隧道超前地質預報優化BIM可視化研究

(中咨公路養護檢測技術有限公司 北京 100089)

一、研究意義

目前物理探測法是隧道超前地質預報方法中的主流。物理探測法是利用物體物性差異進行地質判斷的間接方法，有這幾種方法：TSP超前預報系統、水平聲波反射法、地質雷達法、紅外探水法。地質雷達因其具備分辨率高、圖像直觀、對施工作業干擾少等優點，因此在隧道超前預報中得以廣泛應用。

近年來，在工程建設行業，BIM作為在北京奧運會、上海世博會部分場館和上海中心設計施工大放異彩的新技術，已經讓技術人員看到了三維信息模型的優越性。同樣，在三維地質建模方面，BIM為樣板的模型同樣可以發揮巨大的作用。它有強大的三維渲染能力和信息集成能力，同時能夠與眾多軟件交互大量信息，與GIS系統結合，提高效率，為三維地質建模的發展方向提供了新的思路。

二、隧道超前地質預報BIM可視化原理

(一)地質雷達法基本原理

地質雷達方法是采用電磁波對地下物體和介質的界面進行探測的地球物理方法。該方法以有效、簡單、經濟的方式探測不同介電常數的介質分界面[1～3]。其探測原理如下圖1。

圖1 地質雷達探測原理

(二)地質雷達隧道超前地質預報優化BIM三維地質模型

目前，在BIM中應用比較成熟的服務平臺有Autodesk平臺、Dassault平臺、Bentley平臺、Tekla平臺等。相較于其他平臺，Dassault平臺中的CATIA軟件擁有強大的曲面造型功能，模型的邊界光滑不失真，分層銜接平順，可以快速精準地建立三維地質模型。如圖2.2所示，為Dassault平臺的一體化解決方案示意圖。

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圖2.2 Dassault平臺BIM技術解決方案示意圖

(三)基于BIM應用的隧道三維地質模型的建立

CATIA軟件具有強大的曲面建模功能，模型邊界光滑，并且支持交互式工程繪圖，可承擔多專業、多層次(內部、網絡、License)協同設計。在構建三維地質模型時主要用到CATIA的如下表3.1中四個模塊：

表3.1 CATIA構建三維地質模型常用模塊

構建BIM應用的三維地質模型需要地形圖、鉆孔數據、地質構造、地理信息等數據，最終將所有數據呈現到模型上[4-7]。下面以輸入地形圖數據為例，初步構建建元高速公路咪的村隧道的三維地質模型。

SketchUp是建筑行業中常用的3D建模軟件，該軟件功能強大，可以快速、精準地生成三維地質圖。根據測繪資料定位建元高速公路咪的村隧道的準確位置，在SketchUp的3D模型庫中添加并抓取遙感影像圖，根據實際精度需要生成三維地質圖。抓取后的結果如圖2。

圖2 隧道三維地質效果圖

三、結論

本文闡述了地質雷達技術所涉及的基本理論，在此基礎上，利用BIM應用中Dassault平臺軟件CATIA初步實現了地質雷達數據三維可視化。通過BIM應用平臺實現地質雷達超前地質預報數據的可視化、信息化，使得其他相關人員也可以了解到地質雷達超前地質預報的探測情況，實現多專業間的信息共享。