BIM技術在基坑設計中的應用

徐云龍

【摘要】現階段，BIM技術在基坑設計領域中應用廣泛，BIM技術突破了傳統(tǒng)二維設計方式的局限性，有效解決了設計表達不完整與認知偏差等問題，以數字形式直觀表達項目物理特性信息，這對工程設計的數字化及現代化發(fā)展有著重要意義。為充分發(fā)揮技術優(yōu)勢，加大BIM技術應用推廣力度，本文對BIM技術在基坑設計中的應用進行探討，為同類工程提供參考借鑒。

【關鍵詞】BIM技術;基坑設計;應用

BIM技術也被稱作為建筑信息模型，是結合三維數字技術的一種三維軟件工具，可以構建三維可視化信息模型，在模型中導入并直觀展現工程相關信息，以及構件對象及非構件對象的互動反饋過程，得到設計師群體的青睞。

1、BIM技術在基坑設計中的應用意義

1.1信息集成

與傳統(tǒng)基坑設計技術體系相比，BIM技術的核心優(yōu)勢是將工程信息轉換為數字形式導入三維模型數據庫中，準確判斷不同信息數據之間的內在聯系，并將信息數據間的互動反饋過程及關聯狀態(tài)在三維信息模型中以可視化形式加以表達。如此，在基坑設計階段，用戶可以直觀了解設計成果，幫助設計人員掌握超越自身能力極限的工程信息。

1.2信息共享

在基坑工程傳統(tǒng)設計模式中，不同專業(yè)之間的溝通頻率較低，時常產生設計沖突，導致基坑設計方案的可行性不足，如出現基坑支護體系與主體結構墻體碰撞問題。為解決這一問題，需要組織開展設計協(xié)調會，逐一識別與分析存在的設計碰撞問題，并對基坑設計方案進行優(yōu)化調整，反復計算協(xié)調數據，使得基坑設計效率低下，設計周期較長。借助BIM技術，可以對基坑設計信息及工程相關資料進行采集匯總，在BIM數據庫與三維信息模型中進行存儲展示。同時，三維信息模型具有動態(tài)性特征，在向BIM數據庫導入新數據，或是由新數據覆蓋原有數據時，三維信息模型也會所致變化。如此，各專業(yè)設計人員可以實時掌握基坑整體設計情況，觀察各專業(yè)間是否產生設計沖突，并結合BIM軟件提供的協(xié)調數據對專業(yè)方案進行優(yōu)化調整。另外，BIM技術還可以在可視化狀態(tài)下開展基坑設計工作，為設計方、施工方與建設方提供可視化信息溝通平臺，向設計方正確傳達工程建設要求，避免出現設計偏差。

1.3推動基坑設計的虛擬化發(fā)展

根據技術應用情況來看，在基坑設計期間，BIM技術即可以模擬設計三維可視化模型，如三維基坑支護模型、三維基坑施工開挖模型等，同時，還可以模擬出無法在真實世界中加以操作的事物，如開展4D模擬與5D模擬來預測基坑施工工期及造價成本，幫助設計人員掌握基坑設計方案在不同條件下的實施情況，這對工程設計領域的虛擬化發(fā)展有著重要意義，設計人員將在虛擬環(huán)境中完成部分基坑設計工作，并提高設計效率及質量。例如，組合應用BIM技術與VR技術，基于三維信息模型與數據庫營造虛擬場景，向用戶提供沉浸式體驗，設計人員可以直觀了解基坑施工現場情況與讀取相關設計信息。

2、BIM技術在基坑設計中的具體應用

2.1綜合勘察及三維建模

首先，開展基坑現場勘察工作，持續(xù)采集工程地質、水文地質資料與周邊環(huán)境信息等，生成現場勘察報告，將報告中的各項信息導入BIM數據庫中，作為三維建模與支護方案初步選型的信息依據。

其次，設計人員使用相關軟件構建三維信息模型，在模型中立體化呈現基坑實體情況，如基坑周邊建（構）筑物、道路及管線、基坑豎向支護體系、水平支撐體系等，幫助設計人員直觀掌握基坑現場情況與了解設計成果。例如，在設計人員使用ArchiCAD 17軟件建模時，需要對各樓層板面標高及支撐面標高進行定義，導入dwg格式平面軸線圖與保留構件軸線dwg格式文件，再使用軟件的建模單元來建立三維項目模型，對模型進行渲染處理，即可完成建模操作。此外，為有效區(qū)別三維模型中的基坑組成元素，應使用多種表面顏色展示各構件對象及非構件對象，以此改善基坑模型生成效果，如選擇使用1-5級灰度等級控制方式，1級飽和度最低，5級飽和度最高。

2.2協(xié)同設計

由于BIM技術具有信息共享及信息集成優(yōu)勢，可以將產生及采集的設計信息在相同BIM數據庫中進行存儲，并自動識別不同工程信息之間的內在關聯，在BIM軟件中設置項目中心文件。如此，在基坑支護與土方開挖等專業(yè)三維模型中，可以導入其他專業(yè)設計信息，幫助設計人員直觀了解其他專業(yè)設計情況與整體設計效果。同時，各專業(yè)所產生或修改的設計信息將自動上傳至項目中心文件中，在其基礎上對各專業(yè)模型與整體模型進行修改，以實現信息實時共享目標。此外，在出現設計碰撞時，BIM軟件將使用特殊顏色在三維模型中標記碰撞部位，向設計人員提供協(xié)調數據，及時有效地解決設計沖突問題。

2.3深化設計

在基坑設計方案中，分布著格構柱與支撐加腋節(jié)點處鋼筋等復雜節(jié)點構件，這類復雜構件的設計難度較大，如果采取傳統(tǒng)設計方式，容易出現計算錯誤問題，影響到基坑設計方案的可行性，并在后續(xù)施工中出現突發(fā)問題。為解決這一問題，需要應用BIM技術對基坑方案進行深化設計，解決初步方案中存在的設計問題。例如，設計人員使用Revit軟件，在軟件中構建格構柱與支撐加腋節(jié)點處鋼筋的深化模型，向模型中導入相關設計數據，即可構建起三維節(jié)點模型，并準確統(tǒng)計不同情況下的材料用量。

2.4碰撞檢查

設計人員使用BIM軟件中的碰撞檢查功能，檢查基坑模型中是否存在支護結構與主體結構碰撞問題，生成碰撞檢查報告，在報告中明確標注各處碰撞部位與碰撞數據。隨后，設計人員基于碰撞檢查報告修改基坑設計方案，調整格構柱、工程樁與地下室結構間的空間位置關系。

2.5施工模擬

與其他工程項目相比，基坑工程施工現場環(huán)境較為復雜，存在較高安全風險系數，在施工期間有可能出現邊坡滑塌與基坑塌陷等安全事故。因此，為預防和減少工程事故的出現，需要應用BIM技術開展施工模擬試驗，基于三維模型與基坑設計方案，以動畫演示形式展示基坑模擬施工過程，根據模擬施工結果評估基坑方案可行性，預算施工周期與造價成本，提前發(fā)現并解決方案中存在的設計問題。

以使用Navisworks軟件開展模擬施工試驗為例，設計人員使用BIM軟件中的Timeliner功能，在軟件中設定時間單位，編制施工進度表，與各工序建立相應任務，且任務時序必須切實滿足該工序施工需求及技術要求。隨后，在施工進度表基礎上鏈接相對應的模型單元，對各單元任務類型進行定義，如定義為“構造”或“拆除”。最后，使用軟件模擬功能，制作并導出施工模擬動畫視頻。

結語：

綜上所述，在基坑設計階段，設計人員必須正確認識到BIM技術的應用價值，構建起完善的技術應用體系，明確技術標準，拓寬技術應用方向，充分發(fā)揮BIM技術在三維可視化設計、深化設計與協(xié)同設計等方面的應用優(yōu)勢，促進我國建筑業(yè)的信息化發(fā)展。

參考文獻：

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