軌道交通工程勘察中BIM 技術(shù)的應(yīng)用

吳海祥

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣州510000）

1 引言

BIM 技術(shù)是信息化技術(shù)在建筑行業(yè)的一種應(yīng)用方式，但目前在軌道交通工程勘察中運(yùn)用較少。軌道交通工程一般會延伸數(shù)十千米，工程沿線地質(zhì)條件變化大?，F(xiàn)有的勘察成果大多是二維勘察報告，如果業(yè)主、設(shè)計、施工人員對勘察報告中提示的工程地質(zhì)風(fēng)險缺乏直觀的認(rèn)知，很可能造成重大生產(chǎn)安全事故。利用BIM 技術(shù)可以建立軌道交通工程的三維地質(zhì)模型，技術(shù)人員可以根據(jù)可視化模型進(jìn)行科學(xué)決策和風(fēng)險規(guī)避[1]。

張志芹等[2]在青島市地鐵6 號線的勘察中進(jìn)行了BIM 技術(shù)的初步應(yīng)用，BIM 建模軟件能夠?qū)崿F(xiàn)勘察成果的三維可視化，從而提升地鐵工程設(shè)計水平和施工建設(shè)質(zhì)量；周念清等[3]以南寧市軌道交通3 號線為研究對象，提出一種同時具有表達(dá)復(fù)雜透鏡體和清晰的地質(zhì)層面能力的EVS 地層-巖性建模方法；王亮等[4]進(jìn)行了Revit 軟件二次開發(fā)，結(jié)合3DMAX 技術(shù)、基坑監(jiān)測技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了BIM 信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)了徐州地鐵2 號線九里山站基坑工程開挖的信息化管理與三維可視化。

本文采用Earth Volumetric Studio 軟件（以下簡稱“EVS”）對廣州市某軌道交通工程進(jìn)行三維地質(zhì)建模，建立場地、隧道段和明挖段等三維地質(zhì)模型，分析了BIM 技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢、方法和難點，為軌道交通勘察中BIM 技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

2 BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM 技術(shù)在軌道交通勘察中的應(yīng)用主要是三維地質(zhì)建模，能夠?qū)崿F(xiàn)勘察成果的三維可視化展示。軌道交通工程沿線地形、周邊環(huán)境、建（構(gòu)）筑物信息都可以整合在場地三維地質(zhì)模型中，有助于設(shè)計人員了解現(xiàn)場的真實情況，提升設(shè)計質(zhì)量。場地構(gòu)造、特殊性巖土、不良地質(zhì)作用可以集合在場地整體三維地質(zhì)模型中，能夠估算特殊性巖土、不良地質(zhì)作用的體積，有助于設(shè)計人員了解地質(zhì)條件帶來的工程地質(zhì)風(fēng)險，提升設(shè)計安全度。將室內(nèi)及現(xiàn)場試驗獲取的相關(guān)參數(shù)等勘察數(shù)據(jù)整合到三維地質(zhì)模型中，可用于隧道、基坑的模擬開挖，直觀地反映隧道、基坑所處巖土層及周邊的地層、構(gòu)造、特殊性巖土和不良地質(zhì)作用，促進(jìn)設(shè)計方案的優(yōu)化。

3 BIM 技術(shù)的應(yīng)用方法

3.1 場地三維地質(zhì)模型

外業(yè)鉆孔等數(shù)據(jù)可以通過三維地質(zhì)建模軟件EVS 生成場地整體三維地質(zhì)模型，提供給業(yè)主、設(shè)計、施工人員使用。場地三維地質(zhì)模型建立前，需要搜集軌道交通工程沿線的地形點坐標(biāo)等信息，將采集到的地形點坐標(biāo)數(shù)據(jù)整理成地形數(shù)據(jù)Excel 文件。利用EVS 軟件自帶的工具將鉆孔數(shù)據(jù)Excel 文件地形數(shù)據(jù)Excel 文件分別轉(zhuǎn)成PGF 格式的文件。導(dǎo)入鉆孔數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)PGF 文件之后，通過EVS 軟件內(nèi)部模塊組合，可以生成地層模型或巖性模型。模型的邊界可以通過設(shè)定網(wǎng)格的范圍確定，也可通過導(dǎo)入邊界CAD 文件確定。模型的精度主要取決于數(shù)據(jù)的多少，模型的顯示效果會受到網(wǎng)格精度的影響。場地整體三維地質(zhì)模型還可以與沿線建（構(gòu)）筑物結(jié)合，通過EVS 軟件內(nèi)部模塊組合，建立3D 建筑模型，附著在三維地質(zhì)模型表面，可清楚地展示場地重要建（構(gòu)）物情況。場地整體三維地質(zhì)模型支持疊加航拍正射影像圖，為模型添加紋理材質(zhì)等。鉆孔和剖面、地震數(shù)據(jù)、地形、物探、水文等數(shù)據(jù)也可以集成在場地整體三維地質(zhì)模型中，點擊模型即可直觀查看。

3.2 隧道段三維地質(zhì)模型

場地整體三維地質(zhì)模型建立后，如軌道交通工程含隧道段，可導(dǎo)入軌道交通工程的中線CAD 文件及縱斷面CAD 文件，通過EVS 軟件內(nèi)部模塊生成隧道段三維地質(zhì)模型。隧道段三維地質(zhì)模型能夠展示隧道穿越的構(gòu)造、特殊性巖土及不良地質(zhì)作用等，可促進(jìn)設(shè)計施工方案優(yōu)化。當(dāng)軌道交通工程隧道段穿越不良地質(zhì)作用強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)時，若需要規(guī)避，可通過微調(diào)隧道中線CAD 文件部分節(jié)點的標(biāo)高和坐標(biāo)改變局部位置的隧道段三維地質(zhì)模型，使整個隧道段三維地質(zhì)模型避開不良地質(zhì)作用強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)。無法規(guī)避不良地質(zhì)作用強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)時，根據(jù)隧道段三維地質(zhì)模型，亦可標(biāo)注出不良地質(zhì)作用和隧道交界位置里程，設(shè)計和施工時，應(yīng)對該位置進(jìn)行重點處理。

3.3 明挖段三維地質(zhì)模型

場地整體三維地質(zhì)模型建立后，如軌道交通工程含明挖段，可導(dǎo)入開挖范圍CAD 文件，利用EVS 軟件內(nèi)部模塊對整體模型或單獨(dú)建立的明挖段三維地質(zhì)模型進(jìn)行開挖。模型開挖可計算出開挖深度范圍內(nèi)各土層的體積，也可展示任意標(biāo)高處開挖面的地層情況，促進(jìn)軌道交通工程勘察、設(shè)計、施工工作一體化。

3.4 特殊性巖土、不良地質(zhì)作用、地質(zhì)構(gòu)造三維地質(zhì)模型

軌道交通工程沿線可能揭露較多的特殊性巖土，如填土、軟土、殘積土和風(fēng)化巖等。填土層一般空隙較大，土質(zhì)不均勻、承載力較低、自穩(wěn)性差；軟土層具有高壓縮性、靈敏度較高的特點，施工后沉降時間長、沉降量大；殘積土、風(fēng)化巖在水平和豎直方向分布不均，泡水易軟化崩解，承載力降低；不良地質(zhì)作用如溶洞等對軌道交通工程建設(shè)影響巨大，需要特殊處理；地質(zhì)構(gòu)造的走向、性質(zhì)對軌道交通工程安全影響巨大，直接關(guān)系到軌道交通工程的整體穩(wěn)定性。因此，對特殊性巖土、不良地質(zhì)作用、地質(zhì)構(gòu)造建立起單獨(dú)的、精度更高的三維地質(zhì)模型尤為必要，可用于確定軌道交通工程建設(shè)重大風(fēng)險區(qū)域，減少工程風(fēng)險。

4 BIM 技術(shù)應(yīng)用難點

BIM 技術(shù)在軌道交通工程中的應(yīng)用難點主要包括模型精度、多次修正等方面。軌道交通工程一般是線路工程，鉆孔布置呈線型分布，沿線路方向模型精度較高，垂直于線路方向模型精度較低，應(yīng)采用原位測試、物探等技術(shù)手段搜集地質(zhì)資料，提高模型垂直方向精度。沿線路方向鉆孔數(shù)據(jù)較少時，模型不具代表性，需增加鉆孔布置密度。利用三維地質(zhì)模型時，將增補(bǔ)鉆孔資料和施工過程中現(xiàn)場揭露的地質(zhì)情況補(bǔ)充到模型中，對模型進(jìn)行多次修正，使模型更具代表性。

5 結(jié)語

軌道交通工程勘察中利用BIM 技術(shù)可以建立起場地、隧道段、明挖段等三維地質(zhì)模型，可以清晰地展示場地地質(zhì)情況，展示隧道面穿越的特殊性巖土、不良地質(zhì)作用、地質(zhì)構(gòu)造等，模擬明挖段的開挖，有利于勘察、設(shè)計、施工一體化，增強(qiáng)各專業(yè)協(xié)同，推進(jìn)項目進(jìn)展，減少工程風(fēng)險。