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企業(yè)BIM定制培訓服務經(jīng)典案例

柏慕聯(lián)創(chuàng)為中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司提供全國BIM技能等級考試考前專場培訓（一）

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

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

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

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柏慕聯(lián)創(chuàng)為中南建筑設計院股份有限公司提供2021年新員工入職BIM定制培訓（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用》

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作者：四川柏慕聯(lián)創(chuàng)BIM教育培訓中心來源：《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。該文以成都某建設項目為例，論述BIM技術(shù)在基坑支護結(jié)構(gòu)施工、基坑土方開挖等深基坑施工中的運用，通過BIM深化設計，解決了深基坑精細化施工的難題，保障了施工質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟效益，值得推廣運用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；超高層；深基坑；深化設計

中圖分類號：TU473；TU17

文獻標識碼：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的推進，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結(jié)構(gòu)體系變得更為復雜。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，地下室設備也隨之變多，地下室結(jié)構(gòu)也復雜多變起來。BIM技術(shù)的運用使得基坑支護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)對基坑的深化設計、出圖可以大大方便現(xiàn)場施工，加快施工進度，提高施工現(xiàn)場精細化管理程度[1]。

本文以成都某建設項目為例，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到的施工效果。

1 基于BIM技術(shù)的深基坑支護結(jié)構(gòu)運用

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

深基坑的設計、施工過程中支撐體系較為復雜，盡管設計單位在設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見性。

在設計階段，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，降低風險。項目采用Autodesk Revit軟件對深基坑支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)進行碰撞檢查模擬，在施工前與設計單位溝通協(xié)調(diào)，進行合理優(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，對施工費用作出準確的計算，進一步實現(xiàn)施工過程的精細化管理[2]。

利用Autodesk Revit軟件建立深基坑支護模型，按水平和豎向兩個方向拆分基坑支護模型，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)件進行篩選，最后做出判斷，并對碰撞情況進行歸類標記。碰撞情況的歸類標記原則如下：

（1）對主體結(jié)構(gòu)承載力和抗震有影響，應盡量避免的碰撞，需及時與設計單位溝通，對支護體系進行設計優(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），應及時與設計單位溝通，驗算立柱長細比，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層施工→基礎(chǔ)底板鋼筋安裝（預埋墻柱插筋）→地下室外墻磚胎模、導墻模板安裝→基礎(chǔ)底板混凝土澆筑→標高復核、放線（人防層）→墻、柱鋼筋安裝，梁、板模板及支架搭設（各專業(yè)預留預埋）→墻、柱模板安裝，梁、板鋼筋安裝→混凝土澆筑→拆模養(yǎng)護、清理→地下室外墻外防水、保溫層、保護墻砌筑→重復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)濟效益為目標，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)域嚴重受限。其基坑最深深度達到26.036m，基坑面積較小，場內(nèi)難尋有效施工用地?；又ёo、土石方開挖以及現(xiàn)場加工區(qū)設置均存在極大難度。因此，現(xiàn)場精細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，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、標高信息，能有效指導施工定位放線。

項目運用Autodesk Revit軟件進行墊層模型創(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軟件中預設測量點坐標，實現(xiàn)模型各處高程、點位坐標的全要素模擬，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)。同時進行重點部位三維出圖，并結(jié)合Autodesk Revit軟件的坐標數(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)進行深化。首先，根據(jù)精細化的基礎(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，進行BIM管線排布優(yōu)化，實現(xiàn)布置回路的合理性、經(jīng)濟性。

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]。在詳細的航測數(shù)據(jù)支持下進行影像預處理、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雜場景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設備及專業(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)場的精細化管理提出了挑戰(zhàn)。該項目充分利用BIM的預判性和可視化等特點，對施工現(xiàn)場的基礎(chǔ)工程階段進行精細化施工管理運用，對超高層基礎(chǔ)工程中的施工重難點進行模擬分析，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用，取得良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]楊敏,趙軍. BIM技術(shù)在深基坑工程中的應用探討[A]. 中國地質(zhì)學會工程地質(zhì)專委會、中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院（國土資源部地質(zhì)災害應急技術(shù)指導中心）、山西省國土資源廳.2014年全國工程地質(zhì)學術(shù)大會論文集[C].中國地質(zhì)學會工程地質(zhì)專委會、中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院（國土資源部地質(zhì)災害應急技術(shù)指導中心）、山西省國土資源廳:《工程地質(zhì)學報》編輯部,2014:6.

[2]蘇鋼. 基于BIM的醫(yī)院門診樓項目綜合應用研究[D].青島理工大學,2018.

[3]汪德奇. HG綜合用房施工進度管理研究[D].中國海洋大學,2011.

[4] 楊國東，王民水.傾斜攝影測量技術(shù)應用及展望[J].測繪與空間地理信息，2016（25）：13-15.

[5]呂慧娟.無人機傾斜攝影三維建模和應用[J].山西建筑,2018,44(16):180-181.

[6]黃鶴.城市實景三維模型建設的主力軍無人機傾斜攝影測量[J].城鄉(xiāng)建設,2018(06):62-65.

作者簡介

胡宇琦，工學學士，管理學學士，研究方向為BIM造價管理。Autodesk全球認證Revit工程師、Autodesk全球認證Revit教員，中國圖學學會全國BIM技能等級考試考評員。主持完成第31屆世界大學生夏季運動會和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、成都建工集團等在內(nèi)的企業(yè)提供過BIM團隊培訓與企業(yè)BIM咨詢服務。精通Revit、Navisworks、Dynamo、Civil 3D等相關(guān)BIM軟件。機械工業(yè)出版社《Revit技巧精選應用教程》圖書副主編，參編西南交通大學出版社《BIM技術(shù)：Revit建?；A(chǔ)》、機械工業(yè)出版社《Revit體量設計應用教程》，機械工業(yè)出版社《Autodesk Revit參數(shù)化設計之道：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，工學學士，Autodesk全球認證Revit工程師、Autodesk全球認證Revit教員，中國圖學學會全國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、成都建工集團等在內(nèi)的企業(yè)提供過BIM團隊培訓與企業(yè)BIM咨詢服務。機械工業(yè)出版社《Revit技巧精選應用教程》圖書副主編，參編西南交通大學出版社《BIM技術(shù)：Revit建?；A(chǔ)》、機械工業(yè)出版社《Revit體量設計應用教程》，機械工業(yè)出版社《Autodesk Revit參數(shù)化設計之道：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，四川柏慕聯(lián)創(chuàng)建筑科技有限公司技術(shù)總監(jiān)。Autodesk全球認證Revit教員；中國圖學學會全國BIM技能等級考試考評員。培訓企業(yè)包括中建三局、中建二局、中建六局、中鐵建設集團、中鐵二院、中鐵二局、中國十九冶集團、中國五冶集團、中信集團、成都輕工院、川石油科宏公司等，擁有豐富的BIM項目實戰(zhàn)應用經(jīng)驗。西華大學、四川輕化工大學、四川建筑職業(yè)技術(shù)學院、攀枝花學院、四川水利職業(yè)技術(shù)學院、四川航空職業(yè)技術(shù)學校客座講師。精通Revit、Navisworks、Dynamo、Civil 3D等相關(guān)BIM軟件。機械工業(yè)出版社BIM應用成功進階系列《Revit體量設計應用教程》、西南交通大學出版社《BIM技術(shù)-Revit建模基礎(chǔ)》圖書主編，參編Autodesk官方標準系列教程《Autodesk Revit MEP 2014管線綜合設計應用》、《Autodesk Revit MEP 2017管線綜合設計應用》、《Revit技巧精選應用教程》等系列圖書，機械工業(yè)出版社《Autodesk Revit參數(shù)化設計之道：Dynamo實戰(zhàn)剖析》圖書主編（即將出版）。

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