淺談結合三維勘察成果的房屋建筑巖土工程勘察設計一體化模式

熊鯤

（四川省川建勘察設計院，四川 成都610000）

在房屋建筑巖土工程勘察設計過程中，場地的地質信息是重要的基礎數據，對巖土工程的設計施工起著重要的指導作用。近年來，以建立虛擬的建筑工程三維模型為核心的BIM技術在國內工程建設領域開始逐漸被推廣使用，并在不同類型的工程實施過程中，體現出了其優勢，創造了一定的經濟效益。相較于上部建筑相關專業，巖土工程專業在勘察、設計工作中，大多仍采用傳統的設計工作流程，即勘察人員輸出二維的勘察成果，設計人員以此為依據進行巖土工程設計并指導施工。在這個背景下，討論如何將三維勘察成果與巖土工程勘察設計一體化模式相結合，將有助于我國巖土工程的發展[1]。

1 巖土工程勘察設計一體化模式的意義

目前的巖土工程主要涉及勘察、設計與施工三個環節，但是由于這些環節存在著一定的獨立性，且各環節之間的溝通效率不足，很容易造成施工圖紙與工程實際情況脫節的現象，最終影響巖土工程的經濟效益，限制了我國建筑行業的發展。在這一背景下，巖土工程勘察設計一體化模式被提了出來。在這一模式中，勘察、設計、施工、檢測、監測作為同一個工程項目部內部組織架構的不同部分，各個環節相互協調，不同專業有效溝通，工作進度有序推進，理想狀態下可以實現巖土工程經濟效益最大化的目標[1,3]。

2 房屋建筑巖土工程勘察設計一體化傳統模式中存在的問題

2.1 房屋建筑巖土工程設計的主要類型。目前房屋建筑巖土工程設計主要類型有基坑、邊坡支護設計，地基、地基處理設計，抗浮工程設計等。

2.2 房屋建筑巖土工程勘察設計一體化傳統流程。在房屋建筑巖土工程設計一體化項目的傳統流程中，勘察部門首先通過勘察信息管理系統采集地質信息數據，輸出二維勘察成果（勘探點平面圖、鉆孔柱狀圖、地層剖面圖及文字報告）；然后設計部門在此基礎上進行巖土工程設計與校核，輸出二維設計成果（平面圖、剖面圖、大樣圖、計算書等）；最后施工部門、檢測部門與監測部門以此為依據進行施工，并在施工過程中，將現場有別于勘察設計成果的情況反饋給勘察、設計部門，配合完成施工勘察、設計變更等工作，如此循環往復,推進工程實施[1]。

2.3 二維勘察成果造成的問題。受二維勘察成果的影響，傳統的巖土工程勘察設計一體化模式存在著許多的問題，如一體化程度不高，合作與溝通有效性不足，信息共享滯后性嚴重，模式難以發揮其應有的優勢[2]。在二維勘察成果中，不同地質剖面之間的地層分布無直觀體現。設計人員在此基礎上進行巖土工程設計，只能憑借自身的工程經驗推斷該部分的地層分布，無法使設計成果的科學性、精準性、合理性達到較高水平[5]。具體到地基處理工程和抗浮工程設計中，可能造成位于剖線間的工程布置與工程實際情況存在偏差；具體到基坑支護工程設計中，可能出現隔水帷幕與含水層范圍不匹配，錨桿、錨索與周邊環境沖突等現象。這些情況將為工程帶來安全風險或成本浪費。應用三維勘察成果，可以針對性地解決這些問題。

3 房屋建筑巖土工程三維勘察成果的發展過程及應用現狀

近年來在我國的工程建設行業中，各單位積極推廣建筑信息模型（BIM）技術，力圖通過建立虛擬的建筑工程三維信息模型，實現工程建設全生命周期各階段的協同工作和數據信息共享，但目前BIM技術主要關注于上部建筑結構設施[4]，在地下工程的領域內應用尚不廣泛。

3.1 房屋建筑巖土工程中的三維勘察成果發展過程。在房屋建筑巖土工程勘察中，傳統的勘察成果主要二維圖紙、文字報告等。近年來，在我國的工程建設行業中，三維勘察成果首先在橋梁、隧道等工程勘察中得到應用及推廣，伴隨這一趨勢，房屋建筑巖土工程中也逐漸出現了三維勘察成果的應用（如圖1 所示）。

圖1 某工程巖土工程勘察三維地質模型圖片

3.2 三維勘察成果與房屋建筑巖土工程勘察設計一體化模式中的應用現狀。通過將三維地質模型與數字化模型相結合，巖土工程勘察設計模式從傳統的基于二維圖紙設計和施工，轉變為基于三維數值仿真分析計算的設計和基于三維模型的施工，如Bentley 公司就推出了PLAXIS + SoilVision + gINT 組件，組成了Bentley 巖土工程勘察、設計與分析的完整解決方案。在國內房屋建筑建設領域，一些工程軟件公司及設計單位已經開始嘗試通過P-BIM應用方式，將三維地質信息模型及三維數值分析計算應用到勘察設計一體化工作中。如北京理正公司已在其勘察軟件、深基坑等巖土設計軟件中，提供了各專業的P-BIM 數據庫協同工作的功能[4]。

4 三維勘察成果與房屋建筑巖土工程勘察設計一體化模式的結合

4.1 結合三維勘察成果的房屋建筑巖土工程勘察設計一體化模式。通過應用三維勘察成果，并結合BIM技術，傳統房屋建筑巖土工程勘察設計一體化模式可調整為各專業深度協同，內部數據高度共享，各專業穿插進行工作的模式。此模式下的輸出成果更便于管理和查詢（如圖2 所示）。該模式與傳統的模式相比，將顯著提升巖土工程的科學性、精準性、合理性，降低各專業溝通成本，縮短工期,優化工程造價。

圖2 結合三維勘察成果的房屋建筑巖土工程設計一體化模式

4.2 本模式應用過程中需要注意的問題。目前的巖土工程勘察軟件輸出的三維勘察成果主要適用于地質條件符合沉積規律的場地。對具有不良地質作用的，構造現象、微地貌發育的場地，要保證輸出的三維勘察成果與場地實際情況相符，就要求勘察單位及人員具有豐富經驗及較高的技術水平。此外，由于巖土工程所涉及的地下地質條件在空間及時間尺度上均存在變化，故在輸出三維勘察成果及建立其數字化模型的過程中，需要考慮其特殊性。

5 結論與展望

三維勘察成果與房屋建筑巖土工程勘察設計一體化模式的結合，在長遠來看將顯著提升巖土工程的質量與經濟效益。為確保三維勘察成果的準確性和有效性，勘察設計單位勢必將在前期勘察階段投入更多的工作量與時間，增加勘察成本。如何在具體的工程項目中，根據自身經驗和工程設計條件（例如柱網、基礎的平面布置、基坑周邊環境等）合理確定工程的勘察工作量，在整個巖土工程勘察設計施工過程中，找到安全性和經濟性中取得最佳的平衡點，是需要勘察設計單位進一步探討的問題。在整個巖土工程行業發展過程中，還需要相關企業加強巖土專業和結構等專業的融合，結合BIM技術、3S 技術，培養復合型技術管理人才，進一步調整、優化管理模式，充分發揮三維勘察成果與巖土工程勘察設計一體化模式結合的優勢。