基于地質(zhì)BIM模型與有限元分析的鐵路高邊坡多源融合健康監(jiān)測

孫凱強，劉驚灝，蘇 謙，程李娜，牛云彬，李艷東

(1.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063; 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都 610031)

引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域重大工程的不斷推進,建設(shè)難度極大的高邊坡工程也隨之增多。為保證施工和運營安全,對高邊坡進行自動化健康監(jiān)測已經(jīng)成為趨勢,并已在鐵路、公路、水電等領(lǐng)域的邊坡工程中有大量應(yīng)用[1-5]。針對高邊坡的自動化健康監(jiān)測,通常需要布設(shè)大量傳感器以采集數(shù)據(jù)。當前對傳感器的布設(shè)一般采用基于規(guī)范要求與現(xiàn)場實際情況的主觀布置[6-7]。然而,這種布置方式一方面極易忽視邊坡實際最不利區(qū)域;另一方面,卻又可能將傳感器集中在邊坡穩(wěn)定區(qū)域,致使耗費大量的人力、物力。為解決上述問題,學(xué)者們常以有限元計算作為主要手段,來分析監(jiān)測對象的最不利位置,為監(jiān)測系統(tǒng)的精細化布置提供理論依據(jù)。程愛平等對成蘭鐵路路塹邊坡在支護后的安全性進行二維有限元分析,分析了特定斷面處的穩(wěn)定性,并與監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比[8]。同樣有更多學(xué)者基于二維有限元分析進行了類似工作[9-10],但采用二維計算往往只能對特殊斷面進行驗算,獲取相應(yīng)斷面處的計算結(jié)果,指導(dǎo)同一斷面處的監(jiān)測傳感器布置,卻無法保證三維計算結(jié)果連續(xù)性,從而無法找到最危險斷面的確切位置;一般地,準三維檢算是在二維截面基礎(chǔ)上完成拉伸,以實現(xiàn)三維分析模型的創(chuàng)建,其模型在線路縱向并無實質(zhì)變化,故計算結(jié)果無法體現(xiàn)沿線路方向地質(zhì)變化所導(dǎo)致的穩(wěn)定性差異,無法體現(xiàn)出研究區(qū)段內(nèi)的不利情況分布[11-13]。綜上所述,由于邊坡失穩(wěn)為三維空間問題,常用的二維和準三維分析不一定能夠準確獲取其最不利位置,因而考慮從有限元模型創(chuàng)建的角度來進一步優(yōu)化三維分析模型,以更有效地指導(dǎo)監(jiān)測體系的布置。

BIM技術(shù)憑借強大的幾何造型能力描述結(jié)構(gòu)物幾何形狀,以系統(tǒng)集成化的信息管理手段實現(xiàn)全生命周期的數(shù)據(jù)流管理,成為了新基建中的數(shù)據(jù)資產(chǎn)載體[14-15]。但其在三維地質(zhì)建模方面功能還并不成熟,導(dǎo)致其在邊坡、隧道等同地質(zhì)情況密切關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性分析應(yīng)用時存在困難。隨著復(fù)雜地質(zhì)條件下設(shè)計、施工的深入推進,傳統(tǒng)二維地質(zhì)成果已經(jīng)不能滿足應(yīng)用需求。GMS、Vulcan、Minexprorer等商業(yè)化三維建模軟件雖具有強大的建模功能,且融合了地質(zhì)專業(yè)分析模塊,但它們同BIM模型之間存在幾何模型轉(zhuǎn)換不精確、非幾何信息無法互通等壁壘,致使高質(zhì)量的地質(zhì)模型無法進入BIM工作流程,并造成了數(shù)據(jù)孤島的出現(xiàn)。因此,部分學(xué)者[16-17]基于鉆孔、剖面圖、物探結(jié)果等單一數(shù)據(jù)在BIM環(huán)境中嘗試進行建模研究,但其所構(gòu)建地質(zhì)模型精確性仍尚有提升空間。

對此,提出一種基于BIM技術(shù)集成地質(zhì)數(shù)據(jù)融合、Kriging算法數(shù)據(jù)加密和地質(zhì)模型實體創(chuàng)建全過程的方法,充分擴展BIM模型對地質(zhì)信息的表達能力?；凇耙荒６嘤谩崩砟?將高精度邊坡模型導(dǎo)入有限元軟件進行真三維有限元穩(wěn)定性分析,以指導(dǎo)精細化的健康監(jiān)測方案布置,提升智能監(jiān)測的可靠程度與效率。

1 方法概述

針對上述分析,提出基于BIM環(huán)境創(chuàng)建精細化三維地質(zhì)模型,并應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析中,以更加符合邊坡真實穩(wěn)定性的計算結(jié)果指導(dǎo)健康監(jiān)測布點。其總體流程如圖1所示,主要包含以下3個步驟。

圖1 基于三維地質(zhì)BIM模型優(yōu)化邊坡健康監(jiān)測流程

(1)多元數(shù)據(jù)解析與融合

通過開發(fā)Python算法及優(yōu)化Revit軟件,實現(xiàn)鉆孔數(shù)據(jù)與剖面數(shù)據(jù)解析,基于空間三維坐標進行數(shù)據(jù)匹配融合,使用Kriging算法完成數(shù)據(jù)加密與柵格化處理。

(2)BIM環(huán)境內(nèi)的三維地質(zhì)模型構(gòu)建

基于Dynamo可視化編程開發(fā)算法,實現(xiàn)“點、線、面、體”漸進式的地質(zhì)實體模型創(chuàng)建。

(3)邊坡穩(wěn)定性分析與健康監(jiān)測優(yōu)化

基于精細化的BIM邊坡地質(zhì)實體,進一步優(yōu)化模型細節(jié);將BIM模型轉(zhuǎn)換為邊坡穩(wěn)定性分析模型,快速實現(xiàn)有限元前處理,并通過強度折減法計算邊坡穩(wěn)定性。

2 基于BIM的多元地質(zhì)數(shù)據(jù)解析與融合

2.1 BIM環(huán)境下地質(zhì)數(shù)據(jù)解析融合流程

經(jīng)地質(zhì)勘察,形成懷化西編組站高邊坡工程地質(zhì)資料,包括但不限于:鉆孔數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)橫斷面、平縱斷面圖、巖土性能測試等,并基于勘察資料形成了一系列設(shè)計資料。本文研究基于Revit提取路基橫斷面設(shè)計圖資料中的地層分界線信息,融合地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)進行BIM環(huán)境中的三維地質(zhì)模型創(chuàng)建。

本項目于勘察范圍內(nèi)鉆孔467處,孔深總計19 191.87 m。鉆孔數(shù)據(jù)描述了鉆孔編號、鉆孔點位的空間坐標、鉆孔中各地層性質(zhì)及揭露厚度等信息,由地質(zhì)鉆孔施工直接采集而來,對采樣鉆孔處的地質(zhì)情況給予最準確的描述。但是,限于其采樣密度,用于三維地質(zhì)建模時,鉆孔點之間的地質(zhì)情況存在不確定性;不同里程處路基橫斷面設(shè)計圖中的地層分界線,即剖面數(shù)據(jù),是人為對基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)進行處理,在鉆孔離散數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)了各個斷面處的數(shù)據(jù)擬合。但剖面數(shù)據(jù)無法表達各斷面之間的地質(zhì)情況。

兩者數(shù)據(jù)表現(xiàn)為異構(gòu)形式數(shù)據(jù),但其在空間坐標層面存在明確的關(guān)聯(lián)性,即剖面數(shù)據(jù)雖然以圖片形式呈現(xiàn),其本質(zhì)上是專業(yè)人員在不同斷面上繪制了地層線信息,這些幾何信息在斷面圖內(nèi)存在相互制約關(guān)系。通過確定斷面在三維空間內(nèi)的位置,即可進一步推算出各地層分界線控制點在三維空間內(nèi)的具體坐標表達,將圖像信息解析轉(zhuǎn)換為點云數(shù)據(jù),其流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)融合整體流程

2.2 數(shù)據(jù)解析與融合實現(xiàn)

Revit作為使用率極高的BIM軟件,其通過項目基點、項目觀測點及草圖局部空間坐標系進行復(fù)雜BIM模型的綜合坐標體系搭建,能夠為剖面數(shù)據(jù)與鉆孔數(shù)據(jù)解析融合提供統(tǒng)一空間坐標體系。Dynamo是一款用于擴展Revit軟件功能的可視化編程工具,其對Revit API所提供的接口進行了二次封裝,通過可視化代碼塊將不同函數(shù)、方法進行自由組合,以實現(xiàn)程序化功能。將原本需要用戶采用人機交互進行模型構(gòu)建的方式轉(zhuǎn)化為了使用可視化代碼自動建模,真正實現(xiàn)BIM模型生成的參數(shù)化、自動化。

采用“點、線、面、體”逐層構(gòu)建的模式生成三維地質(zhì)模型,將剖面數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為空間點數(shù)據(jù),可為后續(xù)建模工作打下基礎(chǔ),以實例數(shù)據(jù)分析剖面解析與融合的步驟如下。

(1)剖面空間配準

將地質(zhì)建模區(qū)域附近某一點的空間坐標設(shè)置為Revit觀測點坐標,根據(jù)實際線路中線控制點三維坐標在Revit中繪制線路中線。路基邊坡橫斷面設(shè)計圖中包含了地質(zhì)分層線,同時其標注了線路中線位置,將其導(dǎo)入Revit中,使其與Revit中的線路中線位置對齊,并垂直于對應(yīng)中線處的法線方向,即可實現(xiàn)剖面上各個位置與實際三維空間定位坐標相匹配,如圖3所示,在Revit中基于線路中線導(dǎo)入了懷化西編組站高邊坡GDK1+810～GDK1+890間5個斷面的路基斷面設(shè)計CAD圖,其比例尺均為1∶1。

圖3 基于線路中心線的圖層配準

(2)CAD圖紙解析為BIM內(nèi)線條對象

使用Dynamo中CurvesFromCADLayers節(jié)點,此節(jié)點可通過輸入一個已導(dǎo)入Revit中的CAD圖紙的圖層名進行圖紙線段篩選,進而將CAD圖紙中的地層分界線轉(zhuǎn)換為Dynamo中可以操作的Curve線。

(3)剖面線關(guān)鍵控制點數(shù)據(jù)提取并導(dǎo)出

使用Curve.PointAtParameter(t)節(jié)點,其中t為起點到所獲取點的距離占曲線總長度的百分比,每間隔一定數(shù)值輸入t,間隔值越小則控制點越密集。獲取剖面上各控制點的三維空間坐標及其包含的地質(zhì)信息,即完成剖面數(shù)據(jù)解析,可將解析結(jié)果以.csv格式進行存儲。線型解析及控制點解析過程與解析效果如圖4所示。

圖4 剖面線與控制點提取

剖面數(shù)據(jù)經(jīng)上述處理后,即完成了圖片信息向空間三維控制點信息的轉(zhuǎn)換。為實現(xiàn)空間三維控制點數(shù)據(jù)與地質(zhì)鉆孔csv數(shù)據(jù)的格式統(tǒng)一,將其導(dǎo)出為包含經(jīng)距X、緯距Y、高程Z及控制點所在地層名信息的csv文件。上述兩csv文件進行合并,形成由剖面數(shù)據(jù)及鉆孔數(shù)據(jù)聯(lián)合控制的地質(zhì)建?；旌蠑?shù)據(jù),部分數(shù)據(jù)如表1所示。其中,地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)為地質(zhì)勘察鉆孔采樣后,按照建模需要進行整理所得。

表1 融合剖面及鉆孔數(shù)據(jù)的部分控制點

3 BIM環(huán)境中三維地質(zhì)模型創(chuàng)建

3.1 地質(zhì)融合數(shù)據(jù)增強

剖面與地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)融合之后,已經(jīng)在數(shù)據(jù)源的層次上實現(xiàn)了地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的增強,但是上述數(shù)據(jù)在各剖面之間的控制點仍較稀疏,具有進一步優(yōu)化空間。因此,需要使用空間插值算法對既有數(shù)據(jù)進行插值補充,以提升數(shù)據(jù)點密度。

克里金插值法基于變異函數(shù)和結(jié)構(gòu)分析,可以實現(xiàn)對一定空間范圍內(nèi)未采樣點的取值進行無偏最優(yōu)估計,其關(guān)鍵公式如下[18]

(1)

其中,通過變異函數(shù)在無偏性和最小方差等條件約束下計算得到權(quán)重系數(shù)λi,使得計算結(jié)果更加符合真實環(huán)境。

研究者們基于各種假設(shè)條件發(fā)展了不同的克里金算法[19]。在地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中,認為區(qū)域化變量隨機二階平穩(wěn),即變量的均值是常量,且變量間的協(xié)方差僅與距離有關(guān)。因此,基于Python語言,使用Pykrige庫的OrdinaryKriging模塊搭建普通Kriging插值增強算法,將前文生成的地質(zhì)混合數(shù)據(jù)導(dǎo)入算法之中,以估計出建模范圍內(nèi)各個柵格點處高程值,實現(xiàn)建模數(shù)據(jù)加密與柵格化處理。

3.2 地質(zhì)模型創(chuàng)建

基于Dynamo的地質(zhì)實體創(chuàng)建,總體流程如圖5所示。

圖5 基于Dynamo的地質(zhì)實體創(chuàng)建流程

地質(zhì)融合數(shù)據(jù)經(jīng)前文Kriging算法處理后,形成柵格化的空間點陣,采用“點、線、面、體”逐步處理建模數(shù)據(jù),使用Dynamo可視化編程生成地質(zhì)模型實體,主要有以下幾個步驟:(1)NurbsCurve對每一列點進行擬合生成曲線;(2)將同一層面所有曲線輸入Surface.Byloft節(jié)點中,生成地質(zhì)層面,將表層地層面與某一高程處的投影面進行Solid.Byloft處理,即可生成符合地質(zhì)表面形狀但不包含地質(zhì)內(nèi)部分層信息的地質(zhì)實體;(3)最后使用地質(zhì)體內(nèi)部每一層地質(zhì)層面對地質(zhì)實體進行切割,實現(xiàn)地質(zhì)實體的劃分。

3.3 精細化邊坡模型創(chuàng)建與分析模型傳遞

在生成地質(zhì)模型基礎(chǔ)上,完成邊坡開挖,并根據(jù)設(shè)計方案在Revit中利用預(yù)置族庫創(chuàng)建邊坡支護設(shè)施等模型,具體建模過程不再贅述,如圖6所示。

圖6 精細化三維地質(zhì)邊坡BIM模型

基于“一模多用”理念,可將BIM模型直接用于邊坡有限元分析[20]。邊坡本體、框架梁、樁板墻等結(jié)構(gòu)可導(dǎo)出為*.sat格式文件,錨桿等受力特性在有限元分析模型可作簡化的模型可提取為起終點坐標,進而在Abaqus中快速實現(xiàn)模型重建與前處理工作,快速轉(zhuǎn)換為有限元分析模型,模型轉(zhuǎn)換流程如圖7所示。在Revit中,選中實體單元后,可直接導(dǎo)出相關(guān)模型為*.sat文件;基于Revit API中的模型操作接口,開發(fā)特征點提取算法,提取所選中模型的兩端點截面中心坐標,并通過代碼操作Excel表,按格式生成*.csv文件。

圖7 BIM模型與有限元分析模型轉(zhuǎn)換流程

生成中間文件后,在ABAQUS中通過導(dǎo)入實體部件方式,導(dǎo)入*.sat文件;編寫python script腳本,讀取起、終點坐標方式創(chuàng)建桿單元,實現(xiàn)批量生成。模型導(dǎo)入后,可按照有限元分析步驟進行部件裝配、材質(zhì)賦予、網(wǎng)格劃分等操作,形成與BIM模型相對應(yīng)的有限元分析模型,如圖8所示。

校長憑借什么領(lǐng)導(dǎo)學(xué)校？對這個問題，很多校長包括我自己在內(nèi)，都很難準確回答出來，我們雖然每天都在管理學(xué)校，但很少去認真思考，具備哪些能力，校長才是合格的。

圖8 ABAQUS處理的邊坡有限元分析模型

區(qū)別于傳統(tǒng)準三維有限元模型,上述模型可真實體現(xiàn)實際地質(zhì)情況,為計算出符合工程實際穩(wěn)定性分布狀態(tài)的結(jié)果與指導(dǎo)健康監(jiān)測方案布置打下基礎(chǔ)。

4 精細化模型在高邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用

4.1 工程背景

渝懷鐵路梅江至懷化段增建第二線引入懷化樞紐工程,其中超高邊坡里程為GDK1+125～GDK2+362,邊坡共14級,垂直最大高度124 m,此邊坡因其建設(shè)在地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū),存在高度大、級數(shù)多、支護措施復(fù)雜等特點,建設(shè)區(qū)段于2020年12月建成投入運營。為保障邊坡運營期整體穩(wěn)定性,并驗證其支護效果,需對其進行系統(tǒng)性的健康監(jiān)測,以掌控其穩(wěn)定性變化情況。

4.2 監(jiān)測方案優(yōu)化

高邊坡區(qū)段巖土性質(zhì)本身較為穩(wěn)定,邊坡坡面以粉質(zhì)黏土為主,下臥砂巖和灰?guī)r,表層的硬塑狀粉質(zhì)黏土相對軟弱,但承載力較高。根據(jù)設(shè)計資料可知,為了保證巖土體開挖的施工安全,高邊坡全段采用坡面框架梁錨桿、分級設(shè)置寬平臺、重點區(qū)域設(shè)抗滑樁、坡腳樁板墻等多種防護措施相結(jié)合的方案進行加固,經(jīng)二維傳統(tǒng)極限平衡法和有限元極限平衡法檢算,建設(shè)完成后所有斷面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.422～5.813,整體穩(wěn)定性較佳。

然而,二維斷面的檢算結(jié)果沿線路縱向不具備連續(xù)性,并不能準確判斷出整體最危險斷面,為保證自動化監(jiān)測系統(tǒng)可采集最不利位置信息,同時保證方案經(jīng)濟性,需針對不利工點建立精細化BIM模型,進行三維有限元計算,為監(jiān)測方案優(yōu)化提供初步指導(dǎo)。區(qū)段內(nèi)主要包括如下2種不利工況。

(1)超高邊坡

GDK1+810～GDK1+890區(qū)段高邊坡達到14級,總高度達124 m,需重點監(jiān)測其運營期狀態(tài)。

(2)斷層復(fù)雜地質(zhì)

在GDK2+150附近受盈口斷層影響,區(qū)段內(nèi)地層巖性局部發(fā)生倒轉(zhuǎn),灰?guī)r地層在上,砂巖地層在下部,巖體較破碎,地質(zhì)條件極為復(fù)雜,故是高邊坡中需重點監(jiān)測的區(qū)段。

4.3 有限元分析與監(jiān)測方案布置

按照前文所述精細化BIM模型構(gòu)建流程,分別構(gòu)建2個重點區(qū)段BIM模型,并轉(zhuǎn)為有限元分析模型,超高邊坡段模型見圖6、圖8,斷層復(fù)雜地質(zhì)段BIM模型及有限元轉(zhuǎn)換后模型如圖9所示。

圖9 斷層復(fù)雜地質(zhì)BIM模型與有限元分析模型

三維有限元分析可得到邊坡整體安全系數(shù)和潛在滑動面。為判斷出最危險的斷面,將位移云圖進行切片,如圖10所示。14級高邊坡區(qū)段穩(wěn)定性系數(shù)為1.604,由于區(qū)段內(nèi)的巖層較平整,各斷面的邊坡破壞形式相近,故可在最高處即GDK1+850處斷面附近增加監(jiān)測點;斷層區(qū)間邊坡失穩(wěn)主體為開挖揭露的泥質(zhì)砂巖,穩(wěn)定性較高(安全系數(shù)為2.048),但弱風化的泥質(zhì)砂巖與灰?guī)r的接觸面很不規(guī)則,邊坡易沿著砂巖與灰?guī)r的交界面發(fā)生滑動,可在砂巖較厚的GDK2+110和GDK2+200斷面處加強監(jiān)測。

對高邊坡全段進行自動化監(jiān)測系統(tǒng)布置,其典型監(jiān)測設(shè)備布置斷面如圖11所示。高邊坡段(6級)里程編號為GDK1+325～GDK2+225,里程長度總計900 m,邊坡共14級,垂直最大高度124 m,普通區(qū)段每80 m布置1個斷面,重點關(guān)注區(qū)域斷面設(shè)置在有限元分析結(jié)果所確定的最不利斷面處,即GDK1+850、GDK2+110和GDK2+200。

圖11 監(jiān)測方案布設(shè)典型斷面(單位:m)

4.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

上述高邊坡于2020年12月竣工投入運營使用,同時按照前文所提出的自動化健康監(jiān)測方案進行監(jiān)測實施。監(jiān)測至2022年2月,邊坡累計位移及位移速率均未超過預(yù)警閥值,邊坡安全狀況良好。下文選取超高邊坡區(qū)段及復(fù)雜斷層地質(zhì)區(qū)段,重點分析區(qū)段內(nèi)各最不利斷面監(jiān)測最大累計位移數(shù)據(jù),如圖12所示。

圖12 最不利區(qū)段現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)

從整體上看,最不利區(qū)段在X方向及Y方向的位移均在±5 mm以內(nèi),最大位移一般發(fā)生在土體淺層位置。邊坡絕大多數(shù)監(jiān)測點處于穩(wěn)定蠕變、減速蠕變甚至是穩(wěn)定波動階段,截止至數(shù)據(jù)分析日期,最不利區(qū)段邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。重點區(qū)域以外監(jiān)測點位,表現(xiàn)形式均與此區(qū)段類似。

其中,GDK2+110斷面一級邊坡深度0 m處的Y方向累計位移從監(jiān)測開始至今一直處于增加狀況,X方向累計位移處于波動上升階段,其位移增加緩慢,但暫未呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài),需在后期持續(xù)進行監(jiān)測,確保結(jié)構(gòu)物安全。綜合全部監(jiān)測數(shù)據(jù),邊坡累計位移及單日位移速率均未超過GB50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中所設(shè)限值,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)有限元計算確定的最不利監(jiān)測斷面累計位移數(shù)據(jù),大于同區(qū)段內(nèi)其他監(jiān)測斷面?；诰毣刭|(zhì)BIM模型及強度折減法的真三維穩(wěn)定性分析,可以有效地對邊坡監(jiān)測布置進行優(yōu)化。

4.5 基于BIM模型的監(jiān)測可視化管理

通過重點區(qū)段監(jiān)測數(shù)據(jù)圖表達方式可以看出,圖表模式對海量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行可視化表達效果不佳,難以展示監(jiān)測體系整體狀態(tài)。因此,基于Cesium引擎,開發(fā)可供監(jiān)測預(yù)警信息可視化的云平臺。將各監(jiān)測設(shè)備的BIM模型放置在邊坡中對應(yīng)位置,并實現(xiàn)監(jiān)測傳感器模型與監(jiān)測數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)連接,以數(shù)據(jù)驅(qū)動模型色彩屬性發(fā)生變化。展示監(jiān)測情況,如圖13所示,所有傳感器均處于綠色(穩(wěn)定)狀態(tài)。若監(jiān)測指標超過預(yù)警值,則表現(xiàn)為黃色與紅色。在平臺中對眾多監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)進行可視化管理,提升了監(jiān)測數(shù)據(jù)的使用效率。

圖13 監(jiān)測BIM模型在云平臺中可視化效果

5 結(jié)語

(1)提出一套在BIM環(huán)境中實現(xiàn)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)與剖面數(shù)據(jù)的融合方法,在Revit內(nèi)完成剖面數(shù)據(jù)向三維空間控制點數(shù)據(jù)的解析,并基于三維空間坐標系配準實現(xiàn)剖面與鉆孔數(shù)據(jù)的融合,為多元地質(zhì)數(shù)據(jù)融合提供了新思路。在BIM環(huán)境中引入多元地質(zhì)數(shù)據(jù),為基于BIM技術(shù)的三維地質(zhì)建模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(2)基于Nurbs曲線及曲面建模方法,運用“點、線、面、體”模式,漸進式流程,實現(xiàn)在BIM環(huán)境內(nèi)創(chuàng)建三維地質(zhì)模型,所創(chuàng)建的模型分層準確、過渡均勻。將精細化的BIM地質(zhì)模型轉(zhuǎn)換為相關(guān)有限元分析模型,有效提高分析模型精度,為邊坡健康監(jiān)測中最不利位置的判釋提供新方法。

(3)基于精細化BIM地質(zhì)模型,采用強度折減法對懷化西編組站高邊坡2處特殊工況的穩(wěn)定性進行分析,成功提取出邊坡最不利位置,并指導(dǎo)健康監(jiān)測點位布置。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測驗證,該邊坡總體處于穩(wěn)定狀態(tài),且其最不利位置的累積位移普遍大于同區(qū)段一般測點,該優(yōu)化監(jiān)測方案布設(shè)合理,拓寬了BIM技術(shù)在指導(dǎo)邊坡健康監(jiān)測方面的應(yīng)用。