BIM技術在巖土工程中的應用探微

周 偉

(1.太原理工大學建筑與土木工程學院，山西 太原 030024； 2.山西中方森特建筑工程設計研究院，山西 太原 030024)

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BIM技術在巖土工程中的應用探微

周 偉1,2

(1.太原理工大學建筑與土木工程學院，山西 太原 030024； 2.山西中方森特建筑工程設計研究院，山西 太原 030024)

介紹了BIM技術可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性的優點，從巖土工程勘察、設計、施工、運營維護等階段，闡述了BIM技術在巖土工程中的應用，指出應用BIM技術有利于優化施工方案，確保工程質量。

BIM技術，巖土工程，三維地質模型，施工動態模擬

目前，在我國工程建設領域，已經不乏BIM技術的運用。總體上來講，BIM技術在建筑、水電、設備和結構專業的應用時間相對較長。而BIM技術在巖土工程中的應用尚且不夠成熟。因此，為了將BIM技術順利的應用到巖土工程的實際項目中，還需要進行一番深入探究。

1 BIM技術概述

BIM，即Building Information Modeling,確切來講，就是利用數字模型對項目進行設計、施工和運營的過程[1]。作為多維模型信息集成技術，BIM借助計算機輔助設計(CAD)等技術實現了對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達。由此，BIM特征也非常明顯，其特征大致為可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性。其中，BIM技術的可視化，即模型三維的立體實物圖形可視、項目設計、建造、運營等整個建設過程可視，這一特點方便進行更好的溝通、討論與決策。針對工程項目中管道與結構沖突、各個房間出現冷熱不均、預留的洞口沒留或尺寸不對等情況，BIM技術的協調性就能夠通過協調流程以減少不合理變更方案或問題變更方案[3]。

2 BIM技術在巖土工程中的應用

2.1 巖土工程勘察階段的具體運用

在巖土工程勘察上，建立三維地質模型是實際工程的運用中不可或缺的一個環節。利用BIM技術建立三維地質模型，不僅可以避免重構模型出現的差異，還可以更直觀,更完整地將場地地質情況展示。以往的以柱狀圖、剖面圖與鉆孔平面信息為基礎構建的地質模型過于粗略，容易出現人為錯誤。而利用BIM技術建立三維地質模型在一般工民建項目中非常實用，且借助軟件建立實現起來也不會過于繁瑣。縱觀一般工民建項目的三維地質模型，其實現方法有許多種。一般情況下，在現有BIM平臺中實現三維地質建模，需要考慮工程的概況進行選擇。在眾多建模方法中，有兩種相對簡單的建模方法，第一個是利用Civil3D最新的曲面建模，第二個是利用Revit平臺中構建樓板的功能模擬地層的方法建模。以第一個建模方法為例，需要導入每個地層的層頂標高和坐標，得出三維的曲面數據→由曲面之間的相互關系生成每層土(巖)層實體→進行布爾運算→對基坑開挖進行模擬。之后，可以以任意剖切的方式將三維地質模型分割，展現出地質剖面圖(見圖1)。通過觀察地質剖面圖就能夠將項目基坑支護結構和基礎底面處相應標高處的地質情況一一了解。以此就能夠優化設計方案。另外，由于三維地質模型生成后，其每個圖元中都附帶有詳細的屬性信息,因此，對于進行下一步非常有利。譬如，明確開挖部分或者回填部分體單元體積信息,就可以獲得開挖或回填的土石方量,這使得土石方工程的造價預算計算更為精準。

2.2 巖土設計階段的具體運用

在巖土工程設計上，運用BIM技術，具體有三項用途:其一，進行碰撞檢測。巖土工程中進行碰撞檢測的目的是驗證預先設計方案的合理性。利用BIM技術進行碰撞檢測可以減少設計錯誤，避免成本浪費。以樁基礎與持力層模型進行碰撞檢測為例,就能及時調整樁長，以減少設計失誤，確保樁長既滿足設計要求，又確保樁長選用最經濟的方案。其二，利用BIM平臺強大的建模，能夠實現三維可視化與快速出圖。巖土工程設計中，基坑設計至關重要。借助三維模型能夠展示基坑設計方案最終建成后的效果和整體的設計意圖，方便技術人員調整不恰當之處(圖2為基坑三維計算建模及開挖模擬)。另外，由于模型中附帶材質,視覺效果直觀,因而要修改設計方案也非常便利。其三，運用BIM技術可實現與其他專業聯合設計。三維可視化模型使得建筑的多專業之間的聯通與配合更加密切，避免了平面圖紙設計帶來的不便。如此一來，在BIM平臺上進行巖土工程設計,便可最大限度地優化設計方案。

2.3 巖土施工階段的具體運用

在巖土施工中，利用BIM技術能夠進行施工動態模擬。在巖土工程中借助軟件實現施工動態模擬，巖土工程項目負責人就能夠掌握整個工程的施工進度。同時，還能合理的調配資源，保證項目質量安全。BIM技術在巖土工程施工上的運用，一則能夠幫助施工方進行統一的管理和控制；二則能夠優化和改善原有的施工方案。其中，優化和改善原有的施工方案于巖土工程施工而言，是至關重要的。優化后的施工方案，就能夠省去一些復雜的施工步驟。另外，BIM模型可以將復雜的鋼筋布置建模,這是指導復雜的鋼筋混凝土結構節點的關鍵所在。由此就能夠驗證施工的準確性,避免施工的質量出現問題。在施工階段應用BIM技術，BIM模型的虛擬建筑和實際的施工或管理現場就是操控現場施工。另外，在現場跟蹤中，激光掃描、GPS移動通訊、RFID和互聯網等技術結合工程項目的BIM模型就能夠達到兩項目的：其一，保證施工期間不產生重大事故，避免發生火災等不良事件；其二，提供準確、直觀的BIM數據庫。

2.4 巖土監測階段的具體應用

巖土工程監測中BIM技術也能起到輔助作用。傳統的巖土工程監測是監測簡報數據表格與圖表的匯報，這種監測方式容易出現偏差，而利用BIM技術可以以三維圖示展現。以用三維圖像展示基坑沉降變形，再將現場所測的監測數據輸入軟件計算，以得出變形量，生成整個場地的沉降云圖。如此一來，場地的沉降變形情況就能夠被清楚的掌握。

3 BIM技術的應用意義

在工程項目上，涉及規劃、勘察、設計、施工、運營維護等各環節[2]。將BIM技術應用于這些環節之中，便能夠實現建筑全生命期各參與方在同一多維建筑信息模型上的數據共享，如此一來，工程項目建造就有了技術支撐。與此同時，BIM技術也是優化項目方案的一個便利方法。此外，BIM技術能夠進行項目虛擬建造和精細化管理，是減少建筑業質量不達標的有利因素。BIM技術被應用于我國香港地鐵項目、南水北調工程等多個大工程之中。BIM技術未來迅猛發展是勢不可擋的，巖土工程借此也將發生極大的變化。BIM面臨的新一輪挑戰就是如何以其特征凸顯國內建筑市場特色。由此可見，為了積極應對更多未知的挑戰，BIM技術的應用還需要更多的思考和實踐。

4 結語

BIM技術是現階段巖土工程上一大重要技術，運用BIM技術就能夠使得巖土工程的勘察環節、設計環節、施工環節以及監測環節大大受益。由此，巖土工程實現協同合作的目標也就更進一步。同時，利用BIM技術建立三維可視化模型對于提高巖土工程質量很有幫助。因此，當前在巖土工程中要重視BIM技術的應用，做好相應的人員培訓、開發軟件、硬件升級等工作，以此推動BIM技術在建筑業的拓展應用。

[1] 張 芳,鄭山霖,張秀蓮,等.巖土工程信息技術及其工程應用[J].地下空間與工程學報,2016(5):1336-1343.

[2] 崔年治.巖土工程勘察BIM及其應用[A].2016年全國工程勘察學術大會論文集(上冊)[C].2016.

[3] 楊 敏.BIM技術在深基坑工程中的應用探討[A].2014年全國工程地質學術大會論文集[C].2014.

Inquiry on the application of BIM technology in geotechnical engineering

Zhou Wei1,2

(1.CollegeofBuildingandCivilEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ShanxiZhongfangSenteEngineeringDesignAcademy,Taiyuan030024,China)

The paper introduces advantages of BIM technology, such as visible, coordinate, simulation, optimal and drawing. Starting from aspects of geotechnical engineering survey, design, construction and operation maintenance, it describes the application of BIM technology in geotechnical engineering, and points out that: applying BIM technology will be good for optimizing construction scheme and guaranteeing engineering quality.

BIM technology, geotechnical engineering, 3D geological model, construction dynamic simulation

1009-6825(2017)09-0069-02

2017-01-16

周 偉(1987- )，男，在讀碩士，工程師

TP319

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