摘要：BIM作为现代建筑业方兴未艾的新型技术拥有可视化、协调性、参数化的特点，便于建筑的造价控制、进度控制、施工组织管理。地下工程包括土方工程、桩基工程、基坑围护工程等单位工程，占建筑总造价的30%~50%。然而目前在地下工程中较少使用BIM技术进行基础工程进度控制。本文通过对BIM技术特点的简单介绍、地下工程重难点分析，结合实际案例与工程经济学中的成本效用法，分析BIM技术的进度控制优势。
关键词：BIM技术；地下工程；进度控制
1.引言
在国外发达国家，BIM技术已经被普遍应用于工程项目的计划管理工作中，并且投资回报率普遍保持在640%~32900%以内[1]。由此可见，对基于BIM技术的工程进度可视化管理进行深入研究是具有重要意义的[1]。地下工程是建筑施工中最重要的一部分，由于非程序化作业量大、机械台班使用量大、工程量大等特点，对桩基采购、堆放、运输、起吊，土方开挖回填气候，沉桩水平偏差、垂直度偏差等都有较高要求。BIM技术的可视化、协调性、参数化特点不仅可以较好解决基础工程进度中的相关问题，对于复杂地下室工程更可以体现其优势。
2.BIM技术特点
BIM是以模型为基底且能与建筑物数据库链接的技术，是透过数值模型描述建筑物功能与物理性质的一项技术，是分享多方信息的平台，是在技术、数据和协同管理三大层面，提供项目信息资源管理的手段[2]。项目的各方参与者可以通过BIM技术相关软件（REVIT、广联达BIM5D、广联达算量、广联达沙盘、PKPM等）实时参与项目建设（包括业主策划、设计、施工、运营、招商、销售等）进度，实现大型工程建设的参数化、可视化、协调性。
2.1 可视化
工程制图从最早硫酸纸手绘“蓝图”到计算机绘图，均是在图纸上通过二维视图表达构件形状尺寸，即使有立体图也不是真正意义上的三维模型。BIM则将建筑施工图、结构图立体地呈现在软件中，并且由于BIM技术的相关性，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策、修改均可以在可视化的状态下进行。
2.2 协调性
传统项目建设中采用开会、协调、讨论的形式解决问题，BIM则将问题显示在设计环节内，并立即采取解决措施，提高绘图精度，降低建设出错率，减少后续施工中发现问题、解决问题的时间，提升建造效率。例如在地下桩基设计时与地下管线的碰撞模拟等，BIM（Navisworks）将在绘制时显示碰撞问题，协调数据加以解决。
2.3 参数化
参数化与数字化不同，参数化通过参数值建立构建模型，牵一发而动全身，修改部分参数可以将整个项目与此参数相关的数值统一更正。
3.地下工程特点及难点
（1）受力情况复杂：随着工程发展的需求，地下工程中的基坑开挖深度加大，漫滩地区打桩深度加深，填土等工程量增加，支护支撑结构承载力要求提高。特别在复杂地下室设计中，基础的受力分析要求越来越高。
（2）桩基工程点位控制精确性不高：桩基工程点位控制精确性不高体现在桩的尺寸大小与桩位的偏差，桩位的水平偏差。前者问题的出现是由于现场使用桩机的技术人员与材料员沟通不畅，后者则与技术人员工作经验，现场环境时事分析等因素综合相关。
（3）人、机、料、法、环综合调控复杂：在传统的进度编制中，编制者本身的专业素养与工作经验十分重要，决定了进度方案的合理性和可靠性。同时，进度的编制需要综合考虑4M1E（人、机、料、法、环）的协调作用，在各方平衡下找到合适工作点。在这个需要大量数据分析，资源协调的环节，人工或者传统进度编制易产生误差，得不到最佳方案，甚至可能延误工期。此外，常用的网络计划图专业性较高，编制后的进度计划无法轻易解读，易造成现场信息交流的滞后。
图1 4M1E
4.案例分析
4.1 工程概况
拟建工程位于某市，地上9层，地下1层，室内地坪±0.000，相当于黄海高程4.100m。本工程为抗震设防工程，工程所在地区的地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，地震作用采取的抗震设防烈度为7度。非室内首层地下室顶板考虑了消防车荷载和建筑的覆土要求，沿地下室周边地面考虑活荷载标准值10kN/m。本工程考虑地下水作用，水土对地下室侧壁的压力按水土合算考虑，计算地下水浮力的设防水位为2.300。
地基基础设计等级为乙级，桩基设计等级为乙。桩以第5-1层（粘土层）和第1层（粉质黏土混粉土）作为桩端持力层，桩身全断面进入持力层不小于10米。方桩选自浙江省建筑标准设计图集《预应力离心混凝土空心方桩》（2013浙G35），沉桩方式以静压法为主、锤击法为辅。
4.2 建立地下工程模型
由于目标工程较大，可根据设计施工图将基坑分为若干个单元，每个单元单独建模绘制。同时将各个构件或施工中将会用到的材料、器具通过Revit的族绘制。例如混凝土搅拌运输车、防护围栏等，可以从自带或者网络下载的资源中略微修改使用；锚杆、预制方桩等可以通过软件自行绘制，其关键在于确定合适的基准面，便于后续建模成型。
导入CAD图纸，按照施工步骤结合Revit绘图操作，可完整绘制不同工况的三维图象。随后，通过将Revit绘制完整的文件导入Navisworks软件，实现模型整合、碰撞检查、三维模型时事漫游、模型渲染、4D模拟等功能性操作。[5]结合PKPM进行结构分析计算，模拟施工工况针对部分工程力学设计复杂的难点，减少设计中的失误，是后续进度编制的合理可靠性的有效保障。
设计师不仅可以根据上部建筑自重、风作用、动荷载等承重要求，结合整体地震作用以及地下土层状态、水文地质条件等在BIM软件基础上导入PKPM等软件，通过受力状态分析设计桩基数量、尺寸、进入持力层深度，也可以根据土层性质、开挖深度、拟定好的桩基及机械台班在BIM软件上设计围护、支撑类型，满足土体受力情况。BIM技术参数化地将不同类型桩基、围护支撑结构制作成以模数为基准的构件，设计师根据需求更改构件的参数即可得到合适的部件，辅以BIM技术的可视化特点，动态呈现设计后的基础外观。同时基于BIM技术的协调性，与结构分析软件结合，进行碰撞检测和承载力检测，优化基础设计。由于BIM技术的参数化，结合造价软件与project软件将基础工程的工程量及相应总造价可以随优化的过程立即更改，便于设计师在满足建筑正常使用极限状态与承载能力极限状态的情况下，选择最低成本的基础设计方案，实现效率最大化。
4.3 构件点对点控制
BIM技术可以将从工厂出产的每一个构配件（例如预制桩、连接件、模板支架等）进行电子编码，或进行电子打印标记，实现点对点操作：出场运输时可以统计运输批次及构件的检测信息；运输至工地现场时可以入库登记，方便施工员、现场总监及时得知材料库存量，一旦存储货物不足即可通知厂商供应；施工时工人根据图纸及构件的电子编码施工，确保每一个构件放置在设计图中应有的位置，减少施工误差，提高施工精度，保证建筑物施工、运营期间的安全性、稳定性。
4.4 优化施工进度编制及调整
BIM技术（结合Navisworks、Microsoft Project等）可实现施工过程的动态模拟。设计师可根据4D虚拟建造的反复模拟，调整得到最佳的流水施工进度。此外，还可以根据BIM技术的协调功能得到合适的进出场调配线路、时间节点，资源物料进出场时间节点，机械台班进出场时间节点等。
通过Microsoft Project与BIM技术的结合，基于编制者的工作经验（包括工艺顺序与组织顺序），合理编制初步的进度方案。
通过BIM技术的合理优化调整，可以解决人工手算误差大，计算强度大，无法达到最优化进度方案的问题。优化得到合理进度计划后，编制者可以合理计划进出场班组、进场物料、进出场机械台班、融资贷款时间节点等，提高基础工程的施工效率和资源利用率，减少经济损失。BIM技术中的沙盘、BIM5D等都可以在设计阶段进行施工以及融资计划安排，一旦更改相应数据，即可做出更改后一系列相关数据的修正。例如，由于实际运输的突发堵车造成预制桩无法及时运输到施工现场，场内工人窝工半天加上相应台班费，在BIM软件中调整此批预制桩的到达时间，即可得到之后施工的安排计划及增加的窝工费用。因此，BIM技术对施工组织、融资贷款的预先设计，减少基础工程的进度延误损失，提高资源利用率。
5.结语
本文从BIM技术、地下工程的重难点，结合实际案例与工程经济学的成本效用分析，提出BIM技术在地下工程中进度控制的几个结论。主要结论如下：
（1）使用BIM技术可以成功解决地下工程中的复杂施工模拟，在前期桩基、围护结构受力分析时亦可建立模型进行可靠安全快速的分析，减少后续施工中的返工等失误概率，高效施工。
（2）BIM技术可以实现人机料法环的综合统筹管理，通过合理编制、优化进度网络图，实现进度合理化。
（3）通过成本-效用分析可知，BIM技术可以实现地下工程进度的高效性，增加少量的成本，实现更大化的效用。
（4）地下工程进度控制中最大的问题是BIM技术还未能实施监测到施工工况，这在未来的发展中，结合AR技术等可以继续完善工程施工进度控制。
参考文献：
[1]胡瑛，杨蕾颖 .基于BIM技术的工程进度可视化管理研究 [A]. 价值工程，2018（34）：98.
[2]胡静.BIM技术应用于建筑工程行业的建设需求浅析[J].中国战略新兴产业，2018（44）：129.
[3]邱奎宁，王磊.IFC标准的实现方法[J].建筑科学，2004 20（3）：76 78.
[4]王婷，曾凡奎 .BIM技术在建设项目进度控制中的运用 [A]. 施工技术，2017（12）46.
[5]贾善涛. 基于BIM技术的超大深基坑进度管理研究[D].青岛理工大学，2015
论文作者:徐伊雯1,严晓东1
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/26
标签：技术论文; 进度论文; 工程论文; 桩基论文; 地下工程论文; 构件论文; 参数论文; 《防护工程》2019年第1期论文;