BIM技術在大型銅冶煉廠超高邊坡中的應用

夏天 戴仕鵬 成詞峰 趙海燕 曾家鵬 段彧凡

第一作者簡介：夏天（1977-），男，工程師。研究方向為工程施工管理。

*通信作者：戴仕鵬（1995-），男，碩士，工程師。研究方向為巖土工程。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.041

摘? 要：為進一步推廣BIM技術在巖土工程產業鏈中的應用，依托一大型銅冶煉廠超高邊坡的項目，實現在邊坡工程中的勘察設計及施工的BIM技術應用，對BIM技術在巖土工程中的應用實踐進行應用推廣。基于BIM技術，實現勘察正向三維地質建模及模型傳遞工作，地質模型基于地質沉積規律及工程師的實踐經驗完成，實現一次建模，多專業的應用，可視化展示地層情況，解決地質剖面縱橫不一致的缺陷，利用模型直接形成地質剖面；基于BIM技術，實現巖土正向設計及精細化設計，在設計過程中任意切割地質剖面進行計算，設計不再受地質剖面約束，精細化布置支護結構措施，保證設計結果的準確性，達到隱蔽工程的可視化與精細化設計；基于BIM技術利用勘察及設計工作的BIM成果，實現數字化與可視化管理，提前進行施工模擬，進行三維可視化技術交底，提高工程師對施工過程的理解，掌握施工重難點，降低施工風險，同時基于施工模擬數據，可提前進行各階段施工準備，更好地保證施工順利進行。

關鍵詞：BIM技術；超高邊坡工程；地質建模；巖土設計；施工管理

中圖分類號：U445.6? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0177-04

Abstract： In order to further promote the application of BIM technology in the geotechnical engineering industry chain， relying on the project of ultra-high slopes of a large copper smelting plant， we realized the application of BIM technology in the survey， design and construction of slope engineering， and applied the application of BIM technology in geotechnical engineering practice. Based on BIM technology， it realizes the survey forward three-dimensional geological modeling and model transfer work， and the geological model is completed based on the geological deposition law and the practical experience of engineers， realizing one-time modeling and multi-disciplinary application， visualizing and displaying the stratigraphic situation， solving the defects of inconsistent longitudinal and transversal geological profile， and using the model to directly form the geological profile; based on BIM technology， it realizes the geotechnical forward design and refined design， and the geotechnical profile is cut arbitrarily during the design process， and it can be used to design and promote the geotechnical engineering. The geotechnical forward design and refinement design can be realized based on BIM technology， in which the geologic section is cut arbitrarily for calculation， the design is no longer constrained by the geologic section， and the supporting structural measures are finely arranged to ensure the accuracy of the design results， and to achieve the visualization and refinement design of the hidden engineering; based on BIM technology， the BIM results of the survey work and design work are utilized to realize the digitization and visual management， and the construction simulation is carried out in advance to conduct the three-dimensional visualization of the technical delivery， and the engineers' understanding of the construction process can be improved. Engineers understand the construction process， master the construction difficulties and reduce the construction risk， and at the same time， based on the construction simulation data， they can prepare for each stage of construction in advance to better ensure the smooth progress of construction.

Keywords： BIM technology; Super-high slopes; geological modeling; geotechnical design; construction management

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）最初由喬治亞理工大學的Chunk Eastman教授于1975年提出[1]。當前，BIM技術成為了整個工程建設中的建筑信息化建設的主要著力點。目前主要運用于建筑、結構及機電的相關專業上，在巖土工程的全過程專業中運用推廣較少[2]。我國的BIM技術起步相對較晚，但是相關政策較為支持，住房城鄉建設部于2011年發布《2011—2015年建筑業信息化發展綱要》[3]后，又于2014年和2015年分別發布了《住房城鄉建設部關于推進建筑業發展和改革的若干意見》[4]和《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》[5]，巖土工程主要工程范圍包括地基于基礎工程、邊坡和地下工程，涉及工程內容包括巖土及水文勘察、巖土設計、巖土施工及運營管理工作。巖土工程工作的具有不同于其他專業的特點，其具有不確定性、實踐性強、專業邊界模糊，完全依靠相關專業人員的判斷具有一定局限性，BIM技術具有可視化、模擬性和協調性等特點，巖土工程中引入BIM技術，并結合工程師的實踐經驗，能夠讓工程師更好地解決巖土工程問題。梁孟孟等[6]研究將三維地質建模與樁基工程相結合，極大地提高施工信息化、數字化、智能化水平，拓展各參建方對技術應用的范疇，并取得良好的經濟效益。

BIM技術能夠在巖土工程設計、施工及運營方面提供相應的協調計算信息，同時能貫穿整個工程落實的全過程，但目前實際應用比較少，尚需進行推廣[7]。

1? 項目概況及重難點介紹

本項目為云南銅業股份有限公司西南銅業分公司搬遷項目，場地西北側的邊坡坡底線長約1.3 km，高度5～37 m。根據勘察報告，擬建場地內8#邊坡區域主要揭露地層有：第四系植物層（Q4pd）；第四系坡積（Q4dl）層紅黏土、含礫黏土、黏土、粉土和粉質黏土層；第四系坡洪積（Q4dl+pl）層黏土、含礫黏土、紅黏土層；第四系殘積（Q4el）層紅黏土層；震旦系燈影組白云巖段（Z2dn2-2）白云巖；元古界昆陽群柳壩塘組下段（Ptlb1）板巖。邊坡主要采用的支護形式為抗滑樁及錨桿（索）結構。

本項目勘察、設計及施工均為同一單位組織實施，主要難點有：①勘察成果為二維成果，設計過程中錨桿（索）及抗滑樁的長度難以確定；②邊坡存在較多轉角，錨桿（索）空間上容易“打架”；③設計最終形態復雜，通過二維難以表達清楚，不利于施工交底及實施，也不利于甲方管理。

本工程為云南銅業股份有限公司西南銅業分公司（以下簡稱“我公司”）第一次利用BIM技術實現勘察、設計及施工3個專業成果流轉，消除傳統工作中的專業壁壘，也為甲方現場建造可視化過程管理提供基礎資料。

2? BIM技術在巖土工程勘察中的應用

巖土勘察是整個巖土工程或者說是整個工程建設的基礎工作。巖土工程勘察就是為解決巖土問題，通過鉆探、物探、測試及分析等勘察手段，了解工程場地的地質情況進行分層和取樣分析，解決巖土問題，然后完成勘察報告，為設計、施工等下游專業提供資料支撐。

目前巖土勘察成果是通過勘察文字報告、二維地質剖面進行資料的呈現。該種呈現形式不能夠很好展示整個場地的地質情況，沒辦法提供一個整體的地質情況供相關人員使用，讀圖識圖要求較高；設計也沒辦法任意使用地質剖面進行精細化設計；施工中沒法進行準確的土石方量及類別計算。

我公司在項目中引進勘察BIM技術，實現勘察的數字化及可視化，為下游專業提供了一個可視化的勘察成果。

三維地質模型利用鉆探原始資料及現狀地形圖并結合工程師的經驗形成的二維地質剖面，利用從線到面，再到體的工作路徑形成三維地質模型，不是傳統的翻模，實現了勘察正向數字化，該三維地質模型實現了圖模一致，保證勘察成果的有效性。三維地質模型在建模過程中充分吸取工程師的實踐經驗，保證了建模的準確性。圖1為巖土勘察BIM實現路徑。

圖1? 巖土勘察BIM實現路徑

三維地質模型里面包含巖土體的物理力學參數、場地斷層等地質數據（圖2），精確三維重現該區域的地質特征。同時，該三維成果可以提供給設計及施工單位作為基礎數據直接使用，實現數字成果的無縫流轉。

圖2? 勘察原始資料采集

3? BIM技術在巖土工程設計中的應用

巖土工程設計工作與其他專業的設計存在較大的不同，巖土工程的項目唯一性強于其他相關專業，不同工程的差異性較大。巖土工程的設計受到地質條件的極大影響，設計人員難以將其他的工程類型中的工程措施直接用于在建工程中。巖土工程設計中的相鄰結構設施可能由于地質條件的差異導致發生極大的變化（圖3、圖4）。

圖3? 地質勘察剖面繪制

圖4? 三維地質模型建立

經過對BIM技術及巖土工程的綜合分析，不難發現兩者之間的結合對于雙方都是比較優質的升級和發展機遇，尤其是BIM技術的可視化及協同設計極大地彌補了傳統巖土設計中利用地質剖面點的設計模式的缺陷，BIM技術更是能夠在三維模擬及施工模擬等細節功能的輔助下實現工程設計的最高優化。

本項目通過引入BIM技術，設計人員直接將勘察工作完成的三維地質模型用于設計中，實現了在設計過程中信息的可視化及完整性。在傳統的巖土設計中，對整個設計范圍進行分段劃分，在每段的范圍內采用最不利的地質條件進行設計，然后再以立面的形式進一步對設計進行優化，但是在立面設計中的優化調整存在局限性，且支護位置不一定具有勘察地質剖面，還需要現場實施過程中進一步核對地質條件。