【行業(yè)資訊】BIM技術(shù)在中國尊基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

摘要：在中國尊基礎(chǔ)工程中，創(chuàng)建中國尊B(yǎng)IM三維模型，并增設(shè)時間維度，模擬施工過程，對工程進(jìn)行基于BIM技術(shù)的全面施工管理。

1工程概況

BIM技術(shù)在中國尊基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用中國尊項目即北京市朝陽區(qū)CBD核心區(qū)Z15地塊項目，位于北京市CBD核心區(qū)中軸線上，與中央電視臺新址隔街相望?？傉嫉孛娣e約1.15hm2，總建筑面積為43.7萬m2，其中，地上35萬m2、地下8.7萬m2，地上108層、地下7層，高度達(dá)528m。建成后將是北京第一高樓，成為集金融、辦公、商業(yè)、觀光等功能為一體的北京新地標(biāo)性建筑。

基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀為基坑紅線外兩道地下連續(xù)墻及兩道地下連續(xù)墻間的外圍樁已施工完畢，紅線范圍內(nèi)基坑土方已開挖至相對標(biāo)高－27.000m(±0.000m對應(yīng)絕對標(biāo)高38.350m)。本次基礎(chǔ)工程的主要內(nèi)容為：896根工程樁及樁頭拆除、－27.000m位置處基坑內(nèi)的水平支撐、基坑－27.000m以下至底板下表面標(biāo)高以上30cm范圍內(nèi)的土方開挖及外運棄土、疏干井、棧橋施工等。本工程的地質(zhì)條件如表1所示，基礎(chǔ)底板直接持力層為第⑦土層，由黏土、重粉質(zhì)黏土組成；樁端持力層為第瑏瑢土層，估算的該層壓縮模量為150～160MPa、樁端阻極限值為3000kPa。

2工程重點及難點分析

1)工期緊，根據(jù)招標(biāo)文件要求工期為218d。

2)項目工程量大、工程復(fù)雜，樁基成孔量約6萬m3，土方工程量約17萬m3，土方挖運期間還要交叉其他施工企業(yè)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨桿施工。

3)空間有限，基坑地處CBD核心地帶，占地面積11478m2，高峰期施工設(shè)備包括旋挖鉆機(jī)、鏟車、起重機(jī)、混凝土罐車等，尚需考慮建筑材料堆場及加工場等。

4)樁基直徑大，樁長及鋼筋籠均較長，空鉆部分又多達(dá)10多m，地層多為密實砂卵石層，尤其瑏瑢層卵石粒徑最大達(dá)12cm，且⑥，⑧，⑩層高承壓水水頭均位于施工面附近，樁基成孔、鋼筋籠安裝等施工難度大，對機(jī)械設(shè)備的能力及施工人員的技術(shù)水平要求均較高。

5)需增設(shè)棧橋以用于機(jī)械及人員行走，棧橋是整個坑內(nèi)垂直運輸?shù)拿}，棧橋的設(shè)計及施工方案的優(yōu)劣是本項目交通組織的關(guān)鍵，棧橋立柱的位置易與基坑水平支撐或工程樁的位置相沖突。

為解決以上難點，本工程采用BIM技術(shù)創(chuàng)建中國尊B(yǎng)IM三維模型，并增設(shè)時間維度，模擬施工過程，對工程進(jìn)行基于BIM技術(shù)的全面施工管理。

3BIM技術(shù)實施

3.1創(chuàng)建BIM施工模型BIM施工模型(即施工階段的BIM模型)不同于BIM設(shè)計模型(即設(shè)計階段的BIM模型)，BIM施工模型用于指導(dǎo)施工，要能夠真實地反映施工現(xiàn)狀，比如在BIM施工模型中要體現(xiàn)圈梁、構(gòu)造柱等構(gòu)造措施和施工段的劃分等，而BIM設(shè)計模型并不包括這些內(nèi)容。并且BIM施工模型除了包含建筑實體模型外，還應(yīng)該包含施工機(jī)械、臨時設(shè)施等施工過程元素模型。

在中國尊基礎(chǔ)工程中，創(chuàng)建的建筑實體模型如圖1所示，建筑實體的工程概況如下圖所示。

3.2碰撞檢測

碰撞檢查可以提前查找和報告建筑不同部分間的沖突。碰撞分硬碰撞和軟碰撞(間隙碰撞)兩種，硬碰撞指實體與實體之間交叉碰撞；軟碰撞指實體間實際并沒有碰撞，但間距和空間無法滿足相關(guān)施工要求，例如空間中兩根管道并排架設(shè)時，因為要考慮到安裝、保溫等要求，兩者之間必須有一定的間距，如果這個間距不夠，即使兩者未直接碰撞，但其設(shè)計仍是不合理的。利用以BIM為基礎(chǔ)的碰撞檢測工具可以選擇性地檢測指定系統(tǒng)之間的碰撞，如檢測機(jī)電系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之間的碰撞，也可以通過構(gòu)件分類以更容易進(jìn)行碰撞檢查[1]。

中國尊基礎(chǔ)工程建立BIM施工模型后，導(dǎo)入專門的碰撞檢測工具Navisworks中，對基坑模型進(jìn)行碰撞檢測。發(fā)現(xiàn)了一定量的設(shè)計問題并進(jìn)行了設(shè)計修改，如棧橋柱和基坑內(nèi)支撐的碰撞如圖2a所示，棧橋柱和工程樁碰撞如圖2b所示。設(shè)計修改為取消有碰撞的棧橋柱，在工程樁上面做鋼結(jié)構(gòu)格構(gòu)柱作為棧橋柱使用，修改后的BIM模型如圖3所示。

3.3算量與造價

有3種方法能夠?qū)IM模型進(jìn)行算量造價工作：

①利用BIM軟件的自動算量功能輸出數(shù)量資料，再將數(shù)量輸入到Excel表格中進(jìn)行計算。

②使用一個插件或第三方軟件將BIM軟件連接到估算軟件。這個插件或第三方軟件能夠?qū)⑺枰@取的工程量信息從BIM軟件中導(dǎo)入造價軟件，然后造價工程師結(jié)合其他信息開始造價計算。

③使用專業(yè)的數(shù)量計算軟件從各種BIM軟件數(shù)據(jù)庫中提取資料，這些軟件一般具有能夠直接連接到BIM構(gòu)件的特定功能，為模型標(biāo)注“狀況”，亦建立可視化計算圖。這種方式與第2種方式的區(qū)別是造價師不用學(xué)習(xí)任何BIM操作方法，但需要對所訪問的BIM數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)有清晰的了解[2]。

以上3種方法中，第1種方法更實用，也便于操作，但是要采用這樣方法進(jìn)行造價計算的前提是：必須保證BIM模型創(chuàng)建的精細(xì)程度以及材料分類要與工程量清單計價規(guī)范高度吻合[2]。中國尊基礎(chǔ)工程采用第1種方式，通過BIM技術(shù)對材料進(jìn)行設(shè)定，自動統(tǒng)計出構(gòu)件的體積、數(shù)目、材質(zhì)、長度等基本量，便捷精確地統(tǒng)計工程量。所得的統(tǒng)計信息除了可以在Revit軟件內(nèi)部形成明細(xì)表、統(tǒng)計工作量、核算成本等外，還可以導(dǎo)成MS表格，導(dǎo)出表格可按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和成本計算。

3.4優(yōu)化施工方案

傳統(tǒng)的施工方案是以技術(shù)人員和專家的經(jīng)驗為主，而經(jīng)驗很難或者說無法定量地加以描述，并且很難直觀比較、驗算和優(yōu)化施工方案，更無法預(yù)料施工過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)問題。BIM施工模型的創(chuàng)建將施工方案的全過程映射成虛擬環(huán)境，通過對此虛擬環(huán)境的操作來實現(xiàn)對施工全過程的觀察、跟蹤、控制和引導(dǎo)，最終達(dá)到驗證、優(yōu)化、調(diào)整、優(yōu)選施工方案的目的[4]。

中國尊基礎(chǔ)工程工序多、工程量大、場地狹小，合理布置現(xiàn)場機(jī)械以及合理安排各機(jī)械走位是施工方案設(shè)計的重點。中國尊基礎(chǔ)工程利用BIM技術(shù)在現(xiàn)有場地條件下對施工機(jī)械走位進(jìn)行模擬，以對現(xiàn)場機(jī)械走位情況有一個整體而細(xì)致的把控，重點模擬樁基跳打過程中主要施工機(jī)械如旋挖鉆機(jī)、起重機(jī)以及混凝土運輸設(shè)備等隨時間推移的走位情況，以保證樁基跳打能夠按預(yù)定計劃順利實施。BIM技術(shù)初定的施工方案是將現(xiàn)場分成A，B，C，D，E，F(xiàn)6個作業(yè)區(qū)域進(jìn)行施工，每個區(qū)內(nèi)配置1臺鉆機(jī)鉆樁孔、1臺起重機(jī)下鋼筋籠、1輛混凝土運輸車，共18臺設(shè)備。通過BIM技術(shù)進(jìn)行方案優(yōu)化時，發(fā)現(xiàn)最初方案的18臺設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn)，最后通過調(diào)整各區(qū)域內(nèi)工程樁的施工順序(見圖4)，并采用A，D區(qū)共用1臺起重機(jī)的方法(見圖5)并設(shè)計行走線路，保證了施工機(jī)械在狹小的基坑里正常作業(yè)，互不影響。

3.5虛擬施工過程

一般來說，通過BIM進(jìn)行虛擬施工的步驟是:先利用BIM三維建模軟件如AutodeskRevit創(chuàng)建參數(shù)化的3DBIM模型，在MicroProject軟件中編制施工進(jìn)度計劃，然后將Ｒevit的3D模型和Project施工進(jìn)度計劃集成到Navisworks軟件中進(jìn)行4D模擬［5-6］。通過Project的進(jìn)度計劃和BIM三維模型的結(jié)合可以精確地對整個施工現(xiàn)場場景和施工過程進(jìn)行三維展現(xiàn)和模擬。通過對工程可視化和施工過程的虛擬現(xiàn)實進(jìn)行分析，可以提前找出施工中可能存在的問題，以采取有效的預(yù)防和強(qiáng)化措施，提高工程施工質(zhì)量和施工管理水平。

整體施工進(jìn)度模擬45.1m，共計896根，單位承載力特征值為8000～160000kN，穿越地層以砂卵石層為主，根據(jù)工程特點采用“后壓漿旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)”。這種技術(shù)的特點是：施工時沒有泥漿污染，有利于保護(hù)環(huán)境，尤其適宜人口和建筑密集城市；避免了傳統(tǒng)鉆孔灌注樁的質(zhì)量缺陷，有效保證樁基質(zhì)量；解決了孔底沉渣和孔壁泥皮問題，改善了由于孔壁土體應(yīng)力松弛造成的孔壁土體疏松以及樁身混凝土與樁側(cè)的不密實接觸；在不增加樁徑、樁長的條件下較傳統(tǒng)施工工藝提高樁承載力50%～100%，提高施工速度5～10倍。為更好地進(jìn)行施工交底，中國尊工程利用BIM技術(shù)對工程樁的施工工序進(jìn)行詳細(xì)模擬，如圖8所示。

4結(jié)語

1)研究了BIM施工模型與BIM設(shè)計模型的不同，創(chuàng)建了中國尊基礎(chǔ)工程的BIM施工模型。

2)進(jìn)行了中國尊基礎(chǔ)工程的碰撞檢測，對圖紙進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化。

3)研究了基于BIM技術(shù)算量造價的方法，采用將BIM自動算量數(shù)據(jù)導(dǎo)入MS表格的方式，對中國尊基礎(chǔ)工程進(jìn)行造價計算。4)指出可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工方案優(yōu)化的特點，對中國尊基礎(chǔ)工程的工程樁施工順序、機(jī)械組織等進(jìn)行方案優(yōu)化。

5)研究了基于BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬施工的步驟及方法，將中國尊基礎(chǔ)工程的每根樁的進(jìn)度計劃與BIM施工模型相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行打樁虛擬施工。同理，對整個基礎(chǔ)工程進(jìn)行虛擬施工。

6)利用BIM技術(shù)對后壓漿旋挖鉆孔灌注樁等重點施工過程進(jìn)行培訓(xùn)交底，保證了工程質(zhì)量。

總之，由于BIM技術(shù)創(chuàng)建的三維建筑承載著構(gòu)件信息，所以通過BIM技術(shù)可以精確、真實地進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化、施工方案優(yōu)化、虛擬施工等，保證了工程質(zhì)量、節(jié)約成本、縮短工期，在工程量大、工期緊、工程形式復(fù)雜、場地空間有限的條件下，BIM的價值會體現(xiàn)得更加明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]ChuckEastman，PaulTeicholz，Ｒafaelsacks，etal．BIMhandbook:aguidetobuildinginformationmodelingforowners，managers，designers，engineersandcontractors［M］．NewYork:JohnWiley＆SonsInc，2008．

[2]宋強(qiáng)．建筑承包商、分包商、制造商BIM應(yīng)用之研究［N］．江蘇商報·建筑界，2014(2):5．

[3]王廣斌，張洋，譚丹．基于BIM的工程項目成本核算理論及實現(xiàn)方法研究［J］．科技進(jìn)步與對策，2009，26(21):47-49．

[4]張希黔．建筑施工科技創(chuàng)新及應(yīng)用［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009．

[5]吳清平，時偉，戚鏵鐘，等．超大深基坑BIM施工全過程模擬與分析研究［J］．工程建設(shè)，2013(5):20-24．

[6]喬會丹，羅曉生，閆沖沖，等．BIM技術(shù)在漢國城市商業(yè)中心避難層施工中的應(yīng)用［J］．施工技術(shù)，2013，42(18):33-36．