BIM在巖土工程勘察成果三維可視化中的應(yīng)用

孔鵬

摘要：BIM 是信息化技術(shù)在建筑業(yè)的直接應(yīng)用，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。國內(nèi)卻幾乎沒有關(guān)于巖土工程勘察方面的 BIM 軟件，這也造成國內(nèi)關(guān)于BIM 在巖土工程勘察中的應(yīng)用研究廖廖無幾的一個(gè)主要原因。BIM 是貫穿于建筑整個(gè)生命周期的，巖土工程勘察也是其中一個(gè)主要部分。本文對 BIM與三維地質(zhì)建模技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對 BIM 在工程勘測中的應(yīng)用方式進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：BIM；巖土工程勘察；三維可視化；應(yīng)用

一、BIM 與三維地質(zhì)建模

BIM 在巖土工程勘察中，通過構(gòu)建三維可視化模型，并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)等專業(yè)性知識(shí)，開展巖土工程的各相工作。從廣義角度來看，三維地質(zhì)建模包含巖土工程勘察成果三維可視化。匯集巖土工程勘探數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)、化探數(shù)據(jù)、水溫檢測數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、地質(zhì)圖、地形圖、等深圖、剖面圖等多種原始數(shù)據(jù)，一次形成具有數(shù)字化的三維地質(zhì)模型，能夠直觀的將地質(zhì)內(nèi)部屬性展現(xiàn)出來，充分展示出地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的多種數(shù)據(jù)和變化規(guī)律。BIM 所形成的數(shù)字模型能夠?qū)⒄鎸?shí)的地理環(huán)境轉(zhuǎn)化成虛擬圖像，數(shù)字模擬與基礎(chǔ)空間分析有助于用戶推斷信息，從而規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。三維地質(zhì)建模使用范圍較廣，其中在巖土工程中運(yùn)用時(shí)通過構(gòu)建三維地質(zhì)模型，為工程勘探工作提供良好的理論依據(jù)，使地質(zhì)規(guī)劃設(shè)計(jì)師與巖土工程師能夠直觀、準(zhǔn)確、真實(shí)的觀看到施工地區(qū)的地質(zhì)情況，確保工程設(shè)計(jì)與施工的科學(xué)性、合理性與準(zhǔn)確性，降低工程施工分享。因此，城市建設(shè)部門、工程施工企業(yè)、城市管理部門、城市規(guī)劃部門對三維地質(zhì)建模逐漸起到了重視。

二、BIM 的巖土工程勘察軟件的特點(diǎn)

在巖土工程勘察數(shù)據(jù)三維可視化建模過程中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用具有一定的特殊性，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：①巖土工程地質(zhì)界面形態(tài)具有不規(guī)則性，在傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)理論和建模技術(shù)的應(yīng)用中，對于地層尖滅、斷層錯(cuò)動(dòng)等不規(guī)則地質(zhì)界面，很難采用計(jì)算機(jī)模擬；②在對于巖土工程勘察工作的認(rèn)識(shí)方面有不確定性特征，在巖土工程勘察前，地質(zhì)體實(shí)際形態(tài)是不確定的，只能夠通過少數(shù)勘察所獲得的信息數(shù)據(jù)形成巖土信息，然后根據(jù)地質(zhì)成因進(jìn)行判斷；③在建模過程中，根據(jù)巖土工程地質(zhì)特性以及工程屬性進(jìn)行建模，有利于保證數(shù)字成果的合理性。

在巖土工程勘察中，各類數(shù)據(jù)的來源有很多種，包括以下幾點(diǎn)：①地質(zhì)圖件數(shù)據(jù)，具體包括地質(zhì)構(gòu)造圖、地形圖、地質(zhì)圖、地質(zhì)柱狀圖等，通過對各類圖件進(jìn)行數(shù)字化處理，能夠及時(shí)掌握與之相對應(yīng)的地層信息、巖性信息等等，由此可見，在巖土工程勘察數(shù)據(jù)中，數(shù)字化工程地質(zhì)圖是十分重要的數(shù)據(jù)來源；②試驗(yàn)數(shù)據(jù)：在巖土工程勘察中，試驗(yàn)的作用是模擬實(shí)際存在的地物的特征，通過將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與勘察所得數(shù)據(jù)進(jìn)行有效結(jié)合，能夠提升巖土工程勘察準(zhǔn)確性；③實(shí)測數(shù)據(jù)：實(shí)測數(shù)據(jù)主要是由野外勘察所獲得的巖土工程數(shù)據(jù)，包括物探數(shù)據(jù)、化探數(shù)據(jù)、鉆探資料等；④歷史數(shù)據(jù)：指的是巖土工程以往勘察所得數(shù)據(jù)，通過對地理學(xué)知識(shí)進(jìn)行整理和完善，能夠獲得完善的勘察數(shù)據(jù)；⑤ 理論推測與估算數(shù)據(jù)：在巖土工程勘察中，有些數(shù)據(jù)無法直接獲得，對此，可以采用科學(xué)辦法進(jìn)行推測；⑥集成數(shù)據(jù)：集成數(shù)據(jù)主要指的是對已經(jīng)勘察得到的結(jié)果進(jìn)行合并、提取、運(yùn)算和過濾所得到的新的數(shù)據(jù)。

三、應(yīng)用于巖土工程勘察領(lǐng)域的 BIM 軟件

BIM 軟件主要有這樣兩種形式構(gòu)成：首先，BIM 模型為基礎(chǔ)的軟件，如預(yù)算管理、結(jié)構(gòu)分析、制作加工、可視化、工程項(xiàng)目進(jìn)度管理等多種形式的軟件；其次，以 BIM 為核心的建模軟件，如機(jī)電和其他系統(tǒng)相結(jié)合的軟件、建筑和結(jié)構(gòu)相結(jié)合的軟件等。雖然，當(dāng)前國內(nèi)已

經(jīng)有部分企業(yè)可自行研發(fā)三維巖土工程信息系統(tǒng)，但由于無法與建筑行業(yè)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，所以無法實(shí)現(xiàn)行業(yè)間的協(xié)作。要想將 BIM 技術(shù)應(yīng)用于巖土工程項(xiàng)目勘察中，需要在當(dāng)前 BIM 技術(shù)作用下，實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察結(jié)果的可視化操作，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他工程項(xiàng)目技術(shù)共同進(jìn)行，希望在 Revit 軟件作用下，驗(yàn)證這一技術(shù)是否科學(xué)可行。Revit 軟件是當(dāng)前工程項(xiàng)目建筑中，應(yīng)用較為成熟的三維建模技術(shù)，該技術(shù)簡化了以傳統(tǒng) CAD 為基礎(chǔ)上三維建模技術(shù)操作程序，且其編程接口功能較強(qiáng)，提供了訪問 Revit 的接口，可以實(shí)現(xiàn) Revit 軟件建模信息的可視化，并結(jié)合用戶自身操作所需，對 Revit 功能進(jìn)行延伸并進(jìn)行建模操作。

四、BIM在巖土工程勘察中三維可視化的應(yīng)用實(shí)踐

1.BIM軟件應(yīng)用

從巖土工程勘察應(yīng)用來看，當(dāng)前可利用的建筑信息模型軟件主要有兩種類型，及建筑信息模型分析軟件和建筑信息模型核心建模軟件。其中建筑信息模型分析軟件又可分為設(shè)備管理軟件、制作加工圖設(shè)計(jì)軟件和結(jié)構(gòu)分析軟件等；建筑信息模型核心建模軟件主要有極端系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件等。從建筑信息模型軟件類型來看，Revit軟件的建筑三維建模技術(shù)具有一定的應(yīng)用價(jià)值，建筑企業(yè)可利用這種BIM軟件中的應(yīng)用編程接口集成應(yīng)用程序和建筑信息模型。

2.BIM三維可視化模型應(yīng)用

在實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察成果三維可視化期間，Revit Archi-tecture 軟件的使用仍受到一定程度的限制，主要反映在如下幾方面：①巖土層的模型構(gòu)建和鉆孔資料的輸入均需要人工

操作，模型的構(gòu)建比較復(fù)雜，極易出錯(cuò)，模型構(gòu)建效率有待進(jìn)一步的提升。②三維地質(zhì)模型的構(gòu)建只能對常規(guī)巖土地層進(jìn)行處理，如果巖土地層中存在尖滅或透鏡體等，則很難處理，

此種模型構(gòu)建軟件只能粗略地構(gòu)建巖土地層的模型。③借助此軟件來模擬基坑開挖，僅能手動(dòng)針對一個(gè)巖土層操作。④關(guān)于巖土工程勘察領(lǐng)域的模型輸出接口和計(jì)算比較欠缺。現(xiàn)階段，若想使巖土工程勘察中 Revit Architecture 軟件的局限性問題得到有效的解決，則必須對能夠與巖土工程勘察相符的巖土層族庫加以構(gòu)建，再借助 Revit API 二次開發(fā)來處理巖土工程勘察成果的接口問題，以實(shí)現(xiàn)模型的迅速構(gòu)建和輸出。

3.BIM巖土工程勘察實(shí)踐應(yīng)用

直接利用 REVIT ARCHITECTURE 軟件時(shí)具有一定的局限性，具體表現(xiàn)如下：（1）需人工輸入鉆孔資料、人工進(jìn)行巖土層建模工作，建模工作量大且繁瑣，容易出錯(cuò)，建模效率較低；（2）建立三維地質(zhì)模型時(shí)僅能處理常規(guī)巖土地層，對于存在透鏡體、尖滅的巖土地層等常見現(xiàn)象則較為困難；該核心建模軟件利用人工方法僅能進(jìn)行巖土地層的粗略建模；（3）利用該軟件進(jìn)行基坑開挖模擬，只能同時(shí)針對一個(gè)巖土層手動(dòng)進(jìn)行；（4）缺乏與巖土工程勘察領(lǐng)域相關(guān)的計(jì)算與模型輸出接口。目前，建立適合巖土工程勘察的巖土層族庫，利用 Revit API 二次開發(fā)解決與巖土工程勘察成果的接口問題實(shí)現(xiàn)快速建模與模型輸出是解決或改善 REVIT ARCHITECTURE 軟件于巖土工程勘察領(lǐng)域應(yīng)用局限性的兩個(gè)可行途徑。

結(jié)束語：

通過巖土工程勘察 BIM 初步實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，借助已有的BIM 軟件把巖土工程勘察成果三維可視化，可以將地下工程地質(zhì)信息和上部建筑充分地整合起來。并對 Revit 本地巖土層族庫加以構(gòu)建，再參考三維地質(zhì)模型構(gòu)建研究成果，是可以將 BIM 技術(shù)充分使用于巖土工程勘察之中，而且可以實(shí)現(xiàn)其與結(jié)構(gòu)、建筑等專業(yè)的協(xié)作，共同促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]姚啟華.BIM在巖土工程勘察成果三維可視化中的應(yīng)用研究[J].建設(shè)科技，2018（08）：68-69.

（作者單位：信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院）