軌道交通工程勘察中BIM 技術的應用

吳海祥

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣州510000）

1 引言

BIM 技術是信息化技術在建筑行業的一種應用方式，但目前在軌道交通工程勘察中運用較少。軌道交通工程一般會延伸數十千米，工程沿線地質條件變化大?，F有的勘察成果大多是二維勘察報告，如果業主、設計、施工人員對勘察報告中提示的工程地質風險缺乏直觀的認知，很可能造成重大生產安全事故。利用BIM 技術可以建立軌道交通工程的三維地質模型，技術人員可以根據可視化模型進行科學決策和風險規避[1]。

張志芹等[2]在青島市地鐵6 號線的勘察中進行了BIM 技術的初步應用，BIM 建模軟件能夠實現勘察成果的三維可視化，從而提升地鐵工程設計水平和施工建設質量；周念清等[3]以南寧市軌道交通3 號線為研究對象，提出一種同時具有表達復雜透鏡體和清晰的地質層面能力的EVS 地層-巖性建模方法；王亮等[4]進行了Revit 軟件二次開發，結合3DMAX 技術、基坑監測技術和物聯網技術，建立了BIM 信息化系統，實現了徐州地鐵2 號線九里山站基坑工程開挖的信息化管理與三維可視化。

本文采用Earth Volumetric Studio 軟件（以下簡稱“EVS”）對廣州市某軌道交通工程進行三維地質建模，建立場地、隧道段和明挖段等三維地質模型，分析了BIM 技術應用的優勢、方法和難點，為軌道交通勘察中BIM 技術的應用提供參考。

2 BIM 技術的應用優勢

BIM 技術在軌道交通勘察中的應用主要是三維地質建模，能夠實現勘察成果的三維可視化展示。軌道交通工程沿線地形、周邊環境、建（構）筑物信息都可以整合在場地三維地質模型中，有助于設計人員了解現場的真實情況，提升設計質量。場地構造、特殊性巖土、不良地質作用可以集合在場地整體三維地質模型中，能夠估算特殊性巖土、不良地質作用的體積，有助于設計人員了解地質條件帶來的工程地質風險，提升設計安全度。將室內及現場試驗獲取的相關參數等勘察數據整合到三維地質模型中，可用于隧道、基坑的模擬開挖，直觀地反映隧道、基坑所處巖土層及周邊的地層、構造、特殊性巖土和不良地質作用，促進設計方案的優化。

3 BIM 技術的應用方法

3.1 場地三維地質模型

外業鉆孔等數據可以通過三維地質建模軟件EVS 生成場地整體三維地質模型，提供給業主、設計、施工人員使用。場地三維地質模型建立前，需要搜集軌道交通工程沿線的地形點坐標等信息，將采集到的地形點坐標數據整理成地形數據Excel 文件。利用EVS 軟件自帶的工具將鉆孔數據Excel 文件地形數據Excel 文件分別轉成PGF 格式的文件。導入鉆孔數據和地形數據PGF 文件之后，通過EVS 軟件內部模塊組合，可以生成地層模型或巖性模型。模型的邊界可以通過設定網格的范圍確定，也可通過導入邊界CAD 文件確定。模型的精度主要取決于數據的多少，模型的顯示效果會受到網格精度的影響。場地整體三維地質模型還可以與沿線建（構）筑物結合，通過EVS 軟件內部模塊組合，建立3D 建筑模型，附著在三維地質模型表面，可清楚地展示場地重要建（構）物情況。場地整體三維地質模型支持疊加航拍正射影像圖，為模型添加紋理材質等。鉆孔和剖面、地震數據、地形、物探、水文等數據也可以集成在場地整體三維地質模型中，點擊模型即可直觀查看。

3.2 隧道段三維地質模型

場地整體三維地質模型建立后，如軌道交通工程含隧道段，可導入軌道交通工程的中線CAD 文件及縱斷面CAD 文件，通過EVS 軟件內部模塊生成隧道段三維地質模型。隧道段三維地質模型能夠展示隧道穿越的構造、特殊性巖土及不良地質作用等，可促進設計施工方案優化。當軌道交通工程隧道段穿越不良地質作用強烈發育區時，若需要規避，可通過微調隧道中線CAD 文件部分節點的標高和坐標改變局部位置的隧道段三維地質模型，使整個隧道段三維地質模型避開不良地質作用強烈發育區。無法規避不良地質作用強烈發育區時，根據隧道段三維地質模型，亦可標注出不良地質作用和隧道交界位置里程，設計和施工時，應對該位置進行重點處理。

3.3 明挖段三維地質模型

場地整體三維地質模型建立后，如軌道交通工程含明挖段，可導入開挖范圍CAD 文件，利用EVS 軟件內部模塊對整體模型或單獨建立的明挖段三維地質模型進行開挖。模型開挖可計算出開挖深度范圍內各土層的體積，也可展示任意標高處開挖面的地層情況，促進軌道交通工程勘察、設計、施工工作一體化。

3.4 特殊性巖土、不良地質作用、地質構造三維地質模型

軌道交通工程沿線可能揭露較多的特殊性巖土，如填土、軟土、殘積土和風化巖等。填土層一般空隙較大，土質不均勻、承載力較低、自穩性差；軟土層具有高壓縮性、靈敏度較高的特點，施工后沉降時間長、沉降量大；殘積土、風化巖在水平和豎直方向分布不均，泡水易軟化崩解，承載力降低；不良地質作用如溶洞等對軌道交通工程建設影響巨大，需要特殊處理；地質構造的走向、性質對軌道交通工程安全影響巨大，直接關系到軌道交通工程的整體穩定性。因此，對特殊性巖土、不良地質作用、地質構造建立起單獨的、精度更高的三維地質模型尤為必要，可用于確定軌道交通工程建設重大風險區域，減少工程風險。

4 BIM 技術應用難點

BIM 技術在軌道交通工程中的應用難點主要包括模型精度、多次修正等方面。軌道交通工程一般是線路工程，鉆孔布置呈線型分布，沿線路方向模型精度較高，垂直于線路方向模型精度較低，應采用原位測試、物探等技術手段搜集地質資料，提高模型垂直方向精度。沿線路方向鉆孔數據較少時，模型不具代表性，需增加鉆孔布置密度。利用三維地質模型時，將增補鉆孔資料和施工過程中現場揭露的地質情況補充到模型中，對模型進行多次修正，使模型更具代表性。

5 結語

軌道交通工程勘察中利用BIM 技術可以建立起場地、隧道段、明挖段等三維地質模型，可以清晰地展示場地地質情況，展示隧道面穿越的特殊性巖土、不良地質作用、地質構造等，模擬明挖段的開挖，有利于勘察、設計、施工一體化，增強各專業協同，推進項目進展，減少工程風險。