基于BIM建模實現巖土工程勘察成果三維可視化的初步研究

王瓊，謝良衛，蔣進，陳聰，劉澤瀟

(成都市勘察測繪研究院，四川 成都 610081)

1 引 言

目前BIM技術在國內建筑設計、結構專業的應用相對成熟，而在巖土工程勘察專業中的應用尚處于起步階段，現階段工程勘察信息管理仍是基于傳統CAD二維模型的構建，其表現形式比較單一，可視化表達不夠形象。隨著建筑信息化進程的不斷推進，以BIM技術為代表的三維協同設計應用，具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性特征。在縮短建設周期，降低工程成本，提高工程質量等方面發揮著巨大優勢，能覆蓋建筑的全生命周期，現已成為全行業共識。為此，住建部將BIM確定為未來建筑業發展的核心競爭力，并認為BIM技術的應用必將極大地推動建筑領域生產方式的變革，這將是建筑行業的第二次革命。

截至目前，國內外對BIM模型在巖土勘察中的應用研究較少。關于巖土工程勘察的BIM建模方法和專業應用特性的研究，任彧等人從軟件系統的關鍵技術著手進行了詳細的闡述[1]；黃勛等人針對現階段我國巖土工程勘察領域BIM的發展現狀，論述了運用BIM技術可以構建工程勘察模型、模擬與分析、信息共享的發展方式[2]；黃佳銘、鄭先昌等人通過對BIM在巖土工程中的運用進行了研究，證明BIM技術完全可以運用在巖土工程的多個領域中，并且具有以往傳統方法所沒有的優勢[3]；林孝城、王仕強等[4，5]在深入理解BIM理念的基礎上采用建筑設計專業廣泛使用的Revit Architecture核心建模軟件對金山勘察綜合試驗廠房項目巖土工程勘察成果進行三維可視化的初步實踐表明：借助BIM技術靈活使用則將BIM應用于巖土工程勘察領域是可行的[4]。

成都鳳凰山體育中心作為對標建設世界一流場館，承接國際頂級賽事及國內頂級聯賽，用地規模約655畝。該項目是為貫徹落實成都市委、市政府建設“三城三都”的總體戰略部署，加快推進體育賽事名城建設步伐，彌補成都市大型場館設施短板，完善城市功能布局、提升成都城市品質、塑造特色風貌地標而建設的，是極具代表性的建筑。

2 數據處理與BIM模型創建

圖1 BIM模型建模流程圖

2.1 數據處理

文中以理正勘察軟件為平臺，依據詳勘數據，通過軟件建模功能，利用不同的顏色將巖土層逐一標注出來，從而實現鉆探資料的三維可視化，直觀地將巖層分布規律反映出來，使展示方式不再局限于鉆孔柱狀圖和鉆孔剖面圖。

在理正勘察軟件中依次錄入勘探點表數據，包括取土試樣孔和鑒別孔的基本數據、室內試驗數據、原位測試數據、水文試驗數據。根據勘探點數據生成地層統計表，并進行統計數據入庫。在生成統計表時，軟件會自動對該數據表進行數檢，并在下方顯示數檢信息，可根據數檢出的錯誤信息對原始數據進行檢查和修改，防止錯誤的發生。利用已生成的統計表，在CAD中根據設定的比例尺、連層方式等自動生成剖面圖，并進行剖面圖批量入庫。由于該軟件生成的剖面圖交叉線、斷線等較多，需人工介入進行處理。建模過程對剖面圖的要求比較高，不能存在交叉線、斷線等瑕疵。

經過前期數據處理，通過導出BIM接口，生成P-BIM數據。前期數據的處理對于后期BIM模型的建立至關重要，BIM模型中線條與線條之間不能有重疊或斷線的情況發生，否則將無法生成BIM模型。

2.2 BIM模型建立

模型建立的第一步需創建一個新的模型名稱，然后在LzGeo3D理正三維建模軟件中，導入P-BIM接口數據，導入數據后的數據顯示效果見圖2，各地層信息的編輯如圖3所示，用不同的顏色顯示不同的地層。

圖2 P-BIM數據顯示效果

圖3 工程地層表

數據檢查。使用軟件的“數據預處理”功能，對數據進行二維和三維檢查，然后針對數檢結果對剖面圖進行修改，主要是對不滿足建模要求的地質線進行編輯。此處對數據進行三維數據檢查和二維數據檢查的工作相當重要，將影響后期模型是否能夠成功建立。

分組。編輯完地質線后，需要對地質線進行分組，分組目的是為了確保在俯視狀態下，無地質線重疊的情況發生。

創建地表地形。導入鳳凰山體育中心平面圖，依據軟件功能，點擊導入原始圖，底圖初始化，在底圖初始化過程中盡量選擇對角線坐標，然后畫一條范圍線，用于建立“地形面”，創建地表地形模型。以鳳凰山為例，數據源為“鉆孔”和“已知剖面地面線”，模型范圍為已畫好的范圍線，模型地面選擇底高程，此處底高程的設置值要比所有鉆孔中最底層的高層矮 7 m～ 8 m，設置完后點擊“確定”按鈕。

地層體建模。依據地質要素建模，從地層(體)、地層出露點等繪制地層邊界線，然后根據已畫好并保存的地層邊界線逐層進行地質體建模，如圖4所示。

透鏡體建模。依據地質要素建模，從透鏡體、出露點等繪制透鏡體邊界線，然后根據已畫好并保存的透鏡體邊界線逐層進行透鏡體建模，如圖5所示。

水位面建模。根據地下水(面)，創建水位面模型，模型如圖6所示。

創建三維模型。利用自動創建三維模型功能，創建模型，然后導出IFC文件，作為其他軟件的接口，進行展示和查看。

該區域的地質情況復雜，地層碎化，透鏡體特別多，含50多個，增大了建模難度。剖面圖附屬性時，特別注意地質線的分組，三維模型如圖7所示。

圖4 地層體模型

圖5 透鏡體模型

圖6 水位面模型

圖7 BIM模型

3 結 語

利用理正三維建模軟件為平臺，以成都鳳凰山體育中心為例，建立鳳凰山體育中心的BIM模型，初步實現其三維可視化。從BIM模型中可以直觀清晰地看到地層的分布情況，可根據需要對模型中的數據進行任意調取與查看，能夠使工程技術人員可以充分理解建設場地內巖土層在三維空間上的分布特征，便于做出合理的工程判斷，對于地基與基礎方案和地下結構的正確選型具有顯著的優勢。同時，在縮短建設周期，降低工程成本，提高工程質量等方面發揮著巨大優勢，能覆蓋建筑的全生命周期，現已成為全行業共識。對BIM建模技術在巖土勘察行業的應用研究，將為成都市城市規劃發展奠定堅實的基礎。