BIM 技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

鄭豪，寧豪杰

（湖北省核工業(yè)地質(zhì)局，湖北 孝感 432000）

1 引言

傳統(tǒng)的巖土工程勘察往往是通過坑探、鉆探等方式得到基本數(shù)據(jù)，并采用鉆孔柱狀圖、剖面圖等二維圖紙來展示勘察成果，往往不夠直觀。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM 技術(shù)作為一種新的工程建設(shè)理念，在巖土工程勘察中的應(yīng)用日益廣泛，可以在很大程度上提高勘察項目的集成化程度。國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員也針對BIM 技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用展開了部分研究，如羅霄等【1】歸納總結(jié)了巖土工程勘察期間可能存在的問題，并分析目前常用的BIM 核心建模平臺的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢；于鳳樹等【2】基于“點(diǎn)-面-體”三維地層建模理念，并選擇克里金算法來插值擬合出地層數(shù)據(jù)，采用三棱柱模型生成三維模型，為設(shè)計單位提供了可靠的巖土勘察結(jié)果。因此，研究BIM 技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用具有十分重要的工程意義。

2 BIM 技術(shù)基本理論及平臺選擇

2.1 BIM 概念

BIM 技術(shù)指的是“建筑信息模型”，最早由美國查克·伊士曼教授提出。但是，隨著BIM 技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，國內(nèi)外對于BIM 技術(shù)仍然沒有一個完全統(tǒng)一的定義，如莫特森公司認(rèn)為，BIM 是對建筑結(jié)構(gòu)物的一種智能化模擬，具有空間化、定量化、全面化等特點(diǎn)；麥格勞-希爾建筑公司認(rèn)為，BIM 技術(shù)就是通過建立三維模型來實(shí)現(xiàn)對工程項目的設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營等工作的協(xié)同化管理。筆者認(rèn)為，BIM 技術(shù)不僅僅是某一款軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的，而是利用多款軟件將工程項目的各參建單位的信息集合在一起協(xié)同工作的綜合化平臺。

2.2 BIM 建模軟件選擇

在基于BIM 技術(shù)進(jìn)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(nèi)外有很多公司參與了BIM 軟件的研發(fā)，成果較為突出的有Autodesk、Bentley 等公司，各自的優(yōu)勢領(lǐng)域見表1。大多數(shù)BIM 建模軟件都有配套的輔助插件，經(jīng)過筆者深入調(diào)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(jìn)行功能二次開發(fā)），且能夠較好地適應(yīng)國內(nèi)的設(shè)計環(huán)境。Autodesk 平臺建模軟件主要有Revit 和Civil 3D 等，二者分別適用于建筑項目和交通、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。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(guān)工程實(shí)例后，認(rèn)為可采用Civil 3D 來開展巖土勘察設(shè)計中的三維建模工作【3】。

表1 BIM 軟件平臺優(yōu)勢領(lǐng)域

3 BIM 技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM 技術(shù)在巖土工程勘察中應(yīng)用的核心理念應(yīng)當(dāng)是將該工程的地質(zhì)模型、鉆孔位置及水位線等項目三維數(shù)字化，從而全面地展現(xiàn)巖土工程勘察的作業(yè)成果，提高其勘察水平。BIM技術(shù)應(yīng)用巖土工程勘察中的優(yōu)勢是三維可視化、信息關(guān)聯(lián)性、共享性和壓縮性等【4】。

3.1 三維可視化

傳統(tǒng)的巖土工程勘察作業(yè)往往采用二維圖紙來展示勘察成果，但并不直觀，不利于工程技術(shù)人員的理解。而三維可視化是BIM 技術(shù)最重要的優(yōu)勢之一，它能夠利用計算機(jī)軟件對二維線條整合形成三維模型，同時，三維圖形能夠展示真實(shí)地質(zhì)環(huán)境，在很大程度上方便了技術(shù)人員之間的相互交流及協(xié)同工作，減少了工程風(fēng)險。

3.2 信息關(guān)聯(lián)性

BIM 技術(shù)在創(chuàng)建地質(zhì)模型構(gòu)件時能夠賦予構(gòu)件相關(guān)聯(lián)參數(shù)，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(fù)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(guān)聯(lián)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(zhǔn)確性。

3.3 信息共享性

巖土工程的勘察資料可能需要在工程各參建方（如設(shè)計單位、業(yè)主單位等）之間流轉(zhuǎn)查閱，而BIM 模型可以將勘察成果集成為一個數(shù)據(jù)文件，在很大程度上提高了各參建單位之間的協(xié)同工作。

4 BIM 技術(shù)在巖土工程勘察中的工程應(yīng)用

4.1 研究區(qū)背景

本文針對某巖土工程開展了鉆孔勘察作業(yè)，該區(qū)域地形起伏較小，地勢南高北低，最大相對高差約100m，區(qū)域地層以砂巖、亞砂土為主?？辈靺^(qū)域內(nèi)共布置了30 個鉆孔（見圖1），并利用鉆孔所得數(shù)據(jù)來確定地層分界點(diǎn)。

圖1 勘察區(qū)域的鉆孔布置示意圖

4.2 地形模型的構(gòu)建

筆者先將DWG 格式的地形圖進(jìn)行預(yù)處理，再導(dǎo)入BIM建模軟件中，利用Civil 3D 的“曲面建?！惫δ埽嫦?qū)ο螅┻M(jìn)行建模，具體操作如下：將地形圖的圖層定義為等高線對象、高程點(diǎn)對象2 大類，利用“創(chuàng)建曲面”命令創(chuàng)建三角網(wǎng)曲面，將等高線加入曲面數(shù)據(jù)中，并進(jìn)行可平滑處理。

4.3 實(shí)體模型建立

在Civil 3D 軟件中，地層三維實(shí)體模型主要與地層或地形曲面、體量元素密切相關(guān)【5】。筆者首先利用Civil 3D 的“drape”命令將等高線轉(zhuǎn)變?yōu)轶w量元素。隨后，選中上層曲面和下層曲面，利用“Explood”對曲面進(jìn)行分解，得到多段線作為地層實(shí)體模型的基礎(chǔ)。最后，設(shè)置網(wǎng)格尺寸和基準(zhǔn)厚度（大于地層厚度）后，生成地層三維模型，如圖2 所示。

圖2 基于BIM 技術(shù)的地層三維模型

5 結(jié)語

本文分析了BIM 技術(shù)的基本理論、軟件平臺選擇、應(yīng)用優(yōu)勢及三維地層模型建立等，主要得到以下3 個方面的結(jié)論：（1）BIM 技術(shù)是利用多款軟件將工程項目的各參建單位的信息集合在一起協(xié)同工作的綜合化平臺；（2）BIM 技術(shù)在巖土工程勘察中應(yīng)用的核心理念應(yīng)當(dāng)是將該工程的地質(zhì)模型、鉆孔位置及水位線等信息三維數(shù)字化，具有三維可視化、信息關(guān)聯(lián)性、共享性等優(yōu)勢；（3）三維地質(zhì)模型可以創(chuàng)建三角網(wǎng)曲面，并將等高線加入曲面數(shù)據(jù)進(jìn)行可平滑處理，且與地層或地形曲面、體量元素密切相關(guān)。目前，將BIM 技術(shù)廣泛用于巖土工程勘察仍有一定的困難，但必將成為一種未來趨勢。