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[摘要]根據(jù)百色干部學(xué)院（一期工程）項(xiàng)目特色及環(huán)境要求，介紹了復(fù)雜地形環(huán)境下的項(xiàng)目整體BIM模型創(chuàng)建方式，闡述基于BIM的施工場布思想，將BIM可視化、仿真模擬、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性的特點(diǎn)應(yīng)用于山地建筑土方平衡施工中，優(yōu)化施工方案，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目土方的自產(chǎn)自銷。

[關(guān)鍵詞]BIM；山地建筑；土方平衡；施工模擬

1.工程概況

百色干部學(xué)院（一期工程）項(xiàng)目占地面積約600畝，項(xiàng)目地勢高低起伏，最大高差達(dá)70m之多。院內(nèi)53個(gè)單體星羅棋布、依山傍水，路網(wǎng)橋梁橫亙交錯(cuò)，與樹林交相輝映，是一座集教學(xué)、辦公、住宿、餐飲、會(huì)議、學(xué)術(shù)交流、研討及文體活動(dòng)多功能于一體的山水園林式干部學(xué)院。本工程占地面積大、地勢復(fù)雜、地形崎嶇，是典型的山地建筑開發(fā)項(xiàng)目，如圖1所示。因而，施工過程中大量土方的外運(yùn)及如何有效利用土方成為首要問題，處理不好將成為一項(xiàng)高投入、高消耗和影響施工工期的問題。研究如何實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的土方平衡調(diào)運(yùn)，達(dá)到施工場地內(nèi)土方的自產(chǎn)自銷，將為項(xiàng)目帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.工程特點(diǎn)與應(yīng)用點(diǎn)分析

傳統(tǒng)的土方平衡設(shè)計(jì)僅停留在“方格法”算量上，主要依靠各施工單位技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，已不能滿足此類大型山地建筑開發(fā)項(xiàng)目土方工程施工節(jié)地、節(jié)材的需求。為確保土石方工程施工的準(zhǔn)確性、高效性和經(jīng)濟(jì)性，本工程創(chuàng)造性的運(yùn)用BIM技術(shù)輔助項(xiàng)目的土方平衡方案策劃及施工，實(shí)現(xiàn)土方的三項(xiàng)平衡。與常規(guī)建筑模型不同，土方場地模型需要進(jìn)行前期的數(shù)據(jù)采集與編匯，對模型信息與精度要求高?；贐IM模型，通過建筑單體模型與場地的綜合運(yùn)用從而進(jìn)行工程量計(jì)算、土方平衡方案策劃，進(jìn)行項(xiàng)目施工現(xiàn)場布置、施工便道規(guī)劃，確定土方堆疊位置，編制土方施工進(jìn)度計(jì)劃，在模型中實(shí)現(xiàn)場地開挖、平整和回填施工模擬，從而確定出性價(jià)比最高的實(shí)施方案，并對施工過程進(jìn)行全程監(jiān)控。

3.BIM模型的建立

在分析和對比傳統(tǒng)的土石方計(jì)算方式方法后，項(xiàng)目提出采Civil 3D模型軟件進(jìn)行計(jì)算。使用該軟件利用復(fù)合體積算法或平均斷面算法，能更快速地計(jì)算出原有曲面和設(shè)計(jì)曲面之間的土方量。利用此種三維曲面概念，給人以直觀、立體感覺。

3.1場地模型的建立

1）設(shè)計(jì)地形圖繪制（建立設(shè)計(jì)曲面）：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和三維坐標(biāo)參數(shù)，建立施工區(qū)域三維地形圖；2）實(shí)際地形圖繪制（建立實(shí)際曲面）：采用全站儀和GPS等坐標(biāo)測量儀器，根據(jù)設(shè)計(jì)邊界線區(qū)域及施工區(qū)域等高線圖進(jìn)行測量方案的制定和測量準(zhǔn)備，確定測量點(diǎn)的高差和平面距離。等高線稀疏地段點(diǎn)間距采用10m～20m，等高線密集區(qū)域采用5m～10m的間距進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測量數(shù)據(jù)為三維坐標(biāo)（X/Y/z）。數(shù)據(jù)采集后生成TXT文件直接輸入電腦中，利用Civil 3D生成一個(gè)自然曲面；3）地形圖數(shù)據(jù)的復(fù)核：采用Civil 3D軟件對采集的數(shù)據(jù)按照等高線的分布進(jìn)行辨識和判斷，可以直接查找出某個(gè)區(qū)域地形圖的錯(cuò)誤，隨即進(jìn)行二次復(fù)測和數(shù)據(jù)修正，形成Civil 3D場地地形圖。Civil 3D模型軟件內(nèi)的曲面為TIN體積曲面即三角網(wǎng)，采用等高線、特征線和邊界線，比較曲面之間的體積差就是所需計(jì)算的工程量（即：體積曲面）。所形成的曲面能夠從任何角度查看，選取任意一個(gè)閉合的區(qū)域即可計(jì)算其工程量。

3.2單體模型的建立

本工程共有53個(gè)建筑單體，由地理及設(shè)計(jì)風(fēng)格決定建筑群體布局高低不一、錯(cuò)落分散，因此利用BIM技術(shù)把所有單體的模型創(chuàng)建出來，再利用軟件問的互導(dǎo)性將單體模型與場地模型相結(jié)合，就可模擬出整個(gè)施工場地。建筑單體模型的建立采用目前應(yīng)用最為廣泛的Revit軟件，通過最初的設(shè)計(jì)圖紙將建筑的基本信息反饋到模型中。Revit模型精度等級劃分為5級，在結(jié)合場地模型的土方平衡計(jì)算方法中，建筑單體的精度等級需達(dá)到LOD300（LOD300：一般為細(xì)部設(shè)計(jì)）。LOD300BIM模型構(gòu)件中包括建筑的尺寸、位置、方向等信息，利用建筑模型所包含的信息可較為精確的估算出建筑占地所需開挖的土方量及回填量。

3.3建筑模型與場地模型的結(jié)合（圖2）

將建筑模型文件導(dǎo)入Civil 3D軟件中，通過軟件的坐標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑模型在場地模型中的精確定位，以這種方式將建筑模型與場地模型相結(jié)合，使其具備了模型應(yīng)用的初步條件。

4.BIM技術(shù)在山地建筑土方平衡的應(yīng)用

4.1土方調(diào)運(yùn)策劃（圖3）

利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)在模型中的“現(xiàn)場施工”模擬，根據(jù)施工模擬情況分析場地平整、建筑開挖和場地回填等各階段的現(xiàn)場土方開挖、回填、堆放情況，使用Civil 3D進(jìn)行土方量估算，生成土方調(diào)配圖表，用于分析挖填距離、要移動(dòng)的土方數(shù)量及移動(dòng)方向，確定合理的取土坑、堆土場，避免取存土沖突，減少重復(fù)開挖和回填。

1）通過原始場地與開挖后場地模型進(jìn)行對比，初步確定土方開挖順序，堆土場地。

2）土方工程量估算，根據(jù)實(shí)際地形數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)將模型建立完成后，按照等高線的分布情況，設(shè)置斷面和里程樁，計(jì)算每個(gè)區(qū)域和整體項(xiàng)目的開挖與回填工程量。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)根據(jù)使用功能不同劃分為生活區(qū)、教學(xué)區(qū)、服務(wù)區(qū)、辦公區(qū)等4個(gè)綜合區(qū)域和28個(gè)棟號。確定模型后，項(xiàng)目按照地理位置及建筑類型的不同，重新劃分了四個(gè)生產(chǎn)區(qū)及三個(gè)綠化區(qū)，便于工程量的計(jì)算。各區(qū)域和項(xiàng)目總工程量如表1。

3）根據(jù)土方量統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定土方挖填區(qū)域，計(jì)算挖填距離，土方移動(dòng)數(shù)量及方向，確定場地人材機(jī)布置，生成土方調(diào)運(yùn)任務(wù)單并錄入模型系統(tǒng)儲存，編制土方調(diào)運(yùn)方案。

4.2施工道路規(guī)劃

施工時(shí)，根據(jù)山地建筑高低起伏的特點(diǎn)，以項(xiàng)目建成后的道路路線為基礎(chǔ)進(jìn)行施工道路布置，場地的高差問題將可能導(dǎo)致施工道路坡度太陡或者路線變道受阻的情況。因此，當(dāng)平面場地規(guī)劃無法解決時(shí)，需采用BIM三維可視效果進(jìn)行分析。利用Na—visworks場景漫游功能可對施工道路的布局進(jìn)行優(yōu)化。山地建筑有別于一般項(xiàng)目平整的場地，其場地初步平整后，依然存在較大起伏，在平面圖上進(jìn)行施工便道布置時(shí)，轉(zhuǎn)彎處的道路高差無法直觀反映。對此，在Civil 3D中建立場地道路模型，逐一比對轉(zhuǎn)角設(shè)置，并進(jìn)行第一人稱視角漫游，分析轉(zhuǎn)角合理性，優(yōu)化道路轉(zhuǎn)彎點(diǎn)。本項(xiàng)目原1#樓行政中心與2#樓報(bào)告廳道路采用90。轉(zhuǎn)彎連接，1#樓向2#樓轉(zhuǎn)彎后是一個(gè)3m高的坡，放坡長度雖然能保證一般車輛同行，但大型貨車、混凝土車交叉運(yùn)行存在較大危險(xiǎn)性。對此，經(jīng)模型漫游對比之后，將該處施工道路弧線向外延伸后，成功避免了車輛運(yùn)行不暢的問題。

4.3施工方案優(yōu)化

通過對開挖完成后的院區(qū)道路進(jìn)行模擬分析可見：道路兩旁多處為高陡邊坡，平均高度20.8m，最高約為32.5m，合計(jì)4682m，土質(zhì)上半部為濕陷性黃黏土，下半部為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，易受沖刷，易坍塌。因此，高陡邊坡支護(hù)方案的制定優(yōu)化與否將影響到項(xiàng)目總體造價(jià)。方案編制及比選過程中，利用現(xiàn)有場地模型，將多個(gè)護(hù)坡施工方案進(jìn)行模擬演示，綜合比對各方案施工工序簡便性、安全性及成型效果等方面內(nèi)容。最終，為盡量保護(hù)場地內(nèi)原有自然水域和植被，保持土方平衡，項(xiàng)目成功研發(fā)一種支護(hù)綠化一體式護(hù)坡技術(shù)。該技術(shù)采用邊坡支護(hù)和綠化二合一的方法，一站式解決了安全防護(hù)、文明施工、綠色環(huán)保、降低投資等問題，最大限度加快施工進(jìn)度，讓巖土邊坡得以在短時(shí)間內(nèi)得到妥善保護(hù)，綠色植被盡早投入使用，減少山地建筑群落的開發(fā)成本，達(dá)到節(jié)地、節(jié)材的目的。

4.4施工過程控制

1）利用BIM技術(shù)輔助土方平衡管理，體現(xiàn)出整個(gè)土方開挖及回填過程中，可以利用BIM的仿真施工模擬對全過程控制，從而指導(dǎo)完成施工。利用Navisworks軟件進(jìn)行土方開挖、回填動(dòng)態(tài)施工等進(jìn)度模擬，將制定好的施工進(jìn)度利用Navisworks軟件的Timeliner功能與模型相結(jié)合，使每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)對應(yīng)完成的工程量通過施工動(dòng)畫的形式形成動(dòng)態(tài)反饋，既可即時(shí)更新場地模型地貌，又能避免交叉作業(yè)過程中產(chǎn)生的沖突，便于合理安排人力、物力及材料分配，達(dá)到省時(shí)節(jié)資的作用；2）施工進(jìn)度模擬技術(shù)在受環(huán)境制約的條件下，充分發(fā)揮出全程控制的作用。對于施工工期短，工程量大的項(xiàng)目，如遇降雨天氣無法進(jìn)行土方開挖作業(yè)時(shí)，為避免影響工程進(jìn)度，在保證安全的前提下，利用施工進(jìn)度模擬重新制定短期內(nèi)的搶工措施，規(guī)劃近期及遠(yuǎn)期的土方調(diào)運(yùn)方案，保證施工工期。本項(xiàng)目成功將停工期間的計(jì)劃工程量在模型中合理分配，考慮近期和遠(yuǎn)期的開挖和棄土場地，優(yōu)化調(diào)運(yùn)路線，在不影響下道工序施工的情況下進(jìn)行搶工。

5.結(jié)語

通過BIM技術(shù)在山地建筑項(xiàng)目施工中，通過建立模型和土方挖填平衡達(dá)到節(jié)約成本，優(yōu)化工期的目的。本文通過對地形復(fù)雜、高差大、建筑群體分散的大型山地建筑項(xiàng)目工程特點(diǎn)進(jìn)行分析，因地制宜利用BIM技術(shù)通過場地模型建立、道路規(guī)劃、土方開挖調(diào)運(yùn)和施工過程的分析，解決了土方平衡中，挖填土方量的優(yōu)化計(jì)算，達(dá)到了項(xiàng)目合理的整體規(guī)劃、土方施工方案優(yōu)化和降低造價(jià)節(jié)約成本的目的，為今后BIM技術(shù)在土方平衡施工中起到一定借鑒指導(dǎo)作用。