BIM技術在我國巖土工程勘察的應用

文｜中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心甘肅總隊 賈鵬飛

隨著互聯(lián)網以及信息技術的快速發(fā)展，建筑行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，近年來，BIM技術在國內外建筑領域中實現(xiàn)了良好運用。對于土木工程勘察BIM 技術而言，屬于通過相關軟件進行三維地質建模以及運用的技術，模型涉及可視化的特點，能夠直觀的將巖土構成以及地質構造等表達出來，確保施工人員能夠更好地理解、掌握和查詢場地地質情況，通過BIM 模型對巖土進行設計，然后結合巖土類型計算土石方量，確保建設單位能夠在設計的過程中，全面掌控工程和方案決算。

1 BIM 技術的特征

第一，模型的可視化。模型三維可視化是此技術最重要的屬性，也就是可以借助三維可視化模型對工程信息予以表達，既能做到直觀顯示，同時還能為各專業(yè)更好地就工程情況展開交流與討論提供方便。第二，協(xié)調配合。此特點在整個工程建設中得以體現(xiàn)，可以加大各專業(yè)和各部門之間的合作力度，以便于第一時間將其中存在的各種碰撞問題發(fā)現(xiàn)，減少方案變更次數(shù)，使工程建設效率得到保證。第三，可優(yōu)越性。即可以直接在模型中借助各種各樣的優(yōu)化工具有效優(yōu)化復雜性較強的工作項目。第四，可出圖性。可以根據(jù)相關要求與標準第一時間出圖，比如輸出碰撞檢測報告，從而制定相應的改進方案。第五，可模擬性。可以將3D、4D、5D 模擬直接實現(xiàn)，將最合理的施工方案找到，進而有效節(jié)省施工成本。

2 BIM 技術在巖土工程勘察中的應用優(yōu)勢

2.1 三維可視化

傳統(tǒng)的巖土工程勘察工作均是借助二維圖紙顯示最終的勘察成果，直觀性較差，影響分析結果[2]。立足于BIM 技術所具備的可視化特征，將其運用到巖土工程勘察的過程中，能夠通過二維條線建立三維模型，進而反映出工程地質的具體狀況，還能讓設計人員根據(jù)相關數(shù)據(jù)信息開展模型的構建工作。與此同時，還能進一步強化巖土工程相關人員之間的交流，促進巖土工程勘察效率有效提升，使工程施工各種的風險得到減少，最大化利用資源。

2.2 信息共享性

巖土工程勘察資料需要業(yè)主方、施工方以及設計方加大交流力度，同時輪轉查閱，如此才可以確保最終信息結果更加可靠和準確。借助BIM 技術構建三維模型，集成整個工程的勘察結果，讓其變成一個系統(tǒng)文件，協(xié)調配置各個專業(yè)，可以加大各單位之間的交流力度，使協(xié)同的工作效果順利實現(xiàn)，能夠促進工作效率的提升，加大設計信息的傳遞與交流力度，做到共享資源，確保巖土工程勘察工作的有序進行。

2.3 信息關聯(lián)性

BIM 技術可以提供關聯(lián)性參數(shù)，進而為構建地質模型提供重要數(shù)據(jù)保障，比如在對鉆孔模型進行創(chuàng)建時，可以把最佳的單價信息以及深度信息輸入，可以防止項目信息發(fā)生重復錄入的問題，促使信息失效的概率減少。與此同時，在BIM 模型中只要某部分信息有誤需要修改，會在相同時間對有關信息資源進行更新，有利于巖土勘察工作人員效率的提高，加強信息數(shù)據(jù)所具備的準確性[3]。

3 BIM 技術在巖土工程勘察的應用

3.1 構建三維地質模型的思路

在巖土工程勘察中應用BIM 技術，三維地質模型是效果最明顯的表現(xiàn)，詳見圖1。現(xiàn)階段，勘察成果主要在工程地質剖面圖、勘察報告以及勘察孔平面布置圖等方面得到了充分體現(xiàn)。在實際應用中，若是企業(yè)只對諸多圖紙、表格和信息數(shù)據(jù)進行了分析，無法掌握到實際的地質狀況，借助這種簡易操作，造成人為性失誤或遺漏現(xiàn)象，進而會影響巖土工程項目的質量。但是借助獲取的工程圖紙、表格、信息數(shù)據(jù)對三維地質模型進行構建，準確掌握整個地質的情況，這對順利開展后期設計以及建設環(huán)節(jié)極為有利[4]。與此同時，動態(tài)化呈現(xiàn)信息數(shù)據(jù)和各項參數(shù)，可以第一時間分析巖土工程地質涉及到的相關問題，并運用有效處理方式解決，完善設計方案，將具有建設性的操作意見或建議提出，為整個工程質量提供重要保障，促使工程風險系數(shù)有效降低。在構建三維地質模型時，首先，借助航拍方式記錄地面的高程數(shù)據(jù)，將最有用的信息數(shù)據(jù)獲得，確保將高程數(shù)據(jù)作為立足點的三維地質模型可以實現(xiàn)全面的深化；其次，將模型的模擬與分析完成，借助三維地質設計、切割方案，以及巖土實驗室有關數(shù)據(jù)，對二維培面進行模擬，可以有效分析與總結地質情況；最后，共享資源，能夠加強信息數(shù)據(jù)的傳遞以及運用。

圖1 巖土工程勘察三維地質模型

3.2 構建模型的流程

在實際建模中，其基本數(shù)據(jù)主要從場所的鉆孔、探井和探槽等方面中而來，因此其基礎建模流程主要囊括了下述內容：

3.2.1 提取鉆孔數(shù)據(jù)

這一類工程在開展勘探作業(yè)時，最常用的一種手段就是鉆探，以此將相應的鉆孔數(shù)據(jù)獲得，其主要原因是在建模過程中，必須要確保鉆孔數(shù)據(jù)和巖土體特性、分層特性等其它勘察數(shù)據(jù)充足，當然層位深度、坐標位置等也包含其中。針對這部分信息，在存儲方面可采取構建標準化的數(shù)據(jù)格式的方式進行，并運用于地層模型和鉆孔信息模型中，不僅如此也可將測繪數(shù)據(jù)聯(lián)系起來建立地表信息模型。

3.2.2 建立場地標準地層

在對層面模型進行建立前，應將場地中所有地層的統(tǒng)計結果結合起來，并基于相關規(guī)范要求完成對標準地層的建立。而在構建過程中必須做到和場地中的每一地層相對應，基本程序可以不納入考慮范圍內。

3.2.3 建立鉆孔地層層序以及關鍵層層序

在標準地層中，根據(jù)每個地層的成因年代，并聯(lián)系其新老關系構建專門的地層層序，在整個建模工作中，這是重中之重，所以一定要保證其準確性，不然將會對之后分析模型產生非常大的影響。

3.2.4 定義主“TIN”

即借助項目便捷，把孔口坐標當作重點，鉆孔層會控制由三角網格加密算法生成的角網格[5]。

3.2.5 在插值計算下確定層面模型

在“TIN”控制的輔助下，基于鉆孔地層數(shù)據(jù)，并將程序插值聯(lián)系起來對地層層面進行計算，最終得到基礎層模型。

3.2.6 處理層面拓撲關系

基礎層面通常會出現(xiàn)各種各樣的問題，如地層中出現(xiàn)尖滅或透鏡體的問題、層面間產生交切或局部畸形等問題，這些均會導致層面與真實情況出現(xiàn)顯著區(qū)別，因此這就必須采取有效手段，正確處理層面間的拓撲關系，從而使地層的精準性得到保證。

3.2.7 對地質模型進行構建

在將上述全部流程完成后，便能借助層面拓撲將三維地質模型生成。對于相關要求，如果最終生成的模型無法使之得到滿足，則需對“層面拓撲關系”再次進行處理，并基于插值計算確定層面模型，待到最終生成的模型能夠滿足相關要求。

3.3 三維地質模型應用

當構建好三維地質模型后，便需要應用此模型。巖土工程在具體進行勘察時需分別從三個方面對三維地質模型予以應用，第一，從不同角度、多個方面切剖三維地質模型，之后基于切剖結果呈現(xiàn)工程地質剖面圖，詳見圖2。同時，再在三維地質模型的輔助下，及時找出原有平面圖紙的弊端，然后再依照三維地質模型修改錯誤；第二，具體負責巖土工程勘察的部門還可基于三維地質模型，深入分析場地的地質性質，這樣一來就可提供一個平臺給專業(yè)和非專業(yè)人士，使之在其中展開交流和探討；第三，在具體施工過程中，可將施工變化聯(lián)系起來進一步了解每個施工環(huán)節(jié)的地層情況。之后再核對其和勘察資料，如此便能第一時間將施工中的問題發(fā)現(xiàn)，進而最大程度的預防施工風險，確保施工安全、順利開展。

圖2 任意位置剖切工程地質剖面

4.結語

總而言之，在整個工程建設行業(yè)中，BIM 技術發(fā)揮著極為重要的作用。通過將此項技術應用于巖土工程的勘察階段，借助此技術不斷對今后施工和運營中可能出現(xiàn)的問題進行檢測，同時有針對性地給出相應的解決手段，能夠在很大程度提升勘察效率，有效控制施工風險發(fā)生率。盡管立足于現(xiàn)階段的行業(yè)特點進行分析，該技術在此方面的推廣和應用任重而道遠，但隨著科學技術的快速發(fā)展，BIM 技術必然也會得到進一步發(fā)展。因此，相關技術人員及時掌握該技術的最新研究情況，積極探索新型應用方式，從而實現(xiàn)項目建設效益的最大化。