BIM技術(shù)在巖土工程勘察的應(yīng)用

吳鑫瀧 王永健 張 斌

（中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司， 四川 成都 610031）

中圖分類號：TQ172文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號1007-6344（2021）02-0063-02

摘要：BIM技術(shù)的代表是典型的三維協(xié)同設(shè)計，它可以有效地縮短工期，降低施工成本，在很大程度上，顯著提高管理效率，增強(qiáng)工程質(zhì)量，降低施工風(fēng)險，所以，BIM 技術(shù)在工程建設(shè)上起著重要推動的作用，到目前為止已經(jīng)成為整個建設(shè)行業(yè)的標(biāo)桿。BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，積極促進(jìn)了建設(shè)行業(yè)的發(fā)展，加速改變了建設(shè)領(lǐng)域的生產(chǎn)方式。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；巖土工程；地質(zhì)模型：應(yīng)用

0 引言

BIM技術(shù)的重要核心是三維協(xié)同設(shè)計，建筑行業(yè)中合理的應(yīng)用BIM技術(shù)可以最大程度上減少施工的時長和建設(shè)的預(yù)算成本，還可以實現(xiàn)整個工程質(zhì)量的優(yōu)化。由此可見，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)階段，BIM技術(shù)已經(jīng)得到了工程界的認(rèn)可,在不久的將來，BIM技術(shù)有望讓建筑行業(yè)更上一個臺階，朝著更高水平方向發(fā)展。

1 BIM的概念和特征分析

1.1 BIM的概念研究

BIM是Building Information Modeling的縮寫，其含義大致就是通過建立數(shù)字化的模型為建筑物的施工設(shè)計做好輔助工作，推動建設(shè)項目更加高效、高質(zhì)量的開展。BIM技術(shù)作為多維模型信息集成技術(shù)，最初是利用計算機(jī)中的各種建筑設(shè)計作圖軟件對建筑物進(jìn)行設(shè)計，在設(shè)計圖中可以表達(dá)出建筑物的物理特征和一些具體的功能，發(fā)展到后期則已經(jīng)不是簡單的將數(shù)字信息進(jìn)行集成，而是進(jìn)一步對數(shù)字信息的應(yīng)用，并可以用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化方法。因此，BIM技術(shù)所帶來的益處是非常明顯的，其主要特點是可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等。通過三維立體模型展示出整個建筑物的效果圖，最多大程度上還原建筑物的真實性，即可以在項目交流溝通中，通過三維模型直觀展現(xiàn)在大家面前；也可以在設(shè)計優(yōu)化過程中進(jìn)行碰撞測試，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題；還可以為施工進(jìn)程合理安排工序，協(xié)調(diào)各專業(yè)間節(jié)點，控制進(jìn)度周期；這些都可以利用BIM技術(shù)來進(jìn)行針對性的解決，讓工程建設(shè)方案不斷優(yōu)化完善，最終得到更加科學(xué)合理的成果。

1.2 BIM的特征研究

1.2.1 BIM技術(shù)的可視性

BIM技術(shù)的可視性是其非常重要的特征，早期在做設(shè)計的時候多采用紙質(zhì)，各個構(gòu)件的信息通過圖紙上的線條繪制表達(dá)，真正的構(gòu)造形式則需要建筑人員去自行想象。近幾年建筑業(yè)內(nèi)復(fù)雜造型在不斷的推出，為更加直觀，已經(jīng)實現(xiàn)將線條式的構(gòu)件形成三維的立體實物圖形展示在人們的面前，但是這種效果圖多是分包給專業(yè)的效果圖制作團(tuán)隊根據(jù)設(shè)計信息制作出來的，而不是通過構(gòu)件的信息自動生成的，缺少了同構(gòu)件之間的互動性和反饋性。更重要的是，項目設(shè)計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行，可以確保整個項目的設(shè)計、施工和后期運營等各個環(huán)節(jié)都能夠達(dá)到管理和控制的要求。

1.2.2 BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性

BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性，顧名思義是為解決各類問題的協(xié)調(diào)工作，也是工程建筑行業(yè)的重點內(nèi)容，以往為項目實施過程中為解決問題，往往通過組織多方人員召開協(xié)調(diào)會議，梳理和尋找解決辦法，然后出變更，做相應(yīng)補(bǔ)救措施等。其實在設(shè)計中，通過BIM的協(xié)調(diào)性服務(wù)就可以避免這類情況，在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提供出來，避免了各專業(yè)間的溝通不到位或者空間運用不合理性，從而可以從總體上給出更加科學(xué)合理的解決方案，這樣最大程度上提高了設(shè)計、施工方案的準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)這樣或那樣的問題，確保項目可以順利開展。

1.2.3 BIM技術(shù)的優(yōu)化性

BIM技術(shù)具有優(yōu)化性的特征，事實上整個設(shè)計、施工、運營的過程就是一個不斷優(yōu)化的過程，當(dāng)然優(yōu)化和BIM也不存在實質(zhì)性的必然聯(lián)系。優(yōu)化主要受信息、復(fù)雜程度和時間這三樣因素制約，將來還可引入經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，把項目設(shè)計和投資回報分析結(jié)合起來，設(shè)計變化對投資回報的影響可以實時量化?，F(xiàn)代建筑物的復(fù)雜程度大多超過參與人員的能力極限，對于特殊設(shè)計或異型設(shè)計部分，這些內(nèi)容看起來占整個建筑的比例不大，但是占投資和工作量的比例和前者相比卻往往要大得多，BIM及與其配套的各種優(yōu)化工具提供了對此類復(fù)雜項目進(jìn)行優(yōu)化控制的可能，更可以加快工期和改進(jìn)造價。

1.2.4 BIM技術(shù)模擬性

模擬性并不是光模擬建筑物模型，還可以模擬不能夠在真實世界中進(jìn)行的操作，如:節(jié)能效果、火災(zāi)疏散、風(fēng)載計算等。利用4D模擬可以有效指導(dǎo)施工方案，合理安排施工順序，升級到 5D模擬，還能對項目運營成本實現(xiàn)成本控制，這些對于建設(shè)方和運營方都能起到很好的決策支持。

1.2.5 BIM技術(shù)的可出圖性

BIM技術(shù)具有可出圖性的特征，不僅可以出版設(shè)計所需的建筑設(shè)計圖紙，及構(gòu)件加工的圖紙，還可以通過對建筑物進(jìn)行了可視化展示、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化以后輸出相關(guān)檢測報告，如綜合管線圖、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖、碰撞檢查報告和建議改進(jìn)方案等資料，輔助業(yè)主順利實施項目方案。

1.2.6BIM技術(shù)的可延續(xù)性

相較于傳統(tǒng)的三維建模技術(shù)，BIM技術(shù)在工程項目領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用至全生命周期，從原來的傳統(tǒng)設(shè)計交圖，施工實施，業(yè)主管理的各方獨立環(huán)節(jié)，到現(xiàn)在相互關(guān)聯(lián)、相互協(xié)作。就一個項目而言，不僅包含了建筑的設(shè)計信息，而且可以融匯從設(shè)計到建成、使用，甚至是使用周期終結(jié)；最初的設(shè)計就應(yīng)保存圖元作為數(shù)字化建筑構(gòu)件的所有信息，到施工隊伍有序?qū)嵤┩旯?，業(yè)主單位組織驗收，新增信息不斷對工程進(jìn)行幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系補(bǔ)充和完善，甚至運營單位管理也可以在設(shè)計BIM建?；A(chǔ)上不斷疊加，也極大的方便了現(xiàn)代建筑的管理和數(shù)據(jù)資料保存。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用于巖土工程勘察中存在的問題

2.1 數(shù)據(jù)錄入

對于巖土工程勘察工作，市面上已有成熟的勘察輔助商業(yè)軟件，用來輔助數(shù)據(jù)處理、分析評價及繪制圖件。目前常見的數(shù)據(jù)輸出格式主要包括Word文檔文件，Excel表格文件和 Cad圖形文件，而三維地質(zhì)建模軟件的數(shù)據(jù)輸入方式主要依靠Excel表格文件或依托Cad軟件的批處理文件輸入。在數(shù)據(jù)的錄入和輸出上，他們通常采用的是通用的數(shù)據(jù)格式，但是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)又往往各不相同，需要通過一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化才能做到數(shù)據(jù)互通，這大大影響了數(shù)據(jù)錄入的效率。

2.2 三維地質(zhì)建模

與三維建造構(gòu)筑物建模相比，三維地質(zhì)建模是建立在地質(zhì)體和地質(zhì)信息基礎(chǔ)上的，而對地質(zhì)體的認(rèn)識，則是多種調(diào)查手段、勘探方法獲取各種地質(zhì)信息的匯總，即綜合地質(zhì)信息。三維地質(zhì)建模的總體思路是從點到線、面、體的空間發(fā)展延伸理念，其模型反映的是客觀自然的巖土層分布狀況，但實際中環(huán)境中地層空間分布往往不規(guī)則，大量的巖土層剪滅和透鏡體分布給三維建模帶來了很大的困難，不光需要依靠鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)界線等原始數(shù)據(jù)，還需要進(jìn)行科學(xué)的空間插值，雖然現(xiàn)在市面上已經(jīng)有能夠處理巖土層剪滅和透鏡體建模問題的三維建模軟件，但是其建模方法繁瑣，建模過程中伴隨一定的人工修改工作，效率不高。

3 BIM技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

3.1 巖土工程勘察階段的具體運用

建立三維地質(zhì)模型的方法多種多樣，其中操作最為便捷的是建模方式有兩種：

第一種是根據(jù)原始勘察的點數(shù)據(jù)源以構(gòu)建樓板的功能模擬地層直接建模，如觀測點產(chǎn)狀、巖性、構(gòu)造信息，鉆孔、探坑分層信息，試驗和原位測試成果等。以理正三維地質(zhì)軟件為例，生成模型時，需要依次導(dǎo)入鉆孔數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)等原始數(shù)據(jù)，然后以此為基礎(chǔ)開始建模，因為三維模型建模時布爾運算的要求，輸入的剖線連線方式與巖土工程師傳統(tǒng)的連線方式有一定區(qū)別，剖面數(shù)據(jù)需要按照布爾運算的要求進(jìn)行修改，工作程序相對繁瑣，效率較低。

第二種方法是利用二維線狀成果構(gòu)造地質(zhì)層面，完成體建模，此法是基于平、縱、橫地質(zhì)剖面，首先將二維平面與剖面的地質(zhì)界線進(jìn)行三維空間投影換算，并在三維空間進(jìn)行地質(zhì)屬性匹配，配合其他輔助剖面等信息，完成地質(zhì)層面建立。

建立建模之后再以任意剖切的方式將三維地質(zhì)模型分割，就可以展現(xiàn)出對應(yīng)的地質(zhì)剖面圖，另外，三維地質(zhì)模型生成后，其每個圖元中都附帶有詳細(xì)的屬性信息。應(yīng)用時，通過對地質(zhì)剖面圖的分析就能夠充分了解項目基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)底面處相應(yīng)標(biāo)高處的地質(zhì)情況，進(jìn)而根據(jù)實際的地質(zhì)情況優(yōu)化設(shè)計出最為合理的施工方案。

3.2 巖土施工階段的具體運用

在進(jìn)行巖土施工的過程當(dāng)中，可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工的動態(tài)模擬，確保項目的相關(guān)負(fù)責(zé)人可以及時準(zhǔn)確的掌握整個工程的施工進(jìn)度和施工過程中的一些問題。另外，還可以進(jìn)行資源的調(diào)配，最大程度上確保項目的安全性和穩(wěn)定性。與此同時，BIM技術(shù)可以對復(fù)雜的鋼筋進(jìn)行布置建模，這是指導(dǎo)復(fù)雜鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點的關(guān)鍵之處。在施工的過程通過BIM技術(shù)還可以進(jìn)行施工現(xiàn)場的管理工作。

4 BIM技術(shù)的應(yīng)用意義

利用BIM技術(shù)可以對項目方案進(jìn)行合理的改進(jìn)和完善，對于一些不合理的地方可以進(jìn)行及時的糾正和改進(jìn)，對整個建筑的質(zhì)量和安全提供強(qiáng)有力的保障。BIM在將來在地質(zhì)巖土方面還可以有更深入的發(fā)展，例如在滑坡、泥石流、崩塌地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警方面，可以根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況建立BIM模型，并賦予各巖土體物理力學(xué)性質(zhì)信息和地球重力場環(huán)境因素后，再通過加速時間效應(yīng)預(yù)測和推斷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展規(guī)模和模擬破壞場景。在不斷地應(yīng)用過程中，各界對BIM技術(shù)的認(rèn)可程度越來越高，在更多的工程項目中,BIM技術(shù)也取得了不錯的成績。BIM技術(shù)的發(fā)展未來是一片光明的，巖土工程也借此發(fā)生了巨大的改變。

5 結(jié)束語

綜上所述，利用BIM技術(shù)可以最大程度上實現(xiàn)不同平臺之間的相互聯(lián)系，從而為巖土勘察工作奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，讓工作效率水平得到進(jìn)一步提高。雖然我國的勘測技術(shù)已經(jīng)在不斷地優(yōu)化和發(fā)展，但是依舊存在很多的問題，需要在人才的培養(yǎng)方面投入更多的精力和物力，提升工作人員的專業(yè)技術(shù)水平和綜合能力，另外還要不斷地優(yōu)化硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)。在發(fā)展中找到不足之處，并且及時的解決，促進(jìn)我國勘察事業(yè)更快速度更高質(zhì)量的發(fā)展。