BIM技術在巖土工程勘察中的應用分析

張孟澤 杜佳帥 蘭孝龍

哈爾濱工業大學建筑設計研究院 黑龍江 哈爾濱 150090

引言

傳統的勘察設計工作中常用二維信息數據，隨著當今建設項目的復雜性增加，采用有限勘探點的巖土工程二維信息數據實際上已無法滿足結構設計、數據查詢、風險規避等眾多方面的要求，只有通過三維可視化表達才能得到妥善解決。

1 BIM技術概念

BIM就是通過數字模型對工程項目實施設計、建設和管理的過程。它是在CAD等各項技術的基礎上發展起來的多維模型信息集成技術，是對工程物理特點和功能特性的可視化表達以及數字化承載[1]。

2 BIM建模軟件選擇

在基于BIM技術進行巖土工程勘察建模時，首先要確定合適的建模軟件。目前，國內外有很多公司參與了BIM軟件的研發，成果較為突出的有Autodesk、Bentley等公司。大多數BIM建模軟件都有配套的輔助插件，經過筆者深入調研：Autodesk平臺軟件操作界面較為友好、開放程度大（能用C#語言進行功能二次開發），且能夠較好地適應國內的設計環境。Autodesk平臺建模軟件主要有Revit和Civil3D等，二者分別適用于建筑項目和交通、水利等基礎設施建設。而巖土工程勘察工作較為特殊，既可以算作建筑物范疇，又屬于道路工程范疇，筆者在查閱相關工程實例后，認為可采用Civil3D來開展巖土勘察設計中的三維建模工作。

3 BIM技術在巖土工程勘察中的工程應用

（1）三維地質模型建立思路。該模型是BIM技術應用在巖土工程勘察之中最突出的表現之一，當前其勘察成果基本體現為勘察孔平面布置圖、勘察報告、工程地質剖面圖以及鉆孔柱狀圖等。在實際應用的過程中，僅通過簡單分析海量數據、表格和圖紙是無法將全部的地質情況都掌握清楚的，極易產生遺漏或者人為性的錯誤，給項目質量的強化帶來阻礙。但通過得到的數據、表格及圖紙建立三維地質模型之后則能夠直觀地看到場地的地質信息，給后續的設計環節、建設環節等帶來一定促進作用，另外該模式當中的數據信息及參數都能夠實現動態化展示，保證了工程地質問題的準確分析，對于優化設計和建設，降低工程風險而言具有重大意義[2]。

（2）信息關聯性。BIM技術在創建地質模型構件時能夠賦予構件相關聯參數，如建立鉆孔模型時可輸入其深度、單價等信息。這樣能夠很大程度上減少項目信息的重復輸入，減小了信息輸入錯誤的可能性。同時，在BIM模型中，某一項信息因存在問題需要修改，則與之相關聯的信息就會自動更新，大大提高了巖土勘察人員的工作效率及準確性。

（3）地質模型建立。將原始勘察數據導入理正勘察三維地質軟件中，形成三維地質模型建模數據，然后采用AutodeskCivil3D形成三維地質模型，結合衛星地圖，形成地表影像。建立塊狀三維地質模型。根據不同鉆孔的土層信息，建立層狀三維地質模型，模型反映地層的層頂及層底變化，可直觀看到地層起伏情況，同時為后期工程樁的設計長度提供準確參考。根據勘察鉆孔中的地下水位數據，建立整個場區的地下水水位云圖，反映場區整體地下水水位的變化。

（4）模型建立流程。①對鉆孔數據進行提取。在該類工程勘察過程中最基本的一項手段就是鉆探，以此獲取相應的鉆孔數據，這是因為在建模時必須要足夠的鉆孔數據及其他勘察數據，包含了坐標位置、層位深度、分層特性以及巖土體特性等。這些信息可以直接通過建立標準化的數據格式去存儲，并被應用在鉆孔信息模型和地層模型建立當中，有時候還能根據測繪數據構建地表信息模型。②構建場地標準地層。在構建層面模型之前，應該依照場地當中所有地層的基本統計結果，并在有關的規范要求基礎上構建標準地層。標準地層建立過程中應該將場地中的全部地層一一對應，可以不考慮基本層序。③構建關鍵層層序和鉆孔地層層序。在標準地層當中，根據各個地層的新老關系以及成因年代等構建專門的地層層序，這是整個建模工作當中的重點，因此其準確性將會給后續模型的分析帶來重大影響。④對主“TIN”進行定義，這是指通過項目邊界，將孔口坐標作為核心，在三角網格加密算法作用之下產生的三角網格，會受到鉆孔層面的控制。⑤在插值計算下確定出層面模型。通過主“TIN”控制，依照鉆孔地層數據以及層序對地層層面實施插值計算，從而獲得基礎層面模型。⑥對層面拓撲關系進行處理。一般基礎層面模型或多或少都會產生一些問題，比如層面間產生交切或者局部畸形等問題，有時候地層之中還會出現透鏡體或者尖滅問題，這些都會使得層面和真實情況之間產生較大差異，所以這就必須對層面間的拓撲關系進行有效處理，從而在最大程度上確保地層的精準性。⑦構建地質模型。在完成上述所有流程之后就可以通過層面拓撲生成三維地質模型。如果最終生成的模型無法滿足相關要求，還應該對“在插值計算下確定出層面模型”及“對層面拓撲關系進行處理”方面進行重新處理，一直到最終生成的模型可以完全滿足要求[3]。

4 結束語

總的來說，BIM技術應用在巖土勘察中主要是對其進行信息化建模，通過該模型不斷檢測未來施工及運營過程中可能會出現的問題，并給出相應的解決措施。雖然從當前的行業特點來看，該技術在這一方面的應用及推廣還需要走很長一段路，但隨著各方面技術的不斷深入發展，其勢必會找到適合自身發展的道路。因此相關人員就需要及時了解該技術的最新研究情況，不斷探索新的應用方式，最終給項目建設創造更多效益。