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企業(yè)BIM定制培訓(xùn)服務(wù)經(jīng)典案例

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柏慕聯(lián)創(chuàng)為成都建工一建提供第四期BIM項目深入實踐應(yīng)用培訓(xùn)班（一）

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柏慕聯(lián)創(chuàng)為中冶建工集團(tuán)提供基于Dynamo的市政路橋隧解決方案專項定制培訓(xùn)（一）

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柏慕聯(lián)創(chuàng)為海南生態(tài)軟件園集團(tuán)有限公司提供企業(yè)BIM基礎(chǔ)定制培訓(xùn)（一）

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柏慕聯(lián)創(chuàng)為中南建筑設(shè)計院股份有限公司提供2021年新員工入職BIM定制培訓(xùn)（線上/線下）（一）

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柏慕論談 | 《重慶建筑》雜志發(fā)表柏慕聯(lián)創(chuàng)文章《BIM技術(shù)在超高層建筑深基坑施工中的應(yīng)用》

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作者：四川柏慕聯(lián)創(chuàng)BIM教育培訓(xùn)中心來源：《重慶建筑》雜志、CNKI、柏慕聯(lián)創(chuàng)網(wǎng)址：https://mp.weixin.qq.com/s/WJ1i9EJFIGiVdv-trQcn_Q

本文為四川柏慕聯(lián)創(chuàng)BIM教育培訓(xùn)中心發(fā)布

■ 來源 | 《重慶建筑》雜志、CNKI、柏慕聯(lián)創(chuàng)

BIM技術(shù)在超高層建筑深基坑施工中的應(yīng)用

Application of BIM Technology in deep foundation pit of super high-rise building

胡宇琦，倪茂杰，陳旭洪

（四川柏慕聯(lián)創(chuàng)建筑科技有限公司，成都 610031）

摘要：城市中心區(qū)域的超高層建筑，由于施工條件受限于場地狹小，周邊建筑物和構(gòu)筑物對基坑的質(zhì)量也有較大影響，因此深基坑施工是整個項目的重難點，也是影響工期的關(guān)鍵。該文以成都某建設(shè)項目為例，論述BIM技術(shù)在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工、基坑土方開挖等深基坑施工中的運用，通過BIM深化設(shè)計，解決了深基坑精細(xì)化施工的難題，保障了施工質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣運用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；超高層；深基坑；深化設(shè)計

中圖分類號：TU473；TU17

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9107（2020）11-0033-03

Abstract：For the super high-rise building located in the center of the city， the construction conditions are limited by the narrow site， and the surrounding buildings and structures also disturb the foundation pit greatly. The construction of deep foundation pit is not only the key point of the whole project， but also the key to affect the construction period. Taking a construction project in Chengdu as an example， this paper expounds the application of deep foundation pit based on BIM Technology， including the construction of foundation pit support structure based on BIM and the excavation of foundation pit earthwork. Through BIM in-depth design， the method of fine construction of deep foundation pit is solved.

Key words：BIM technology;super high rise;deep foundation pit;deep design

0引言

隨著我國城市化建設(shè)的推進(jìn)，城市繁華地段的改造項目與新建項目與日俱增。此類項目受場地狹小、周邊環(huán)境復(fù)雜等外部因素的影響，對現(xiàn)場施工組織管理提出了挑戰(zhàn)。比如，地鐵線路從項目旁經(jīng)過使得深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系變得更為復(fù)雜。而在地下室施工工藝中，對筏板基礎(chǔ)、墻體和地下室頂板的防水處理要求較高，也需要在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案中加以考慮。人們對建筑使用功能的要求越來越高，地下室設(shè)備也隨之變多，地下室結(jié)構(gòu)也復(fù)雜多變起來。BIM技術(shù)的運用使得基坑支護(hù)體系與地下室主體結(jié)構(gòu)間的位置關(guān)系變得清晰，同時，采用BIM技術(shù)對基坑的深化設(shè)計、出圖可以大大方便現(xiàn)場施工，加快施工進(jìn)度，提高施工現(xiàn)場精細(xì)化管理程度[1]。

本文以成都某建設(shè)項目為例，分析與論述BIM技術(shù)在超高層基礎(chǔ)工程施工中的運用及所達(dá)到的施工效果。

1 基于BIM技術(shù)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)運用

1.1 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)間存在的碰撞問題

深基坑的設(shè)計、施工過程中支撐體系較為復(fù)雜，盡管設(shè)計單位在設(shè)計時考慮了支撐體系與結(jié)構(gòu)主體間的空間位置關(guān)系，一些部位仍然會和結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，特別是在多道內(nèi)支撐體系中，問題尤為突出。部分工程中棧橋的運用同樣存在相似的問題。施工技術(shù)方案的編制和成本控制存在一定的不可預(yù)見性。

在設(shè)計階段，支撐立柱與框架柱、剪力墻的位置關(guān)系，以及支撐梁與樓板的位置關(guān)系較為容易確定，碰撞情況較少，給施工帶來的影響較小。而支撐體系與結(jié)構(gòu)碰撞的主要問題存在于以下幾個方面：

（1）支撐立柱與結(jié)構(gòu)梁；

（2）支撐梁與結(jié)構(gòu)梁、框架柱；

（3）支撐立柱與基礎(chǔ)底板坑（集水坑、電梯井）的位置關(guān)系；

（4）支撐立柱與降板處的位置關(guān)系。

1.2 BIM技術(shù)對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)間的碰撞模擬

BIM在深基坑中的運用可以做到事前可控，降低風(fēng)險。項目采用Autodesk Revit軟件對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查模擬，在施工前與設(shè)計單位溝通協(xié)調(diào)，進(jìn)行合理優(yōu)化，并結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，編制最優(yōu)施工技術(shù)方案，對施工費用作出準(zhǔn)確的計算，進(jìn)一步實現(xiàn)施工過程的精細(xì)化管理[2]。

利用Autodesk Revit軟件建立深基坑支護(hù)模型，按水平和豎向兩個方向拆分基坑支護(hù)模型，便于分別檢查豎向支撐與主體，以及水平支撐與主體的碰撞關(guān)系。

圖1 基坑支護(hù)BIM模型

Autodesk Revit軟件的碰撞檢查在安裝工程中的運用較為成熟，系統(tǒng)能夠快速查找并顯示管線碰撞的位置、碰撞主體間的相對關(guān)系，然而管線碰撞檢查的方法在密實復(fù)雜的結(jié)構(gòu)實體中很難實現(xiàn)。在這里需要分別對水平和豎向支撐體系進(jìn)行碰撞檢查，結(jié)合每個碰撞構(gòu)件獨一無二的ID號，對碰撞構(gòu)件進(jìn)行篩選，最后做出判斷，并對碰撞情況進(jìn)行歸類標(biāo)記。碰撞情況的歸類標(biāo)記原則如下：

（1）對主體結(jié)構(gòu)承載力和抗震有影響，應(yīng)盡量避免的碰撞，需及時與設(shè)計單位溝通，對支護(hù)體系進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化、變更；

（2）需要在施工技術(shù)方案中編寫的（如穿地下室外墻的防水處理，穿板的附加鋼筋等），應(yīng)記錄碰撞部位和數(shù)量，技術(shù)人員需要在圖紙會審中作為疑問提出，留好書面記錄，方便結(jié)算；

（3）立柱與基礎(chǔ)底板坑或降板處的位置關(guān)系（①立柱位于坑底內(nèi)部；②立柱位于放坡面上），應(yīng)及時與設(shè)計單位溝通，驗算立柱長細(xì)比，綜合考慮施工過程中的技術(shù)方案。

2 基于BIM技術(shù)的深基坑基礎(chǔ)造型模擬

基礎(chǔ)施工階段（±0.000以下）的施工流向及施工順序為：抗浮錨桿施工及檢測→驗槽→基礎(chǔ)墊層施工→測量放線→底板地下防水及保護(hù)層施工→基礎(chǔ)底板鋼筋安裝（預(yù)埋墻柱插筋）→地下室外墻磚胎模、導(dǎo)墻模板安裝→基礎(chǔ)底板混凝土澆筑→標(biāo)高復(fù)核、放線（人防層）→墻、柱鋼筋安裝，梁、板模板及支架搭設(shè)（各專業(yè)預(yù)留預(yù)埋）→墻、柱模板安裝，梁、板鋼筋安裝→混凝土澆筑→拆模養(yǎng)護(hù)、清理→地下室外墻外防水、保溫層、保護(hù)墻砌筑→重復(fù)上述工藝直至地下室頂板→后澆帶臨時封堵并施工防水及保護(hù)層→基坑回填[3]。清晰順序，就是為了從工程實際出發(fā)，以提高經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，在施工順序和施工工藝中尋找BIM技術(shù)的切入點。

由于該工程處于城市中心地段，施工區(qū)域嚴(yán)重受限。其基坑最深深度達(dá)到26.036m，基坑面積較小，場內(nèi)難尋有效施工用地。基坑支護(hù)、土石方開挖以及現(xiàn)場加工區(qū)設(shè)置均存在極大難度。因此，現(xiàn)場精細(xì)化施工管理和信息溝通協(xié)調(diào)，特別是各工序間的銜接，各工種與機械的進(jìn)出場安排，材料計劃的合理制定等就顯得尤為重要。這使得工程對基礎(chǔ)造型開挖的精確性提出了更高的要求，可有效協(xié)調(diào)安排各工種的交叉流水作業(yè)，同時確保工作面的合理交接，以提高工程施工質(zhì)量，保證施工安全，確保按期完工。

在超高層建筑基礎(chǔ)工程中，集水坑、柱下墩、獨立基礎(chǔ)、人防墻下條基、塔吊基礎(chǔ)等空間交錯關(guān)系復(fù)雜。傳統(tǒng)基礎(chǔ)造型施工以二維圖紙為依據(jù)，受限于平面表達(dá)，易出現(xiàn)基礎(chǔ)部分土方的漏挖、超挖現(xiàn)象，造成機械、人員臺班的浪費，影響工期的完成。我們通過Autodesk Revit軟件精細(xì)化建模，深化基礎(chǔ)造型，分析各部位空間位置關(guān)系，充分體現(xiàn)BIM的模擬預(yù)判和可視化的特點，工人對基礎(chǔ)整體造型更加直觀清晰，同時模型數(shù)據(jù)精確反映各類型基坑的坐標(biāo)、標(biāo)高信息，能有效指導(dǎo)施工定位放線。

項目運用Autodesk Revit軟件進(jìn)行墊層模型創(chuàng)建，使之完全滿足筏板、抗水板、獨立基礎(chǔ)、人防墻下條基和集水坑的規(guī)范造型要求。需充分考慮施工放坡，在Autodesk Revit軟件中預(yù)設(shè)測量點坐標(biāo)，實現(xiàn)模型各處高程、點位坐標(biāo)的全要素模擬，實現(xiàn)施工現(xiàn)場1：1真實還原，真實反映施工點位數(shù)據(jù)。同時進(jìn)行重點部位三維出圖，并結(jié)合Autodesk Revit軟件的坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸出與全站儀的配合使用，為基礎(chǔ)造型精確開挖提供技術(shù)支撐。

圖2 基礎(chǔ)造型BIM深化模型

圖3 基礎(chǔ)造型BIM深化模型與施工現(xiàn)場對比

基于前期精細(xì)化的基礎(chǔ)BIM模型，則可對筏板基礎(chǔ)大體積混凝土澆筑運用BIM技術(shù)進(jìn)行深化。首先，根據(jù)精細(xì)化的基礎(chǔ)BIM模型模擬布置筏板鋼筋支撐，用于三維技術(shù)交底。其次，可以精確提取支撐體系中工字鋼、角鋼的工程量，為材料計劃提供依據(jù)。最后，對于大體積混凝土冷卻水管，進(jìn)行BIM管線排布優(yōu)化，實現(xiàn)布置回路的合理性、經(jīng)濟(jì)性。

圖4 筏板鋼筋支撐BIM模型深化

圖5 大體積混凝土冷卻水管BIM模型深化

3 無人機技術(shù)輔助深基坑土方開挖

運用無人機傾斜攝影技術(shù)，能夠獲得地理實體的紋理細(xì)節(jié)，豐富其影像數(shù)據(jù)源信息。冗余度較高的航拍影像信息重疊，不僅可實現(xiàn)高精度的影像匹配，也能從一定程度輔助實現(xiàn)三維實體測量及3D數(shù)據(jù)模型重建技術(shù)。分層顯示技術(shù)、紋理映射技術(shù)成為傾斜攝影測量和建模的關(guān)鍵支撐點，極大地提升了三維建模的效率，同時也降低了建模的生產(chǎn)成本[4]。在詳細(xì)的航測數(shù)據(jù)支持下進(jìn)行影像預(yù)處理、區(qū)域聯(lián)合平差、多視匹配等，批量建立高質(zhì)量、高精度的三維GIS模型。

無人機具有機動、靈活、便捷、易操作、經(jīng)濟(jì)等特點，以無人機作為航空攝影測量平臺能快速高效地獲取高質(zhì)量、高分辨率的影像數(shù)據(jù)，在工程運用中具有極為廣闊的應(yīng)用前景。無人機傾斜攝影是近年來測量領(lǐng)域逐漸發(fā)展起來的新興技術(shù)，它可以通過新增多個角度的鏡頭，獲取具有一定傾斜角度的傾斜影像資料。相對傳統(tǒng)航測采集的單一垂直影像數(shù)據(jù)，利用傾斜攝影技術(shù)，可同時獲得同一位置多個不同角度的、具有高分辨率的影像，并同時采集豐富的地物側(cè)面紋理及GPS信息[5]。傾斜攝影測量技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果，直觀反映地貌與地物的外觀、位置、高度等屬性[6]。

在深基坑施工開挖過程中傾斜攝影航測生成三維模型，通過模型之間相互擬合計算土方量，為深基坑土方開挖施工現(xiàn)場精細(xì)化管理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。項目使用大疆無人機，對基坑全景動態(tài)拍攝，掃描帶GPS信息的重疊影像圖片，通過三維重構(gòu)軟件Context Capture Center Master（原Smart 3D）生成三維點云模型，可以動態(tài)分析開挖高程，防止超挖欠挖，對基坑土方開挖施工提供動態(tài)監(jiān)控依據(jù)。

圖6 無人機模型

4 結(jié)語

超高層建筑、深基坑開挖、施工場地狹小和施工工期短等是城市建設(shè)和改造過程中普遍存在的問題，也是基礎(chǔ)工程施工階段的重難點，對施工現(xiàn)場的精細(xì)化管理提出了挑戰(zhàn)。該項目充分利用BIM的預(yù)判性和可視化等特點，對施工現(xiàn)場的基礎(chǔ)工程階段進(jìn)行精細(xì)化施工管理運用，對超高層基礎(chǔ)工程中的施工重難點進(jìn)行模擬分析，實現(xiàn)了BIM基礎(chǔ)造型深化、基坑精確開挖模擬、筏板大體積混凝土鋼筋支撐排布、大體積混凝土冷卻水管優(yōu)化布置和混凝土澆筑路線模擬等多方面的應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

胡宇琦，工學(xué)學(xué)士，管理學(xué)學(xué)士，研究方向為BIM造價管理。Autodesk全球認(rèn)證Revit工程師、Autodesk全球認(rèn)證Revit教員，中國圖學(xué)學(xué)會全國BIM技能等級考試考評員。主持完成第31屆世界大學(xué)生夏季運動會和2025年世界運動會主場地——成都東安湖體育公園（三館）等各類BIM咨詢項目50余個。為包括中建、中鐵、中交、中冶、四川華西集團(tuán)、成都建工集團(tuán)等在內(nèi)的企業(yè)提供過BIM團(tuán)隊培訓(xùn)與企業(yè)BIM咨詢服務(wù)。精通Revit、Navisworks、Dynamo、Civil 3D等相關(guān)BIM軟件。機械工業(yè)出版社《Revit技巧精選應(yīng)用教程》圖書副主編，參編西南交通大學(xué)出版社《BIM技術(shù)：Revit建?；A(chǔ)》、機械工業(yè)出版社《Revit體量設(shè)計應(yīng)用教程》，機械工業(yè)出版社《Autodesk Revit參數(shù)化設(shè)計之道：Dynamo實戰(zhàn)剖析》圖書主編（即將出版）。

倪茂杰，畢業(yè)于鄭州大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，Autodesk全球認(rèn)證Revit工程師、Autodesk全球認(rèn)證Revit教員，中國圖學(xué)學(xué)會全國BIM技能等級考試考評員。精通Revit、Navisworks、Civil 3D等相關(guān)BIM軟件。為包括中建、中鐵、中交、中冶、四川華西集團(tuán)、成都建工集團(tuán)等在內(nèi)的企業(yè)提供過BIM團(tuán)隊培訓(xùn)與企業(yè)BIM咨詢服務(wù)。機械工業(yè)出版社《Revit技巧精選應(yīng)用教程》圖書副主編，參編西南交通大學(xué)出版社《BIM技術(shù)：Revit建模基礎(chǔ)》、機械工業(yè)出版社《Revit體量設(shè)計應(yīng)用教程》，機械工業(yè)出版社《Autodesk Revit參數(shù)化設(shè)計之道：Dynamo實戰(zhàn)剖析》圖書副主編（即將出版）。

陳旭洪，畢業(yè)于沈陽建筑大學(xué)，四川柏慕聯(lián)創(chuàng)建筑科技有限公司技術(shù)總監(jiān)。Autodesk全球認(rèn)證Revit教員；中國圖學(xué)學(xué)會全國BIM技能等級考試考評員。培訓(xùn)企業(yè)包括中建三局、中建二局、中建六局、中鐵建設(shè)集團(tuán)、中鐵二院、中鐵二局、中國十九冶集團(tuán)、中國五冶集團(tuán)、中信集團(tuán)、成都輕工院、川石油科宏公司等，擁有豐富的BIM項目實戰(zhàn)應(yīng)用經(jīng)驗。西華大學(xué)、四川輕化工大學(xué)、四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院、攀枝花學(xué)院、四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院、四川航空職業(yè)技術(shù)學(xué)校客座講師。精通Revit、Navisworks、Dynamo、Civil 3D等相關(guān)BIM軟件。機械工業(yè)出版社BIM應(yīng)用成功進(jìn)階系列《Revit體量設(shè)計應(yīng)用教程》、西南交通大學(xué)出版社《BIM技術(shù)-Revit建?；A(chǔ)》圖書主編，參編Autodesk官方標(biāo)準(zhǔn)系列教程《Autodesk Revit MEP 2014管線綜合設(shè)計應(yīng)用》、《Autodesk Revit MEP 2017管線綜合設(shè)計應(yīng)用》、《Revit技巧精選應(yīng)用教程》等系列圖書，機械工業(yè)出版社《Autodesk Revit參數(shù)化設(shè)計之道：Dynamo實戰(zhàn)剖析》圖書主編（即將出版）。

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