中建一局集团第三建筑有限公司
摘要：高层建筑和商业综合体通常设有地下室，底部筏板多含有电梯基坑和多数集水坑，这些基坑距离较近时，形成组合基坑。组合基坑坑底标高多数不一，存在坑中坑。在平面图的基础上计算各坑底及各坑斜面上的桩顶标高出错概率较大，且花费工时较多。BIM技术可将组合基坑以三维模型形式展现，根据设计图纸将坑中坑区域内的坑底桩和斜坡面桩在模型中定位，并结合设计节点大样，可以快速准确地得到组合基坑区域的桩顶标高，并利用720Yun技术生成模型标高二维码，可多角度观看模型中的标高信息，可视化效果明显。模型中还可以对设计图纸中的组合基坑节点大样进行优化，得到较简便的施工方法。
关键字：组合基坑；BIM技术；桩顶标高；二维码；节点优化
一、前言
BIM技术在我国起步较晚，发展却异常迅速。社会发展正朝着集约经济转变，工程建设已经进入精益求精的时代。目前，我国BIM技术正由设计走向施工，主要应用于建筑与结构专业的协调；暖通和给排水及电气智能化等专业的综合管线深化安装，解决管线碰撞问题；施工工艺的动画模拟；建筑物和构筑物的装饰效果模拟等等。BIM深化图纸技术可确定合理的施工方法，基于4D模拟和5D模拟技术可实现进度控制和成本控制①。
当前，高层建筑和商业综合体设有地下车库，在基坑筏板施工阶段，筏板上含有电梯基坑和多数集水坑，这些基坑的坑底标高基本不一，致使坑底筏板下的桩顶标高不一。当这些基坑距离较近时，计算桩顶标高须按照组合基坑考虑，根据各基坑底的筏板面标高，依次计算。组合基坑含有坑中坑，某坑底桩可能为另一坑的斜坡面上的桩，某坑底桩可能为坑中坑斜坡面上的桩，在设计图纸的基础上计算这些特殊的桩顶标高，需要较高的空间想象力，且计算容易出错，花费时间较多。本文依据某项目的筏板组合基坑，提出基于BIM技术快速准确地计算这类特殊位置桩桩顶标高的方法，提高计算效率，增加可视化效果。另外，基于BIM技术可对组合基坑节点大样进行优化，确定合理的组合基坑施工方法，达到节约成本的目的。
二、工程概况
某工程建筑总面积122007.03m²，五栋单体，两层地下室，局部一层。其中1#楼总高度119.95m，设一层地下室，该楼筏板厚度为1400mm，筏板面标高-6.05，工程桩为后注浆旋挖灌注桩。筏板含有电梯基坑，坑底筏板面标高为-7.60。电梯基坑附近有两个集水坑，坑底筏板面标高分别为-8.80和-7.20，三坑坑底标高不一，形成组合基坑，坑底筏板厚度均同主楼筏板，桩顶标高为伸出筏板底面100mm。平面图如图1组合基坑平面图所示。
图2 桩顶标高与基坑底斜面相交做法图
因基坑深度较深和简化坑防水做法，基坑开挖时需进行放坡，放坡角度为60°。按照设计图纸中的节点大样，位于斜坡面上的桩顶标高需伸出斜坡面100mm。另外组合基坑存在坑中坑，较浅的坑底桩可能位于较深基坑的斜坡面上，也可能位于较深基坑的坑底，需要谨慎判别。斜坡面桩节点图如图2桩顶标高与基坑底斜面相交做法图所示。
图1中，坑1的筏板顶标高为-7.60，坑2为-8.80，坑3为-7.20，知坑2为坑中坑。根据图2中的节点大样，8#和9#桩位于坑1底，也位于坑2底，其标高以较深值计。3#和10#桩位于坑1底，亦可能位于坑2的斜坡面上，桩顶标高计算繁琐。地下筏板中的类似组合基坑较多，计算组合基坑区域的桩顶标高将耗费更多时间，且容易计算错误。
以下利用BIM技术简便快捷地计算组合基坑的桩顶标高，提高计算效率，增加桩位的可视化效果。
三、BIM技术应用
组合基坑模型采用Revit2016软件进行建模，将二维平面图转换为三维实体图，并赋予以上三个基坑不同的材质，便于区分不同基坑。将模型导入Lumion，提高渲染效果。利用720yun技术在桩顶添加二维码标高信息，使用移动设备扫描后即可观看三维模型中的标高及节点注意事项，提高施工效率。
（一）建模
1.坑底垫层
在Auto-CAD平台，将该楼的桩位平面布置图处理后转换为块文件，再同比例链接到Revit软件族界面中，创建模型底图。结合集水坑截面大样（图2），绘出组合基坑中各坑的坑底区域边界，依据此边界创建厚度100mm的混凝土垫层，并赋予不同的材质。各垫层标高可根据设计图纸直接计算得出，分别放置于所在的标高面。
2.基坑外围轮廓
组合基坑模型用于计算桩顶标高，建模精度没有严格要求，到达LOD200即可。旨在快速得出简易模型，从模型中直接标注出桩顶标高。
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图3 坑1模型路径图4 坑1模型轮廓
基坑外围模型采用放样法建立。以坑1为例，将基坑底部垫层的边界线作为轮廓路径，轮廓厚度为100mm。外围轮廓等同于厚度100mm的垫层。绘制路径前，需将各坑的垫层面边界线逐一绘出，修剪成组合基坑底面，便于模型路径绘制②。
完成模型前，赋予组合基坑中的各坑不同材料属性。路径及轮廓见图3坑1模型路径及图4坑1模型轮廓所示。
3.基坑模型
基坑模型可以真实地反应组合基坑开挖之后的效果，也可以很明显地辨别桩所在坑底的正确位置，从而提高桩顶标高的计算效率。基坑模型完成后，通过拉伸命令建立桩模型，根据桩位平面图，将组合基坑区域内的工程桩定位到三维模型图中。已知桩顶伸入筏板内100mm，即伸出垫层面100mm，在立面图中建立高出各坑底垫层面的100mm辅助工作平面，将桩顶拉伸至此平面，并锁定于工作平面。其效果图如图5组合基坑模型图所示。
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（a）模型平面图（b）模型三维图
图5 组合基坑模型图
图5（a）实现了图1到实体平面图的转化，在图5（b）的模型图中可以清晰地体现桩所在的基坑位置。在模型中可以直接标注各桩的桩顶标高，如坑1底部10号桩顶标高为-8.900，坑2底部4号桩顶标高为-10.100。还可以标注出斜面的上的桩顶标高，如坑2斜面上的桩顶标高为-7.848，简便快捷，准确率高。
4.模型剖面
基坑模型完成后，可以随意地对模型进行剖切，剖切面上含有不同基坑内的桩剖面，从各个剖面图中可以得出各桩的桩顶标高和处在基坑中的位置。模型中2#~6#桩的剖面图如图6模型剖面图所示。
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图6 模型剖面图
图6中桩位及标高相对于三维模型较直观。借助剖面图，可以很方便地得出任意目标桩的桩顶标高。比传统的手算方法更具可视性。
（二）720Yun技术
桩基工程施工中，因不确定因素较多，多数施工人员不能及时掌握桩顶标高数据，存在数据管理不善现象。为了实现桩顶标高数据共享，利用720Yun技术，将模型图转化为全景图，生成组合基坑桩顶标高信息二维码，将此二维码粘贴至现场旋挖钻机处，施工人员可通过移动设备扫描对应组合基坑的二维码，得到组合基坑桩顶标高的全景图，图中每一颗桩都含有标高及桩位信息，提高信息读取效率。
将整理好的全景图导入720Yun软件中，于每颗桩处添加热点信息，即桩顶标高和桩位信息。由软件自动生成关联全景图的二维码。添加热点及生成的二维码如图7所示。
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（a）热点添加效果图（b）组合基坑桩顶标高二维码
图7 全景图二维码
图7（a）为在全景图中各桩顶处添加标高及注意事项的热点信息，通过扫描图7（b）中的二维码后，点击热点标记，可得到热点处的桩顶标高信息。据此，BIM技术完成了桩位平面图到桩位多角度全景图的转换，可视化效果明显，全景图通俗易懂，施工效率大大增加。
（三）节点优化
可将组合基坑视为节点，开挖时，因标高不一，各坑底桩和斜面桩处土层容易超挖或错挖，带来相应的经济损失。在Revit中，将组合基坑三维模型切换成平面视图，并调整为线框模式，可得到各坑底和上边缘线的角点。在CAD平面图上定位这些角点，并提取角点坐标，现场放样得到组合基坑上边缘线和下边缘线的轮廓。各角点外扩3m左右，作为开挖后恢复坑内轮廓线的控制点。此控制点的作用类似于龙门桩。
组合基坑开挖顺序按照先浅后深进行。模型中，坑1底的垫层底面标高为-9.100，坑2为-10.300，坑3为-8.700，坑3为最浅基坑，与坑1相当。结合上、下边缘轮廓线开挖第一层土；当坑1达到-9.100和坑3达到-8.700标高时，平整地基；根据角点的控制点放出坑2上、下边缘线，依据节点大样开挖至-10.300，平整地基，修整斜面。
施工中，各操作人员通过扫描二维码得知基坑开挖后的效果，操作具有目的性，提高施工效率，减少因超挖导致的经济损失。
四、结论
BIM技术以其可视化性、协调性、优化性和模拟性受到越来越多工程技术人员的青睐。本文利用BIM技术快速有效地解决了组合基坑区域内的桩顶标高计算繁琐的问题，具有较强的可视化效果，提高施工效率。并通过组合基坑模型确定基坑开挖方法，具有一定的经济性。
BIM技术可以优化多种复杂节点，本文以计算桩顶标高为例说明该技术的可视化性和协调性。在暖通专业管线安装、电气智能化和桥梁方面，BIM技术有着更大的潜在优势和广阔的应用前景③，具有较强的推广意义。
参考文献：
①曾浩，王小梅，唐彩虹.BIM建模与应用教程.北京大学出版社，2018年2月，2
②岳忠翔.BIM技术在山岭高速公路工程施工管理中的应用.建筑科技情报，2018，3、18
③张创.Revit+Dynamo驱动参数化桥梁建模.建筑科技情报，2018，3、27