【行業資訊】BIM技術在中國尊基礎工程中的應用

摘要：在中國尊基礎工程中，創建中國尊BIM三維模型，并增設時間維度，模擬施工過程，對工程進行基于BIM技術的全面施工管理。

1工程概況

BIM技術在中國尊基礎工程中的應用中國尊項目即北京市朝陽區CBD核心區Z15地塊項目，位于北京市CBD核心區中軸線上，與中央電視臺新址隔街相望。總占地面積約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528m。建成后將是北京第一高樓，成為集金融、辦公、商業、觀光等功能為一體的北京新地標性建筑。

基礎工程現狀為基坑紅線外兩道地下連續墻及兩道地下連續墻間的外圍樁已施工完畢，紅線范圍內基坑土方已開挖至相對標高－27.000m(±0.000m對應絕對標高38.350m)。本次基礎工程的主要內容為：896根工程樁及樁頭拆除、－27.000m位置處基坑內的水平支撐、基坑－27.000m以下至底板下表面標高以上30cm范圍內的土方開挖及外運棄土、疏干井、棧橋施工等。本工程的地質條件如表1所示，基礎底板直接持力層為第⑦土層，由黏土、重粉質黏土組成；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，根據招標文件要求工期為218d。

2)項目工程量大、工程復雜，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進行預應力錨桿施工。

3)空間有限，基坑地處CBD核心地帶，占地面積11478m2，高峰期施工設備包括旋挖鉆機、鏟車、起重機、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，對機械設備的能力及施工人員的技術水平要求均較高。

5)需增設棧橋以用于機械及人員行走，棧橋是整個坑內垂直運輸的命脈，棧橋的設計及施工方案的優劣是本項目交通組織的關鍵，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技術創建中國尊BIM三維模型，并增設時間維度，模擬施工過程，對工程進行基于BIM技術的全面施工管理。

3BIM技術實施

3.1創建BIM施工模型BIM施工模型(即施工階段的BIM模型)不同于BIM設計模型(即設計階段的BIM模型)，BIM施工模型用于指導施工，要能夠真實地反映施工現狀，比如在BIM施工模型中要體現圈梁、構造柱等構造措施和施工段的劃分等，而BIM設計模型并不包括這些內容。并且BIM施工模型除了包含建筑實體模型外，還應該包含施工機械、臨時設施等施工過程元素模型。

在中國尊基礎工程中，創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施工要求，例如空間中兩根管道并排架設時，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，但其設計仍是不合理的。利用以BIM為基礎的碰撞檢測工具可以選擇性地檢測指定系統之間的碰撞，如檢測機電系統和結構系統之間的碰撞，也可以通過構件分類以更容易進行碰撞檢查[1]。

中國尊基礎工程建立BIM施工模型后，導入專門的碰撞檢測工具Navisworks中，對基坑模型進行碰撞檢測。發現了一定量的設計問題并進行了設計修改，如棧橋柱和基坑內支撐的碰撞如圖2a所示，棧橋柱和工程樁碰撞如圖2b所示。設計修改為取消有碰撞的棧橋柱，在工程樁上面做鋼結構格構柱作為棧橋柱使用，修改后的BIM模型如圖3所示。

3.3算量與造價

有3種方法能夠對BIM模型進行算量造價工作：

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

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將所需要獲取的工程量信息從BIM軟件中導入造價軟件，然后造價工程師結合其他信息開始造價計算。

③使用專業的數量計算軟件從各種BIM軟件數據庫中提取資料，這些軟件一般具有能夠直接連接到BIM構件的特定功能，為模型標注“狀況”，亦建立可視化計算圖。這種方式與第2種方式的區別是造價師不用學習任何BIM操作方法，但需要對所訪問的BIM數據庫的結構有清晰的了解[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行造價計算的前提是：必須保證BIM模型創建的精細程度以及材料分類要與工程量清單計價規范高度吻合[2]。中國尊基礎工程采用第1種方式，通過BIM技術對材料進行設定，自動統計出構件的體積、數目、材質、長度等基本量，便捷精確地統計工程量。所得的統計信息除了可以在Revit軟件內部形成明細表、統計工作量、核算成本等外，還可以導成MS表格，導出表格可按照傳統方法進行數據統計和成本計算。

3.4優化施工方案

傳統的施工方案是以技術人員和專家的經驗為主，而經驗很難或者說無法定量地加以描述，并且很難直觀比較、驗算和優化施工方案，更無法預料施工過程中可能出現的突發問題。BIM施工模型的創建將施工方案的全過程映射成虛擬環境，通過對此虛擬環境的操作來實現對施工全過程的觀察、跟蹤、控制和引導，最終達到驗證、優化、調整、優選施工方案的目的[4]。

中國尊基礎工程工序多、工程量大、場地狹小，合理布置現場機械以及合理安排各機械走位是施工方案設計的重點。中國尊基礎工程利用BIM技術在現有場地條件下對施工機械走位進行模擬，以對現場機械走位情況有一個整體而細致的把控，重點模擬樁基跳打過程中主要施工機械如旋挖鉆機、起重機以及混凝土運輸設備等隨時間推移的走位情況，以保證樁基跳打能夠按預定計劃順利實施。BIM技術初定的施工方案是將現場分成A，B，C，D，E，F6個作業區域進行施工，每個區內配置1臺鉆機鉆樁孔、1臺起重機下鋼筋籠、1輛混凝土運輸車，共18臺設備。通過BIM技術進行方案優化時，發現最初方案的18臺設備無法正常運轉，最后通過調整各區域內工程樁的施工順序(見圖4)，并采用A，D區共用1臺起重機的方法(見圖5)并設計行走線路，保證了施工機械在狹小的基坑里正常作業，互不影響。

3.5虛擬施工過程

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

整體施工進度模擬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，根據工程特點采用“后壓漿旋挖鉆孔灌注樁技術”。這種技術的特點是：施工時沒有泥漿污染，有利于保護環境，尤其適宜人口和建筑密集城市；避免了傳統鉆孔灌注樁的質量缺陷，有效保證樁基質量；解決了孔底沉渣和孔壁泥皮問題，改善了由于孔壁土體應力松弛造成的孔壁土體疏松以及樁身混凝土與樁側的不密實接觸；在不增加樁徑、樁長的條件下較傳統施工工藝提高樁承載力50%～100%，提高施工速度5～10倍。為更好地進行施工交底，中國尊工程利用BIM技術對工程樁的施工工序進行詳細模擬，如圖8所示。

4結語

1)研究了BIM施工模型與BIM設計模型的不同，創建了中國尊基礎工程的BIM施工模型。

2)進行了中國尊基礎工程的碰撞檢測，對圖紙進行了設計優化。

3)研究了基于BIM技術算量造價的方法，采用將BIM自動算量數據導入MS表格的方式，對中國尊基礎工程進行造價計算。4)指出可以利用BIM技術進行施工方案優化的特點，對中國尊基礎工程的工程樁施工順序、機械組織等進行方案優化。

5)研究了基于BIM技術進行虛擬施工的步驟及方法，將中國尊基礎工程的每根樁的進度計劃與BIM施工模型相關聯，進行打樁虛擬施工。同理，對整個基礎工程進行虛擬施工。

6)利用BIM技術對后壓漿旋挖鉆孔灌注樁等重點施工過程進行培訓交底，保證了工程質量。

總之，由于BIM技術創建的三維建筑承載著構件信息，所以通過BIM技術可以精確、真實地進行設計優化、施工方案優化、虛擬施工等，保證了工程質量、節約成本、縮短工期，在工程量大、工期緊、工程形式復雜、場地空間有限的條件下，BIM的價值會體現得更加明顯。

參考文獻：

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

[2]宋強．建筑承包商、分包商、制造商BIM應用之研究［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方法研究［J］．科技進步與對策，2009，26(21):47-49．

[4]張希黔．建筑施工科技創新及應用［M］．北京:中國建筑工業出版社，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，2013(5):20-24．

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