表2所示参数的应变计。

应变计外部设置一个管桩，采用位置同步预埋的方式安装应变计，管桩桩端上预留一个测线放置槽以及穿线管，预制处理后，根据设定的地区土层结构，在不同土层深度处放置应变计，形成的应力计安装位置结果如表3所示。

在表3所示的安装位置参数下，形成应变计的安装位置分布，如图3所示。

在图3所示的应力计位置分布下，分别用文献[6]中的流程优化方法、未使用BIM技术的流程优化方法以及应用了BIM技术的加固流程优化方法进行实验，对比三种优化方法的性能。

2.2   结果及分析

基于上述实验准备，设定应变计的数据采集周期为3天，在不同的软土层内设定不同的断面里程，以应变计测量得到的路基高度为建筑地基高度标准，计算不同加固流程优化方法下，建筑软土地基加固后，在不同时间点形成的沉积量，沉积量结果如表4所示。

以相同的时间周期作为时间测点，以27天为观察周期，由表中所示的地基沉积量结果可知，文献[6]中的加固流程优化方法对应地基产生的沉积量在0.55mm左右，数值最大;未应用BIM技术的流程优化方法地基形成的沉积量为0.45mm，沉积量较小;应用了BIM技术的流程优化方法最终形成的沉积量为0.28mm，与前述两种流程优化方法相比，应用了BIM技术的流程优化方法在软土地基中形成的沉积量最小。

保持上述实验环境不变，将应变计安置位置作为软土地基的加固区，定义区域加固时形成的变形系数可计算表示为：

[R=ui=1nfs+qAp] （11）

其中，[n]表示设置的软土地基层，[u]表示应力计的长度，[fs]表示软土间的承载力特征值，[fs]表示软土层的侧摩阻力，[q]表示桩端的端阻力，[Ap]表示沉积量的积分数值。在上述计算公式下，针对三种不同优化条件，统计得到最终加固区的变形系数，如表5所示。

由表5所示的变形系数结果可知，在三种软土地基加固流程优化方法控制下，软土层的加固区表现出了不同变形系数结果，根据数值可知，文献[6]中的加固流程优化方法产生的变形系数最大，加固区容易产生变形。未应用BIM技术的优化方法产生的变形系数较小，软土加固区在一定条件下会产生一定的变形。而应用了BIM技术的优化方法最终产生的变形系数最小，软土加固区基本不会产生变形。

在上述实验环境下，设定装配式建筑与软土地基间产生的竖向位移为0.02mm，将该数值作为一项固定不变的参数，构建加固处理后的软土地基与装配式建筑间的一致性，一致性参数可计算得到：

[u=λAiEi] （12）

其中，[λ]表示竖向位移参数，[Ai]表示软土地基的竖向位移函数，[Ei]表示装配式建筑的竖向位移函数。将距软土加固区的深度数值作为自变量，计算并统计软土加固区与装配式建筑间的一致性，一致性变化如图4所示。

定义一致性数值为1时，则表示软土加固区与装配式建筑间存在一致性，符合装配式建筑的要求。由图4的一致性结果可知，文献[6]中的优化方法得到的一致性数值为0.6～0.8，数值小于1，软土加固区与装配式建筑间的一致性较差，而未应用BIM技术的优化方法最终得到的一致性数值为0.8～1.3，在软土加固区深度数值在2m左右时，软土加固区与装配式建筑之间存在一致性，但一致性的持续性较短。而应用了BIM技术的优化方法的一致性数值为0.8～1.1，一致性数值变化幅度不大，软土地基加固区与装配式间的存在较强的一致性。综合上述实验结果可知，应用了BIM技术的软土地基加固流程优化方法产生的地基沉积量最小、变形系数最小、一致性最强。

3     结语

装配式建筑软土地基有着固定的流程，在装配式建筑软土地基加固流程优化中应用BIM技术，能够控制软土层的变形，增强装配式建筑与软土地基之间的一致性，保持建筑物的稳定。

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