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BIM技术在基坑工程中的应用

321 2020-07-14 17:24:09


为保证下穿铁路顶进框构基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的围护结构、降水和土方开挖与回填,称为基坑工程。

我国铁路建设的发展涉及到大量下穿铁路,因此,基坑工程是我国地基基础领域的重要研究方向。

BIM在基坑工程的应用目标

通过创建基坑BIM模型,打破基坑设计、施工和监测间的隔阂,直观体现项目全貌,实现多方无障碍信息共享,让不同团队在同一环境下工作。通过三维可视化沟通,全面评估基坑工程,使管理更科学、措施更有效,提高工作效率,节约投资。



BIM在基坑工程的应用内容

地下基坑支护结构三维模型的建立;

项目所在环境三维地质模型的建立;

基坑开挖各工况施工顺序的模拟;

自动统计支护结构各部分的工程数量;

三维模型转二维的自动成图;

基于BIM的基坑信息化施工与检测。



应用业务流程


(1)收集项目相关岩土工程地勘报告和设计资料,获取地形、地质数据,建立三维地质数据模型。


小编

所谓三维地质建模,是以原始数据为基础,建立反映地质构造形态、构造关系及地质体内部属性变化规律的数字化模型。


(2)获取周边建筑物、道路及地下管线等设施的数据,建立施工场地布置模型。

(3)导入地形数据模型及施工场地模型数据,进行基坑工程的支护体系模型建立。

(4)土方开挖施工方案设计及施工模拟。

(5)根据土方开挖设计数据及地形数据进行土方算量。

(6)导入基坑变形监测数据。


该数据存放在Excel中,通过读取数据生成基坑边形形状,可查看临界区域和超限危险点,还可将某时间点的变形模型与初始模型叠合并进行误差检验。


二编


(7)基坑监测人员及管理人员确定危险点后调取基坑监测报表,确认危险点是否属实并及时启动应急预案。

基坑工程BIM应用流程

基坑工程BIM应用流程



应用软件方案

基坑工程BIM应用软件有多种选择,常用的有Civil3D、Revit、Navisworks、Ansys等。

基坑工程BIM应用软件方案


基于Autodesk软件

利用AutoCAD Civil3D建立地质模型,Autodesk Revit建立支护结构模型及施工场地模型,三者在Revit中整合形成基坑工程模型。

在Revit进行基坑工程施工流水段划分及土方算量,Navisworks进行土方开挖及支护结构施工模拟。Ansys获取基坑变形监测数据,该数据存放在Excel表格中,Revit通过读取该数据生成基坑变形形状。


其他软件

对于特殊基坑工程,如崖壁类基坑,软件难以建模,可借助三维激光扫描仪,通过点云数据处理逆向建模,然后在Revit中进行模型整合及相关应用。


建模方法

地形模型建模法

常规地形建模方法,可通过勘察获取的高程点或等高线为基础数据,导入BIM软件自动生成三维地形模型。


小编

对模型精度要求高,现场环境比较复杂的地形,可以采用三维激光扫描方式,获取现场点云数据形成三维BIM模型,实现逆向建模。


地质模型建模法

利用Civil3D、Revit等将岩土工程勘察成果建立三维可视化地质模型并与其他专业进行协同工作,是将BIM技术应用于岩土工程勘察领域的一条途径。

三维地质模型

支护结构建模法

基坑支护结构、支撑体系或锚固体系模型,可直接用BIM软件(如Revit)建模,并与地质模型在同一软件平台进行整合。

基坑支护模型

基坑支护模型

施工场地建模法

施工环境及场地布置模型,可直接用现有的BIM软件(如Autodesk Revit)对施工现场进行规划布置并建模,并与基坑模型在同一软件平台进行整合。



应用成果

三维可视化BIM模型

基坑施工BIM模型包括:地质结构模型、支护结构模型和施工场地模型。

基坑工程模型

以地勘报告为初始数据,将二维地勘资料转换成三维地勘模型,在Revit中与基坑结构模型合并,可实时、任意视角查看地下室结构构件与不同深度土层之间的关系,快速查看土层属性信息,指导设计、施工。

施工模拟

在输入相关信息后,可直观地看到土方开挖和支护施工过程、周边环境变化、建成后的运营效果等。同时可以科学指导方案优化和现场施工,方便业主和监理及时了解工程进展状况,让更多非专业领域人员参与进来。

基坑工程施工BIM模型

基坑工程施工BIM模型

工程算量

根据支护结构各构件定义对应的属性、名称,在视图区可自动生成工程明细表,明细表中可根据需求查看任意命名构件的工程数量。

基坑工程BIM算量

基坑工程BIM算量

信息化施工

利用信息模型,有效地避开地下管线,协同各施工作业安全施工。

将地勘模型集成到Revit中,并赋予土层属性,使监理、设计、施工人员能在平台上进行设计、校核工作。

信息化监测

将BIM技术引入基坑工程监测工作,以解决以往在基坑围护结构变形监测过程中不能直观表现其变形情况和变形趋势的缺点。

基于BIM基坑监测

基于BIM基坑监测

通过BIM技术将基坑的形状、围护结构、周边环境以及各类监测点建立模型,在模型中导入每天的监测数据并采用4D技术+变形色谱云图的表现方式方便工程师、管理人员、业主、施工人员等查看基坑围护结构的变形情况。

要实现BIM技术在深基坑工程中系统应用,关键一步是通过二次开发实现BIM软件平台具有深基坑建模和模型计算功能。这需要广大工作者长期不懈探索,完善BIM技术在深基坑工程中的实践方法。



参考文献:

何建军,等.《基坑工程BIM应用》.