勘察BIM技術(shù)的發(fā)展與應用

侯劉鎖 賈海鵬 李根強

（深圳市勘察研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

從2011年開始，住房和城鄉(xiāng)建設部陸續(xù)發(fā)布了多個關(guān)于加快推動 BIM技術(shù)應用的發(fā)展綱要和指導意見，對BIM技術(shù)應用的推廣起到了積極作用。隨著國家政策的大力支持，BIM技術(shù)的應用有了較大的發(fā)展，但是在傳統(tǒng)行業(yè)地質(zhì)勘察行業(yè)，BIM技術(shù)應用的起步較晚，目前仍處于探索前進階段。

將BIM技術(shù)應用在工程勘察中，其可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等特點可以更好地反映場地的地質(zhì)環(huán)境情況，為主體結(jié)構(gòu)的BIM應用提供基礎支撐。另外精細化的地質(zhì)評價對前期的規(guī)劃、業(yè)主的決策方面均有較大的幫助。

1 勘察BIM技術(shù)簡介

BIM（Bilding Information Modeling的簡稱，其中文譯為建筑信息模型）是由美國的恰克·伊士曼博士于1975年提出，基本理念為建筑信息模型綜合了所有的幾何模型信息、功能要求和構(gòu)件性能，將建筑項目全生命周期的信息整合到信息模型中[1]。

勘察BIM技術(shù)是指BIM技術(shù)在勘察階段的應用，有學者提出勘察BIM應簡稱為GIM（Geology Information Modeling），GIM指的是地質(zhì)信息模型，只是勘察BIM的一部分，并不能代表勘察BIM。

勘察BIM除地質(zhì)信息模型外，還應包括周邊管線信息模型、地表地理信息模型以及地下建構(gòu)筑物信息模型[5]。

勘察BIM建模的技術(shù)路線見圖1。

圖1 勘察BIM技術(shù)路線圖

單個的模型不能稱為勘察BIM，只有4個模型集成后或者至少2種模型集成后方可稱為勘察BIM模型，集成后效果見圖2。

圖2 勘察BIM集成圖

2 勘察BIM技術(shù)的特點

2.1 地質(zhì)信息模型

地質(zhì)信息模型是勘察BIM中難度最大的部分，主要體現(xiàn)在地質(zhì)模型是根據(jù)采集和測試數(shù)據(jù)，根據(jù)算法模型還原地質(zhì)模型，推測成果作為設計根據(jù)，與其他專業(yè)BIM模型最大的不同是地質(zhì)模型不是設計出來的，而是利用有限數(shù)據(jù)對原始地質(zhì)體進行還原。

從表1可以看出，勘察BIM的思維方式和建模難度都是比建筑BIM難的。另外地質(zhì)模型隨著勘察階段的變化，模型的精度是由粗到細，與實際的地質(zhì)條件逐步接近。

表1 建筑BIM與勘察BIM區(qū)別

2.2 數(shù)據(jù)來源

勘察BIM模型的準確性與模型的數(shù)據(jù)來源有很大的關(guān)系，各模型的數(shù)據(jù)來源見表2。模型建立前除關(guān)注模型數(shù)據(jù)的來源外，還應關(guān)注數(shù)據(jù)的標準化問題，尤其是地質(zhì)信息模型，建立統(tǒng)一的地層標準層是最關(guān)鍵的步驟，如果沒有建立標準層后續(xù)用項目級BIM模型拼城市級BIM模型會出現(xiàn)很多問題，無法進行拼接融合。

表2 模型數(shù)據(jù)來源表

2.3 模型檢查與驗證方法

管線模型、地下建構(gòu)筑物模型均可以通過模型生成二維圖紙與原始數(shù)據(jù)進行對比驗證，容易校對，該文重點對地質(zhì)模型的檢查方法進行闡述。

受地質(zhì)體在地下無法透視的限制，無法采用模型與實物進行對比驗證，這也是造成目前地質(zhì)信息模型驗證困難的主要問題，通過近幾年實際工作中模型檢查方面的探索提出以下幾個驗證方法供同行進行參考：1） 用目前比較成熟大家也普遍認可的二維地質(zhì)剖面對三維模型進行檢查驗證。因地質(zhì)體的特殊性和不規(guī)則性，工程師做二維剖面往往會加入很多經(jīng)驗判斷，相對三維模型純靠算法模型要可靠的多。所以采用目前比較成熟的二維圖紙去檢查三維模型是一條比較可靠的路徑。2）采用物探技術(shù)進行復核驗證，因物探技術(shù)生成的是連續(xù)的面狀信息，可以通過物探抽查的方式對地質(zhì)模型進行驗證，該方法也是比較科學的。物探信息后續(xù)可加入模型中增加模型的精細度。3） 對比軟件以往項目建模的精度，需要搜集以往項目模型與實際施工過程中的吻合度，通過數(shù)理統(tǒng)計的方法進行模型驗證。4） 在基坑開挖和樁基施工過程中進行驗證，但是這樣的驗證只能用于后續(xù)類似項目的類比分析中。

3 勘察BIM技術(shù)必要性

3.1 勘察BIM的作用

BIM概念是針對項目全生命周期的，那么勘察BIM作為項目的開端也是項目的基礎，做好勘察BIM對后續(xù)的設計及施工是有極大的指導作用的。

相比于傳統(tǒng)二維的勘察報告，勘察BIM的優(yōu)點如下：1） 可視化。通過三維模型建立，便于設計人員全面了解地質(zhì)情況及周邊環(huán)境情況，業(yè)主也可以通過BIM模型對項目整體規(guī)劃進行預判。項目在勘察階段即可定出樁基的工作量，如圖3所示。另外通過地質(zhì)模型與周邊環(huán)境模型的融合對指導地下工程的設計及施工有很大作用[2]。2） 復雜地質(zhì)條件的精細化評價。應用勘察BIM技術(shù)可以對場地地質(zhì)條件進行精細化分析評價，可以很好地反映復雜地質(zhì)情況，如圖4所示。對復雜地層條件利用BIM技術(shù)可以很好地展現(xiàn)不利地質(zhì)體的分布情況，如對建設影響較大的斷層構(gòu)造分布、巖溶分布等。如斷層構(gòu)造可以利用斷層錯動模擬技術(shù)展現(xiàn)還原，見圖5。對后續(xù)設計避開不利地質(zhì)體及采用相關(guān)措施均有很大的幫助。3） 任意剖切剖面。在三維地質(zhì)體模型上可以根據(jù)需要對模型任意切割查看對設計有影響的地質(zhì)剖面，該技術(shù)對設計效率的提升是有極大的幫助的，見圖6。任意切割在快速查詢地質(zhì)和土方開挖計算方面有較大提升。

圖3 樁基礎長度確定

圖4 復雜地質(zhì)情況

圖5 斷層構(gòu)造錯動模擬

圖6 任意剖切地質(zhì)體

3.2 勘察BIM設計優(yōu)化

勘察數(shù)據(jù)是設計的基礎，重點影響建筑設計的基礎方案選型、基坑支護方案的選型，目前受用地空間的限制，地下工程越來越深，對勘察數(shù)據(jù)的要求也越來越高[3]。

3.2.1 對基坑支護設計的優(yōu)化

應用勘察BIM模型對巖土設計也有較大的指導意義，基坑設計單位可以充分了解地質(zhì)條件和周邊環(huán)境信息，選擇經(jīng)濟理合理、安全可靠的支護方案，對設計方案的優(yōu)化主要體現(xiàn)在以下4點：1） 利用BIM模型的可視化和精細化評價對圍護結(jié)構(gòu)樁的樁長進行優(yōu)化，對控制造價有較大的作用；2）利用勘察BIM模型進行土方計算，可以快速算出每層土方的開挖量。3） 通過支護結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境條件的模擬分析，可以對支護形式進行優(yōu)化，尤其是對錨桿的設計方面。4） 對基坑開挖進行施工模擬，通過調(diào)整施工工序可以有效節(jié)約工期。

3.2.2 對基礎設計的優(yōu)化

以勘察BIM模型為基礎模擬不同基礎形式的信息，對各種基礎的造價、工期進行比選，在前期投資階段確定出比較合理的投資估算，對各種基礎的分析體現(xiàn)以下2點：1） 淺基礎。可以利用勘察BIM模型選擇合理的基礎持力層，確定需要地基處理范圍，可以快速計算出土方開挖及地基處理的造價。2）樁基礎。不同的持力層可以快速確定樁長，可以快速比選不同樁徑、樁長及摩擦樁與端承樁的造價，如圖3所示。

3.3 勘察BIM對施工的指導

勘察BIM對施工的指導重點指對基礎施工及基坑支護施工的指導，通過三維模型對地質(zhì)體和樁基礎的模擬，可以精確列出每根樁的長度信息（見圖3），在施工勘察的項目中，將施工勘察信息加入模型可以更好地判斷地基持力層情況，對基礎的施工質(zhì)量控制起到很大作用。另外對勘察BIM模型進行輕量化處理后，對勘察技術(shù)人員進行現(xiàn)場持力層的判別也有很強的指導意義。

在基坑支護施工對周邊建構(gòu)筑物保護方面，可以模擬出支護結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的關(guān)系，支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的碰撞檢查，有效避免了對主體結(jié)構(gòu)的影響。

4 勘察BIM應用情況

4.1 勘察BIM應用現(xiàn)狀

勘察BIM技術(shù)相對其他專業(yè)BIM技術(shù)起步較晚，技術(shù)難度大，目前仍處于探索發(fā)展階段[4]。地質(zhì)模型建立目前已有比較成熟的應用軟件如秉睦科技的工程勘察三維信息化整體解決方案、北理理正公司的勘察BIM軟件以及南京庫倫的BIM軟件等軟件。這幾款都是國內(nèi)目前應用較多的勘察BIM軟件，也在很多項目中有應用實踐。

根據(jù)《2020年深圳市建筑信息模型（BIM）產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究》調(diào)查中采用國內(nèi)外BIM軟件的調(diào)查分析，Revit占76.3%，是目前應用最為廣泛的BIM平臺軟件，國產(chǎn)軟件勘察類軟件理正6.8%，秉睦3.4%。

目前勘察BIM成果可以實現(xiàn)地質(zhì)模型、管線模型、地理信息模型等的集成應用，但是勘察BIM成果，與后續(xù)設計單位及施工單位之間的銜接問題還有待提升，在后續(xù)的設計及施工單位的應用中應用率不高。主要原因是勘察BIM模型的集成平臺還有所欠缺，勘察BIM的軟件平臺和設計BIM軟件平臺的兼容性及數(shù)據(jù)傳遞過程中的數(shù)據(jù)丟失情況嚴重。

4.2 勘察BIM應用難點

勘察BIM起步晚，技術(shù)實現(xiàn)難度大主要應用難點如下：1） 軟件平臺建設，目前國內(nèi)的BIM軟件平臺還主要依賴國外的軟件，各專業(yè)之間存在一定的技術(shù)壁壘需要突破，尤其是勘察BIM專業(yè)性強技術(shù)難度大更需要兼容性比較強的軟件平臺進行支持，才能達到數(shù)據(jù)的協(xié)同管理。目前數(shù)據(jù)傳輸過程中數(shù)據(jù)丟失嚴重，例如勘察BIM模型導入Revit平臺中屬性信息會丟失。2） 勘察BIM技術(shù)人才缺乏，目前BIM整體技術(shù)人才缺乏，高校開設BIM專業(yè)課程的也比較少[6]。目前應用BIM人員均為各專業(yè)技術(shù)人員通過自學培訓等方式發(fā)展起來的，勘察BIM普及核心是專業(yè)人才，需要既懂專業(yè)又精通軟件的復合型人才，因此除了高等院校開設相關(guān)課程外，積極開展勘察設計企業(yè)之間的BIM培訓交流，提高BIM技術(shù)人員的技術(shù)水平和創(chuàng)新性。3） 勘察BIM技術(shù)的全過程協(xié)同性沒有體現(xiàn)出來，目前的BIM技術(shù)在勘察、設計、施工各階段各自獨立，信息的傳遞和協(xié)同性沒有發(fā)揮出來，由于軟件平臺、各單位建模目的不同，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，以至于目前存在為了做BIM而做BIM的現(xiàn)象。4） 缺乏統(tǒng)一的交付標準，目前國內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一的勘察BIM交付標準，雖然在北京、重慶、廈門、深圳等地區(qū)均發(fā)行了地方標準，但標準的可落地性還未得到有效驗證[3]。

5 勘察BIM發(fā)展建議

關(guān)于BIM在平臺建設、人才培養(yǎng)、標準體系等方面的建議很多文獻都有介紹[2～3]，筆者提幾點對BIM發(fā)展的思考：1） 除了加大研發(fā)支持，加快建設自主知識產(chǎn)權(quán)的BIM全過程平臺外，數(shù)據(jù)的交換和傳輸應該是BIM發(fā)展的關(guān)鍵制約因素，BIM要真正實現(xiàn)全流程協(xié)同數(shù)據(jù)管理，必須要解決數(shù)據(jù)交互問題，同時解決數(shù)據(jù)的冗余問題，尤其在勘察BIM模型中后續(xù)設計真正用到的數(shù)據(jù)應該保證有效傳輸，對后續(xù)工作無用的數(shù)據(jù)應該在建模過程中舍棄。2） 制定完善的取費標準，目前BIM發(fā)展還未達到人人都用BIM正向設計的階段，需要一定的經(jīng)費及政策的支持，對BIM的發(fā)展是有利的，只有在項目應用過程中去完善BIM技術(shù)才是一條比較好的發(fā)展之路。3） 開拓創(chuàng)新，走出符合中國國情的BIM之路，目前我們的BIM理念是建立在國外的軟件及理念基礎之上的，在應用實踐中應有用于開拓的精神，通過創(chuàng)新融合，跨界融合等方式對BIM技術(shù)進行優(yōu)化，將BIM技術(shù)與AR/VR技術(shù)等技術(shù)融合，促進建筑行業(yè)的發(fā)展，為后續(xù)的智慧城市建設打好基礎。