BIM 技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

鄧能兵，陶宏亮，蔡明俊

1.武漢蕃華施工圖設(shè)計(jì)審查有限公司，湖北 武漢 430050

2.武漢華太巖土工程有限公司，湖北 武漢 430064

BIM 技術(shù)最早應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，主要通過形象的三維立體模型來呈現(xiàn)直觀視覺感受，使人們了解建筑結(jié)構(gòu)和預(yù)期效果。此外，BIM 技術(shù)在水電工程、設(shè)備設(shè)施、結(jié)構(gòu)學(xué)等領(lǐng)域也具有重要的實(shí)用價(jià)值，且有著較長(zhǎng)的發(fā)展歷程。近年來，隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的快速發(fā)展，巖土工程的相關(guān)技術(shù)也不斷發(fā)展，將BIM 技術(shù)運(yùn)用在巖土工程中，使工程技術(shù)得到較大提升。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量基礎(chǔ)設(shè)施工程在等待開發(fā)和建設(shè)，急需完善巖土工程相關(guān)BIM 技術(shù)的整體設(shè)計(jì)。這主要是因?yàn)锽IM 軟件的開發(fā)沒有結(jié)合巖土工程專業(yè)的特點(diǎn)，需要結(jié)合起來進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，合理提升BIM 技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用水平。

1 在巖土工程中應(yīng)用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 三維立體可視化

將BIM 技術(shù)應(yīng)用于基坑設(shè)計(jì)中，憑借其強(qiáng)大的模型構(gòu)建能力（見圖1），模擬出基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的虛擬模型。技術(shù)人員通過模擬平臺(tái)來完成模型的展現(xiàn)和檢查，了解設(shè)計(jì)方案的具體意圖。通過將三維立體模型引入巖土工程中，技術(shù)人員可以使用第一視角從多角度觀察巖土工程的三維立體模型，從而全面了解巖土工程的細(xì)節(jié)情況，更好地優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和施工。

圖1 模型構(gòu)建

1.2 與其他專業(yè)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)

要確保巖土工程順利開展和實(shí)施，需要各專業(yè)施工小組共同協(xié)作、相互配合。在BIM 技術(shù)使用之前，各施工小組都是利用圖紙進(jìn)行相互交流和協(xié)商，效率較低且容易出現(xiàn)偏差。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的合作與交流方式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，消除了相關(guān)的設(shè)計(jì)沖突，使設(shè)計(jì)方案更具科學(xué)性，每個(gè)施工專業(yè)都可借助BIM 技術(shù)平臺(tái)了解工程信息，從而更好地協(xié)調(diào)各專業(yè)的施工工作。

1.3 動(dòng)態(tài)模擬施工

國(guó)際上BIM 技術(shù)已完成更新?lián)Q代，通過動(dòng)態(tài)模擬（見圖2）讓BIM 技術(shù)得到更好的發(fā)展，隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)已逐漸掌握有關(guān)技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了創(chuàng)新，提升了我國(guó)的巖土工程技術(shù)水平。在具體操作和實(shí)施上，將成本和工期相結(jié)合，直接反映施工的具體過程。施工單位不僅可以靈活掌握施工進(jìn)程，而且可以監(jiān)督施工、統(tǒng)籌全局、合理配置施工資源，從而提高工程質(zhì)量和效率，減少不必要的浪費(fèi)，節(jié)省工程成本。

圖2 動(dòng)態(tài)模擬

2 BIM 技術(shù)在巖土工程勘探中的應(yīng)用

在勘探階段，為保證勘探成果能更好地滿足后期使用需求，需要對(duì)前期勘探工作進(jìn)行策劃，使后續(xù)施工順利開展。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于巖土工程勘探上不僅能有效提升其可操作性，還能結(jié)合后期施工要求，使技術(shù)人員能夠通過三維立體模型來呈現(xiàn)勘探成果，進(jìn)而提升勘探成果的實(shí)用性。BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的有效共享，對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)工作有重要幫助。

2.1 構(gòu)建三維立體結(jié)構(gòu)

原有的地質(zhì)勘探技術(shù)主要使用剖面圖的形式表現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造，但在后期的制圖上不同技術(shù)人員對(duì)地質(zhì)構(gòu)造會(huì)有不同的理解，這將增加出錯(cuò)概率，而采用BIM 技術(shù)可以將整個(gè)地質(zhì)構(gòu)造直觀、完整地展現(xiàn)出來。BIM 技術(shù)在巖土工程中應(yīng)用的時(shí)間較短，整體技術(shù)還不夠完善，目前還只能應(yīng)用于場(chǎng)地較小、地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單、地層較少的民用建筑中，而在場(chǎng)地較大、山區(qū)以及巖土層復(fù)雜的地區(qū)仍存在一定困難，尚需不斷改進(jìn)、完善BIM 技術(shù)。

2.2 構(gòu)建三維立體地質(zhì)模型

BIM 技術(shù)可以對(duì)構(gòu)建出的三維立體模型進(jìn)行任意剖切，得到任意剖切的地質(zhì)剖面圖（見圖3），從而更準(zhǔn)確地了解地質(zhì)狀況，得到更全面精確的地質(zhì)數(shù)據(jù)，為下一步應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。通過BIM 技術(shù)得到的地質(zhì)剖面圖能確保每個(gè)單元都呈現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)信息。通過三維立體技術(shù)獲得各種數(shù)據(jù)，能直觀地預(yù)算土石方量，準(zhǔn)確地計(jì)算土石方工程造價(jià)。

圖3 地質(zhì)剖面圖

3 BIM 技術(shù)在巖土工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性與可行性直接影響后期建筑工程施工，而應(yīng)用BIM 技術(shù)能構(gòu)建出良好的構(gòu)件模型，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行視覺呈現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員可以直觀地了解設(shè)計(jì)方案的虛擬情況，以此提升設(shè)計(jì)效率，完善設(shè)計(jì)方案。在巖土工程設(shè)計(jì)方案檢查和錯(cuò)誤問題處理上，能更好地分析外界影響因素，利用碰撞檢測(cè)方式可使設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)合理，相關(guān)應(yīng)用價(jià)值也能得到提升，最大限度地減少和規(guī)避可能出現(xiàn)的問題。

4 BIM 技術(shù)在巖土工程施工階段的應(yīng)用

在施工階段，可以使用BIM 技術(shù)對(duì)施工管理進(jìn)行有效改進(jìn)和優(yōu)化，處理傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)管理中存在的諸多問題。BIM 技術(shù)能更好地提升質(zhì)量管控工作的落實(shí)效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)的綜合把握。BIM 技術(shù)還可以完成技術(shù)交底、現(xiàn)場(chǎng)檢查、資料填寫等方面的技術(shù)工作，項(xiàng)目管理人員可以結(jié)合實(shí)際管理情況完成具體操作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，讓整個(gè)施工活動(dòng)更高效地實(shí)施與開展。

5 BIM 技術(shù)在巖土工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)改變了過去數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)以數(shù)據(jù)圖表和表格來表達(dá)的形式，運(yùn)用BIM 三維立體技術(shù)把基坑的變形直觀地呈現(xiàn)出來。例如，運(yùn)用BIM 技術(shù)表達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)無誤地估算出基坑沉降變形量。通過將三維立體建模與插值法以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處的位置信息相結(jié)合，計(jì)算和輸出沉降云圖，從而掌控各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形情況。另外，結(jié)合BIM 三維可視化技術(shù)和功能以及自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)呈現(xiàn)整個(gè)場(chǎng)地的監(jiān)測(cè)變形情況，對(duì)相關(guān)工作人員而言意義重大，有利于及時(shí)了解和分析場(chǎng)地的變形趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整工作方案，高效完成工作，提升工作質(zhì)量。

6 結(jié)束語

BIM 技術(shù)必將在巖土工程中得到越來越廣泛的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)工程效率與工程質(zhì)量的提高。但BIM 技術(shù)的瓶頸仍不容忽視，這就需要專業(yè)人員進(jìn)行深入探討，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目不斷優(yōu)化升級(jí)、更新?lián)Q代，使巖土工程在BIM 技術(shù)的支持下獲得更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。