BIM技術(shù)在大型銅冶煉廠超高邊坡中的應(yīng)用

夏天 戴仕鵬 成詞峰 趙海燕 曾家鵬 段彧凡

第一作者簡介：夏天（1977-），男，工程師。研究方向?yàn)楣こ淌┕す芾怼?/p>

*通信作者：戴仕鵬（1995-），男，碩士，工程師。研究方向?yàn)閹r土工程。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.041

摘? 要：為進(jìn)一步推廣BIM技術(shù)在巖土工程產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用，依托一大型銅冶煉廠超高邊坡的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)在邊坡工程中的勘察設(shè)計(jì)及施工的BIM技術(shù)應(yīng)用，對BIM技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行應(yīng)用推廣。基于BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)勘察正向三維地質(zhì)建模及模型傳遞工作，地質(zhì)模型基于地質(zhì)沉積規(guī)律及工程師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)完成，實(shí)現(xiàn)一次建模，多專業(yè)的應(yīng)用，可視化展示地層情況，解決地質(zhì)剖面縱橫不一致的缺陷，利用模型直接形成地質(zhì)剖面；基于BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巖土正向設(shè)計(jì)及精細(xì)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中任意切割地質(zhì)剖面進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)不再受地質(zhì)剖面約束，精細(xì)化布置支護(hù)結(jié)構(gòu)措施，保證設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，達(dá)到隱蔽工程的可視化與精細(xì)化設(shè)計(jì)；基于BIM技術(shù)利用勘察及設(shè)計(jì)工作的BIM成果，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與可視化管理，提前進(jìn)行施工模擬，進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底，提高工程師對施工過程的理解，掌握施工重難點(diǎn)，降低施工風(fēng)險，同時基于施工模擬數(shù)據(jù)，可提前進(jìn)行各階段施工準(zhǔn)備，更好地保證施工順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；超高邊坡工程；地質(zhì)建模；巖土設(shè)計(jì)；施工管理

中圖分類號：U445.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0177-04

Abstract： In order to further promote the application of BIM technology in the geotechnical engineering industry chain， relying on the project of ultra-high slopes of a large copper smelting plant， we realized the application of BIM technology in the survey， design and construction of slope engineering， and applied the application of BIM technology in geotechnical engineering practice. Based on BIM technology， it realizes the survey forward three-dimensional geological modeling and model transfer work， and the geological model is completed based on the geological deposition law and the practical experience of engineers， realizing one-time modeling and multi-disciplinary application， visualizing and displaying the stratigraphic situation， solving the defects of inconsistent longitudinal and transversal geological profile， and using the model to directly form the geological profile; based on BIM technology， it realizes the geotechnical forward design and refined design， and the geotechnical profile is cut arbitrarily during the design process， and it can be used to design and promote the geotechnical engineering. The geotechnical forward design and refinement design can be realized based on BIM technology， in which the geologic section is cut arbitrarily for calculation， the design is no longer constrained by the geologic section， and the supporting structural measures are finely arranged to ensure the accuracy of the design results， and to achieve the visualization and refinement design of the hidden engineering; based on BIM technology， the BIM results of the survey work and design work are utilized to realize the digitization and visual management， and the construction simulation is carried out in advance to conduct the three-dimensional visualization of the technical delivery， and the engineers' understanding of the construction process can be improved. Engineers understand the construction process， master the construction difficulties and reduce the construction risk， and at the same time， based on the construction simulation data， they can prepare for each stage of construction in advance to better ensure the smooth progress of construction.

Keywords： BIM technology; Super-high slopes; geological modeling; geotechnical design; construction management

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）最初由喬治亞理工大學(xué)的Chunk Eastman教授于1975年提出[1]。當(dāng)前，BIM技術(shù)成為了整個工程建設(shè)中的建筑信息化建設(shè)的主要著力點(diǎn)。目前主要運(yùn)用于建筑、結(jié)構(gòu)及機(jī)電的相關(guān)專業(yè)上，在巖土工程的全過程專業(yè)中運(yùn)用推廣較少[2]。我國的BIM技術(shù)起步相對較晚，但是相關(guān)政策較為支持，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部于2011年發(fā)布《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》[3]后，又于2014年和2015年分別發(fā)布了《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》[4]和《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》[5]，巖土工程主要工程范圍包括地基于基礎(chǔ)工程、邊坡和地下工程，涉及工程內(nèi)容包括巖土及水文勘察、巖土設(shè)計(jì)、巖土施工及運(yùn)營管理工作。巖土工程工作的具有不同于其他專業(yè)的特點(diǎn)，其具有不確定性、實(shí)踐性強(qiáng)、專業(yè)邊界模糊，完全依靠相關(guān)專業(yè)人員的判斷具有一定局限性，BIM技術(shù)具有可視化、模擬性和協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)，巖土工程中引入BIM技術(shù)，并結(jié)合工程師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠讓工程師更好地解決巖土工程問題。梁孟孟等[6]研究將三維地質(zhì)建模與樁基工程相結(jié)合，極大地提高施工信息化、數(shù)字化、智能化水平，拓展各參建方對技術(shù)應(yīng)用的范疇，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

BIM技術(shù)能夠在巖土工程設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營方面提供相應(yīng)的協(xié)調(diào)計(jì)算信息，同時能貫穿整個工程落實(shí)的全過程，但目前實(shí)際應(yīng)用比較少，尚需進(jìn)行推廣[7]。

1? 項(xiàng)目概況及重難點(diǎn)介紹

本項(xiàng)目為云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司搬遷項(xiàng)目，場地西北側(cè)的邊坡坡底線長約1.3 km，高度5～37 m。根據(jù)勘察報告，擬建場地內(nèi)8#邊坡區(qū)域主要揭露地層有：第四系植物層（Q4pd）；第四系坡積（Q4dl）層紅黏土、含礫黏土、黏土、粉土和粉質(zhì)黏土層；第四系坡洪積（Q4dl+pl）層黏土、含礫黏土、紅黏土層；第四系殘積（Q4el）層紅黏土層；震旦系燈影組白云巖段（Z2dn2-2）白云巖；元古界昆陽群柳壩塘組下段（Ptlb1）板巖。邊坡主要采用的支護(hù)形式為抗滑樁及錨桿（索）結(jié)構(gòu)。

本項(xiàng)目勘察、設(shè)計(jì)及施工均為同一單位組織實(shí)施，主要難點(diǎn)有：①勘察成果為二維成果，設(shè)計(jì)過程中錨桿（索）及抗滑樁的長度難以確定；②邊坡存在較多轉(zhuǎn)角，錨桿（索）空間上容易“打架”；③設(shè)計(jì)最終形態(tài)復(fù)雜，通過二維難以表達(dá)清楚，不利于施工交底及實(shí)施，也不利于甲方管理。

本工程為云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司（以下簡稱“我公司”）第一次利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)勘察、設(shè)計(jì)及施工3個專業(yè)成果流轉(zhuǎn)，消除傳統(tǒng)工作中的專業(yè)壁壘，也為甲方現(xiàn)場建造可視化過程管理提供基礎(chǔ)資料。

2? BIM技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

巖土勘察是整個巖土工程或者說是整個工程建設(shè)的基礎(chǔ)工作。巖土工程勘察就是為解決巖土問題，通過鉆探、物探、測試及分析等勘察手段，了解工程場地的地質(zhì)情況進(jìn)行分層和取樣分析，解決巖土問題，然后完成勘察報告，為設(shè)計(jì)、施工等下游專業(yè)提供資料支撐。

目前巖土勘察成果是通過勘察文字報告、二維地質(zhì)剖面進(jìn)行資料的呈現(xiàn)。該種呈現(xiàn)形式不能夠很好展示整個場地的地質(zhì)情況，沒辦法提供一個整體的地質(zhì)情況供相關(guān)人員使用，讀圖識圖要求較高；設(shè)計(jì)也沒辦法任意使用地質(zhì)剖面進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)；施工中沒法進(jìn)行準(zhǔn)確的土石方量及類別計(jì)算。

我公司在項(xiàng)目中引進(jìn)勘察BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)勘察的數(shù)字化及可視化，為下游專業(yè)提供了一個可視化的勘察成果。

三維地質(zhì)模型利用鉆探原始資料及現(xiàn)狀地形圖并結(jié)合工程師的經(jīng)驗(yàn)形成的二維地質(zhì)剖面，利用從線到面，再到體的工作路徑形成三維地質(zhì)模型，不是傳統(tǒng)的翻模，實(shí)現(xiàn)了勘察正向數(shù)字化，該三維地質(zhì)模型實(shí)現(xiàn)了圖模一致，保證勘察成果的有效性。三維地質(zhì)模型在建模過程中充分吸取工程師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，保證了建模的準(zhǔn)確性。圖1為巖土勘察BIM實(shí)現(xiàn)路徑。

圖1? 巖土勘察BIM實(shí)現(xiàn)路徑

三維地質(zhì)模型里面包含巖土體的物理力學(xué)參數(shù)、場地斷層等地質(zhì)數(shù)據(jù)（圖2），精確三維重現(xiàn)該區(qū)域的地質(zhì)特征。同時，該三維成果可以提供給設(shè)計(jì)及施工單位作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)直接使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字成果的無縫流轉(zhuǎn)。

圖2? 勘察原始資料采集

3? BIM技術(shù)在巖土工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

巖土工程設(shè)計(jì)工作與其他專業(yè)的設(shè)計(jì)存在較大的不同，巖土工程的項(xiàng)目唯一性強(qiáng)于其他相關(guān)專業(yè)，不同工程的差異性較大。巖土工程的設(shè)計(jì)受到地質(zhì)條件的極大影響，設(shè)計(jì)人員難以將其他的工程類型中的工程措施直接用于在建工程中。巖土工程設(shè)計(jì)中的相鄰結(jié)構(gòu)設(shè)施可能由于地質(zhì)條件的差異導(dǎo)致發(fā)生極大的變化（圖3、圖4）。

圖3? 地質(zhì)勘察剖面繪制

圖4? 三維地質(zhì)模型建立

經(jīng)過對BIM技術(shù)及巖土工程的綜合分析，不難發(fā)現(xiàn)兩者之間的結(jié)合對于雙方都是比較優(yōu)質(zhì)的升級和發(fā)展機(jī)遇，尤其是BIM技術(shù)的可視化及協(xié)同設(shè)計(jì)極大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)巖土設(shè)計(jì)中利用地質(zhì)剖面點(diǎn)的設(shè)計(jì)模式的缺陷，BIM技術(shù)更是能夠在三維模擬及施工模擬等細(xì)節(jié)功能的輔助下實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的最高優(yōu)化。

本項(xiàng)目通過引入BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員直接將勘察工作完成的三維地質(zhì)模型用于設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)計(jì)過程中信息的可視化及完整性。在傳統(tǒng)的巖土設(shè)計(jì)中，對整個設(shè)計(jì)范圍進(jìn)行分段劃分，在每段的范圍內(nèi)采用最不利的地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再以立面的形式進(jìn)一步對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，但是在立面設(shè)計(jì)中的優(yōu)化調(diào)整存在局限性，且支護(hù)位置不一定具有勘察地質(zhì)剖面，還需要現(xiàn)場實(shí)施過程中進(jìn)一步核對地質(zhì)條件。