高壩水庫區大型滑坡體管治與評價平臺研究

姚翠霞

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，昆明 650000）

1 引言

針對高壩水庫庫區大型滑坡體的研究，主要側重于從滑坡體本身考慮，較少地從水庫庫區系統性管理的角度出發，將滑坡體研究內容和要素納入高壩水庫庫區工程全過程管理中。本文討論如何應用系統思維方式對多個專業、多種技術方法、多類數據源進行融合，創建高壩水庫庫區大型滑坡體全生命周期管治與影響評價平臺（以下簡稱GE-BIM）。

2 主要技術和方法研究

2.1 邊坡穩定性分析法

經過一百多年的努力，工程地質學家們使用了多樣的手段和方法，從不同的角度，包括力學角度、數學角度、人工智能、遺傳學角度等單方面或者組合方面，對邊坡穩定性問題進行了深入研究。到目前為止，邊坡的穩定性分析方法有很多，概括起來主要分為3 類：定性分析法、定量分析法和不確定分析法。

通過當前國內相關文獻可知，現階段關于滑坡穩定性的研究，依然存在一些不足之處。其中最為突出的問題是：

1）對滑坡的研究缺乏基于動態變動的環境、巖層特性改變等動態數據；

2）少見有適應于動態因素的穩定性評價系統，以滿足大壩水庫庫區管理者的庫區全生命周期安全、環境保護和建設的需求。

2.2 庫區地質災害危險性和敏感性評價法

自然資源部新構造運動與地質災害重點實驗室依托于中國地質科學院地質力學研究所，重點研究新構造、地應力、活動構造工程地質效應及內外動力耦合作用下重大地質災害形成演化過程與成災模式，探索重大地質災害預測評價、區域地殼穩定性評價、地應力測量監測理論與技術方法，為重要經濟區、重大工程、減災防災等國家戰略提供決策依據和技術理論指導，從而進一步增強對國土空間規劃和環境承載力評價的支撐能力。

2.3 BIM 技術研究

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是源于國外的技術，它可以使模型的信息具有真實性，且使建筑信息模型具有可視化等一系列的優勢。利用BIM 軟件能將地質體或工程對象三維可視化，實現多專業、多工種的協同合作，提高工作效率。近年來，BIM 技術得到快建發展，逐漸被應用于建設工程設計階段和施工前期的模擬建設環節，針對BIM模型拓展應用衍生出的項目管理平臺及軟件產品更是處于百花齊放的局面，但目前無一BIM 軟件或平臺的核心功能具體落實到地質災害的勘察、監測和治理等全過程領域。

國家住房和城鄉建設部在2016—2020 年針對巖土勘察行業的發展綱要中提出：重視BIM 技術在巖土工程勘察領域的應用和推廣。在項目的規劃、設計和管理中，推進BIM 技術與其他專業技術的結合，如地理信息系統（Geographic Information System，GIS）、物聯網等技術，提高項目整體的可視化表達和多專業協同工作的管理能力。

BIM 與GIS 數據融合可以解決BIM 模型建筑單體化表達和三維GIS 模型室內信息貧乏的問題，證明了BIM 與GIS的融合在多領域的協同應用中有著廣闊的應用前景[1]。

3 項目背景

黃登水電站水庫庫長88 km，位于云南省怒江州的蘭坪縣、迪慶州的維西縣境內，地處云南省西北部，橫斷山脈區域。水庫區為高山峽谷地貌，地勢總體北高南低，地形切割強烈，山勢雄偉，溝壑縱橫，工程地質條件復雜。

2019 年6 月上旬，黃登水庫在正常運行過程中，由于車邑坪滑坡體所在庫段的地質條件極為復雜，受庫水作用的影響，該段岸坡沿江公路1 805 m 以下岸坡多處出現地面開裂變形，部分居民點房屋出現拉裂變形現象。種種跡象表明，車邑坪滑坡體目前處于變形狀態，其穩定性直接影響到滑坡體內村莊和沿江公路的安全。

基于對車邑坪前期已經完成的工作，提出車邑坪全生命周期管治與影響評價平臺研究。希望以車邑坪滑坡體為代表模式，逐步完善國內高壩大庫類似滑坡體的全生命周期管治與影響評價分析機制、探索研究預警機制，由此推廣到整個黃登水庫及瀾滄江流域，為國內此項的研究填補相應的空白。

4 關鍵技術和思路

BIM 與GIS 數據融合的重要優勢是可以解決BIM 模型單體化表達和三維GIS 模型室內信息貧乏的問題，本文將BIM 與GIS 融合在滑坡體勘察、變形監測、治理設計和運維管理等多專業、多層級的協同應用，創建高壩水庫庫區大型滑坡體全生命周期管治與影響評價平臺（GE-BIM），其關鍵技術和思路具體有4 個方面。

1）應用“鷹眼視角”觀察和分析法。為了弄清具體某個大型滑坡體的演變規律及變量特征，研究大型滑坡體對工程、生態環境、社會環境等的影響，首先需采用“鷹眼視角”這個方法來觀察和分析大型滑坡體及其綜合變量，以及造成的影響分析。

“鷹眼視角”觀察和分析法是既要看到遠處的群山，又看到草叢中的兔子的毛。應用到高壩庫區場景，隨視角鏡頭向遠望，庫長近百千米的視野都盡收眼底，拉近盯住看，滑坡體上毫米級的裂縫也能辨認清楚，既讓你看到滑坡體生動的細節，又讓你看到宏大的全局。

2）建立地質環境的多源異構大數據的合理架構布設和管理體系，并在此基礎上，實現3S（遙感、地理信息、全球定位）數據與BIM 模型數據的融合，并制定面向不同客戶的應用層模塊，也就是說，需要形成地質環境的多源異構大數據的采集準備工作、分析和管理工作到應用層工作，形成的持續發展閉合環。

3）通過空天地一體化多時相遙感數據的獲取和解譯分析，獲得滑坡體變形滑移的關鍵控制因素及相互關聯性，重點研制大型滑坡體全生命周期管控系統，全流程整合分析大型滑坡體的形成、態勢演變、風險評估及工程治理措施。

4）開展BIM 和GIS 深度融合、大數據云技術和5G 通信技術以及互聯網技術深度融合研究，進行車邑坪滑坡體實時動態監測：實時傳輸和接收滑坡體多個滑面變形量、位移、方向等關鍵變量信息，同時動態研究滑坡體內的水位分布情況、分析地下水水位同降雨及庫水位變化的關系，從表部到深部、從降水到庫水位變化動態分析和研究滑坡體的變形模式和對水的敏感性；通過滑坡體力學模型分析研究，從工程力學角度分析滑坡體的變形，為滑坡體的穩定性計算和預警研究提供相應的力學依據。

5 結語

根據上述分析與研究，得到的創新及展望主要包括以下3 點：

1）針對目前水電水利、電力工程、城市交通等工程區地質環境的全流程、智能化管理和應用集成的極大市場需求和巨大經濟效益，GE-BIM 系統平臺采用多源異構數據與BIM 融合技術、云計算和大數據技術，打通數據和模型之間的聯動、匹配性，深度挖掘工程經驗和技術工作人員的軟實力，打造“面向多種用戶的應用層功能”。

2）通過此項目的研究，可以推廣至所有大中型水電水利乃至各行業建設工程項目的地質災害全過程管理、地質環境長期動態實時管理中。既可以對已經蓄水運行的大型水利水電工程地質災害的準確評價、防治發揮重要作用，還可以進一步引申至生態環境、新基建規劃設計和管理等新領域業務中。

3）基于GE-BIM 平臺的數據和模型分析功能可實現庫區大型滑坡體危險性、危害性評估、室內與現場勘察實時聯動、三維可視化設計、施工進度安排和實時動態研究，成為滑坡體專項研究與工程項目全過程管理融合的重要平臺。庫區地質災害中危害最大的往往不是已基本查明的變形堆積體等，而是分布廣泛，難以全面摸清的潛在不穩定斜坡，尤其是巖質岸坡，其變形速度較快，往往具有突發性、方量大的特點，甚至產生涌浪等地質災害，對大壩和周邊人民生命財產安全造成巨大威脅，將車邑坪滑坡體的危險性及危害性分級評價，為監測及防治措施的布置提供重要的數據和管理平臺，切實解決了業主的需求。