BIM技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用分析

張孟澤 杜佳帥 蘭孝龍

哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院 黑龍江 哈爾濱 150090

引言

傳統(tǒng)的勘察設(shè)計(jì)工作中常用二維信息數(shù)據(jù)，隨著當(dāng)今建設(shè)項(xiàng)目的復(fù)雜性增加，采用有限勘探點(diǎn)的巖土工程二維信息數(shù)據(jù)實(shí)際上已無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)查詢、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避等眾多方面的要求，只有通過(guò)三維可視化表達(dá)才能得到妥善解決。

1 BIM技術(shù)概念

BIM就是通過(guò)數(shù)字模型對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)施設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理的過(guò)程。它是在CAD等各項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多維模型信息集成技術(shù)，是對(duì)工程物理特點(diǎn)和功能特性的可視化表達(dá)以及數(shù)字化承載[1]。

2 BIM建模軟件選擇

在基于BIM技術(shù)進(jìn)行巖土工程勘察建模時(shí)，首先要確定合適的建模軟件。目前，國(guó)內(nèi)外有很多公司參與了BIM軟件的研發(fā)，成果較為突出的有Autodesk、Bentley等公司。大多數(shù)BIM建模軟件都有配套的輔助插件，經(jīng)過(guò)筆者深入調(diào)研：Autodesk平臺(tái)軟件操作界面較為友好、開(kāi)放程度大（能用C#語(yǔ)言進(jìn)行功能二次開(kāi)發(fā)），且能夠較好地適應(yīng)國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)環(huán)境。Autodesk平臺(tái)建模軟件主要有Revit和Civil3D等，二者分別適用于建筑項(xiàng)目和交通、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。而巖土工程勘察工作較為特殊，既可以算作建筑物范疇，又屬于道路工程范疇，筆者在查閱相關(guān)工程實(shí)例后，認(rèn)為可采用Civil3D來(lái)開(kāi)展巖土勘察設(shè)計(jì)中的三維建模工作。

3 BIM技術(shù)在巖土工程勘察中的工程應(yīng)用

（1）三維地質(zhì)模型建立思路。該模型是BIM技術(shù)應(yīng)用在巖土工程勘察之中最突出的表現(xiàn)之一，當(dāng)前其勘察成果基本體現(xiàn)為勘察孔平面布置圖、勘察報(bào)告、工程地質(zhì)剖面圖以及鉆孔柱狀圖等。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，僅通過(guò)簡(jiǎn)單分析海量數(shù)據(jù)、表格和圖紙是無(wú)法將全部的地質(zhì)情況都掌握清楚的，極易產(chǎn)生遺漏或者人為性的錯(cuò)誤，給項(xiàng)目質(zhì)量的強(qiáng)化帶來(lái)阻礙。但通過(guò)得到的數(shù)據(jù)、表格及圖紙建立三維地質(zhì)模型之后則能夠直觀地看到場(chǎng)地的地質(zhì)信息，給后續(xù)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、建設(shè)環(huán)節(jié)等帶來(lái)一定促進(jìn)作用，另外該模式當(dāng)中的數(shù)據(jù)信息及參數(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)化展示，保證了工程地質(zhì)問(wèn)題的準(zhǔn)確分析，對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)和建設(shè)，降低工程風(fēng)險(xiǎn)而言具有重大意義[2]。

（2）信息關(guān)聯(lián)性。BIM技術(shù)在創(chuàng)建地質(zhì)模型構(gòu)件時(shí)能夠賦予構(gòu)件相關(guān)聯(lián)參數(shù)，如建立鉆孔模型時(shí)可輸入其深度、單價(jià)等信息。這樣能夠很大程度上減少項(xiàng)目信息的重復(fù)輸入，減小了信息輸入錯(cuò)誤的可能性。同時(shí)，在BIM模型中，某一項(xiàng)信息因存在問(wèn)題需要修改，則與之相關(guān)聯(lián)的信息就會(huì)自動(dòng)更新，大大提高了巖土勘察人員的工作效率及準(zhǔn)確性。

（3）地質(zhì)模型建立。將原始勘察數(shù)據(jù)導(dǎo)入理正勘察三維地質(zhì)軟件中，形成三維地質(zhì)模型建模數(shù)據(jù)，然后采用AutodeskCivil3D形成三維地質(zhì)模型，結(jié)合衛(wèi)星地圖，形成地表影像。建立塊狀三維地質(zhì)模型。根據(jù)不同鉆孔的土層信息，建立層狀三維地質(zhì)模型，模型反映地層的層頂及層底變化，可直觀看到地層起伏情況，同時(shí)為后期工程樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度提供準(zhǔn)確參考。根據(jù)勘察鉆孔中的地下水位數(shù)據(jù)，建立整個(gè)場(chǎng)區(qū)的地下水水位云圖，反映場(chǎng)區(qū)整體地下水水位的變化。

（4）模型建立流程。①對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。在該類(lèi)工程勘察過(guò)程中最基本的一項(xiàng)手段就是鉆探，以此獲取相應(yīng)的鉆孔數(shù)據(jù)，這是因?yàn)樵诮r(shí)必須要足夠的鉆孔數(shù)據(jù)及其他勘察數(shù)據(jù)，包含了坐標(biāo)位置、層位深度、分層特性以及巖土體特性等。這些信息可以直接通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式去存儲(chǔ)，并被應(yīng)用在鉆孔信息模型和地層模型建立當(dāng)中，有時(shí)候還能根據(jù)測(cè)繪數(shù)據(jù)構(gòu)建地表信息模型。②構(gòu)建場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)地層。在構(gòu)建層面模型之前，應(yīng)該依照?qǐng)龅禺?dāng)中所有地層的基本統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并在有關(guān)的規(guī)范要求基礎(chǔ)上構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)地層。標(biāo)準(zhǔn)地層建立過(guò)程中應(yīng)該將場(chǎng)地中的全部地層一一對(duì)應(yīng)，可以不考慮基本層序。③構(gòu)建關(guān)鍵層層序和鉆孔地層層序。在標(biāo)準(zhǔn)地層當(dāng)中，根據(jù)各個(gè)地層的新老關(guān)系以及成因年代等構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的地層層序，這是整個(gè)建模工作當(dāng)中的重點(diǎn)，因此其準(zhǔn)確性將會(huì)給后續(xù)模型的分析帶來(lái)重大影響。④對(duì)主“TIN”進(jìn)行定義，這是指通過(guò)項(xiàng)目邊界，將孔口坐標(biāo)作為核心，在三角網(wǎng)格加密算法作用之下產(chǎn)生的三角網(wǎng)格，會(huì)受到鉆孔層面的控制。⑤在插值計(jì)算下確定出層面模型。通過(guò)主“TIN”控制，依照鉆孔地層數(shù)據(jù)以及層序?qū)Φ貙訉用鎸?shí)施插值計(jì)算，從而獲得基礎(chǔ)層面模型。⑥對(duì)層面拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行處理。一般基礎(chǔ)層面模型或多或少都會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，比如層面間產(chǎn)生交切或者局部畸形等問(wèn)題，有時(shí)候地層之中還會(huì)出現(xiàn)透鏡體或者尖滅問(wèn)題，這些都會(huì)使得層面和真實(shí)情況之間產(chǎn)生較大差異，所以這就必須對(duì)層面間的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行有效處理，從而在最大程度上確保地層的精準(zhǔn)性。⑦構(gòu)建地質(zhì)模型。在完成上述所有流程之后就可以通過(guò)層面拓?fù)渖扇S地質(zhì)模型。如果最終生成的模型無(wú)法滿足相關(guān)要求，還應(yīng)該對(duì)“在插值計(jì)算下確定出層面模型”及“對(duì)層面拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行處理”方面進(jìn)行重新處理，一直到最終生成的模型可以完全滿足要求[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)應(yīng)用在巖土勘察中主要是對(duì)其進(jìn)行信息化建模，通過(guò)該模型不斷檢測(cè)未來(lái)施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，并給出相應(yīng)的解決措施。雖然從當(dāng)前的行業(yè)特點(diǎn)來(lái)看，該技術(shù)在這一方面的應(yīng)用及推廣還需要走很長(zhǎng)一段路，但隨著各方面技術(shù)的不斷深入發(fā)展，其勢(shì)必會(huì)找到適合自身發(fā)展的道路。因此相關(guān)人員就需要及時(shí)了解該技術(shù)的最新研究情況，不斷探索新的應(yīng)用方式，最終給項(xiàng)目建設(shè)創(chuàng)造更多效益。