基于BIM技術在三維地質與樁長分析中的應用

熊自斌 丁國強 王成龍 陳明法 游齊錦

(中建四局建設發展有限公司 福建廈門 361001)

0 引言

BIM被認為是繼CAD技術后，建筑行業的第二次革命性技術。我國的BIM技術應用剛剛起步，起點較低，但發展速度快。住房和城鄉建設部《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》中明確提出，在“十二五”期間，將大力推廣BIM技術等在建筑工程中的應用，并于2018年1月發布BIM國家標準《建筑信息模型施工應用標準》[1]。近年來，國內各大高校紛紛設立BIM相關專業，基于BIM理念的三維化設計已經被越來越多的設計院，施工企業和業主所接受。本篇主要探討利用BIM中的Revit、Civil 3D等軟件建立模擬出真實的土層巖層分布情況，并對每一根工程樁進行分析，從而得到準確的樁長數據。

1 BIM三維地質模型建立流程

1.1 數據采集

珠海湖心金茂悅城市花園項目位于珠海斗門區錦湖路西側、騰逸路南側。項目用地面積為34.5萬m2，總建筑面積59.68萬m2，擬建33棟高層住宅。合同造價約15億元。合同工期：計劃開工2019年10月30日，計劃竣工2022年10月10日，共計1077日歷天。項目總共劃分為8個地塊。A、B、C、D區域均為住宅樓，E區域為商業，F區域為中學、G區域為小學，I區域為公園及售樓部。住宅設置一層地下室。本項目的樁基礎工程一共有554個鉆孔勘探點位、23層地質結構，根據合同超前鉆探下達的任務要求，本次勘察采用工程地質鉆探，結合原位測試，室內巖石、土工試驗等多種方法手段。

按照補充地質勘察方案批復表放點孔位，即依據設計提供的鉆孔坐標及里程樁號，用全站儀沿線測設控制點、導線點，采用極坐標法施測定位，施工完成后進行了復測。勘探機械采用XY-1型及150型工程鉆機，鉆進工藝采用泥漿或套管護壁，開孔孔徑≥110mm，終孔孔徑一般≥91 mm，個別地質條件較復雜地段為75mm。

各孔按要求獲取了地質巖土芯，孔內原位試驗、巖土試驗樣品等資料，絕大部分鉆孔按設計孔深終孔，少量鉆孔根據構造物大小和實際地質情況，進行了加深或提前終孔的調整。

在數據采集后所形成的地質報告中，用地質巖層頂板等高線圖和勘探孔工程地質柱狀圖來表達現場的地質情況，可以大致了解現場地質分布情況。但是圖紙可讀性比較差，不夠直觀。如果想要掌握地質各巖層的走向，需要依賴讀者豐富的想象力在腦海中構建出各巖層的三維空間位置關系，這對部分人而言并不是一件輕松的事情。

為此，下文將利用Civil 3D、Revit軟件將地質報告轉變為數字化、形象化的三維地質模型。

1.2 數據整理

將勘察所形成的工程地質柱狀圖中的各土層、巖層的坐標及深度，輸入到EXCEL表格中，如圖1所示。

圖1 形成的Excel數據表格

由于Civil 3D軟件無法直接從excel表格中提取數據，需要再將每一土層(巖層)的數據拆分出來，單獨導出為Civil 3D軟件能夠識別的csv文件，各土層(巖層)的CSV文件如圖2所示。

圖2 各土層(巖層)的CSV文件

1.3 三維模型的創建

打開Civil 3D軟件(圖3)，將整理的csv文件導入到軟件中的“點文件”內，即可生成三維地質模型，如圖4所示。再設置三維模型的“曲面樣式”，從而控制等高線、坡度等參數信息，使三維模型更加真實反映現場實際情況。

圖3 Civil 3D操作界面

圖4 Civil 3D生成的三維地質模型

通過此模型得出施工范圍內各土層的平均高程，可以快速計算出土石方、淤泥工程的工程量，對業主控制造價極具價值，也為基坑開挖的機械臺班和進度計劃提供數據支持[2]。

接下來，將Civil 3D生成的三維地質模型導入到Revit中。

2 BIM樁長分析流程

2.1 三維地質模型上色和標注

將Civil 3D生成的模型導入到Revit中，通過Revit中的過濾器功能，將不同的土層(巖層)分別用其他顏色區分出來，同時給各土層(巖層)做出標注，以便進行樁長分析，如圖5所示。

圖5 上色和標注后的Revit三維地質模型

2.2 創建工程樁模型

根據項目工程樁設計要求，工程樁樁端持力層為中風化粗粒花崗巖巖層，樁端應深入持力層2m。依據此要求，可在Revit中建立工程樁模型。需要注意的是，地質模型與工程樁模型設置相同的項目基點和原點，以確保地質模型與工程樁模型的坐標一致。

2.3 調整樁長及配樁

整合地質模型和工程樁模型后，將每根工程樁進行調整，直至符合工程樁設計所要求的樁端進入持力層深度，如圖6所示，圖中標注灰色的巖層為持力層。

圖6 整合后的地質模型和工程樁模型

通過分析本項目的樁長分布范圍，探討總結出一套經濟、有效且合理的配樁方案。結合本項目實際情況，配置7m、8m、9m、12m的工程樁，通過組合，基本能滿足本項目樁基礎工程所需，如圖7所示。

圖7 局部樁長配樁圖

2.4 生成明細表

通過Revit明細表功能(圖8)，自動統計出工程樁的樁頂標高、配樁、樁長、截樁標高等數據，以供現場參考。

圖8 局部樁長明細表

2.5 三維模型展示

傳統的工程樁樁長分析，更多為依賴現場施工人員對大量繁瑣的柱狀圖、等高線、鉆孔平面圖的分析理解能力，如圖9所示，各施工單位施工人員的經驗能力參差不齊，當現場施工人員經驗不足時，便難以對工程樁進行準確分析，若樁長不夠極易發生質量安全事故，若樁長過長則會造成人工、材料的浪費。形象具體的三維模型可以查看任意一個剖切面的地質情況，也可以分析任意一層巖土的分布和走向，有效提高了現場施工人員對樁長預判的準確性。

圖9 局部三維地質樁長模型效果圖

通過BIM三維可視化的優勢，可以減少專業人員內部溝通，提高工作效率。對于非專業與專業人員之間的溝通更為顯著。

3 結語

本文探討了以地勘報告數據為基礎，運用BIM技術建立三維實體模型；通過Civil 3D、Revit軟件，實現對工程樁樁長進行科學、精準的分析，并與設計樁長進行對比，使施工方在施工時，降低因設計誤差而導致的施工樁長數據誤差[2]。把傳統地勘成果資料厚重的文本實現無紙化，通過三維模型的直觀展示，方便各類人員查看，極大的提高效率，降低了對現場施工人員的經驗能力要求。