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      BIM 技術在巖土工程勘察中應用

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      BIM 技術在巖土工程勘察中應用

      【摘要】BIM技術作為一種新的工程建設理念,在巖土工程勘察中的應用日益廣泛。為了提高巖土工程勘察水平,論文分析了BIM的基本概念,介紹了常用BIM建模平臺(如Autodesk平臺、Bentley平臺等)及其優勢領域,從三維可視化、信息關聯性、共享性等方面分析了BIM技術在巖土工程勘察中的應用優勢,并結合某工程實例,探討了Civil3D軟件建立三維地質信息模型的具體流程,研究成果可以為類似巖土工程勘察作業提供一定的理論指導。

      【關鍵詞】BIM技術;巖土工程;地質勘察;三維可視化

      1引言

      傳統的巖土工程勘察往往是通過坑探、鉆探等方式得到基本數據,并采用鉆孔柱狀圖、剖面圖等二維圖紙來展示勘察成果,往往不夠直觀。隨著計算機技術的飛速發展,BIM技術作為一種新的工程建設理念,在巖土工程勘察中的應用日益廣泛,可以在很大程度上提高勘察項目的集成化程度。國內外學者和工程技術人員也針對BIM技術在巖土工程勘察中的應用展開了部分研究,如羅霄等【1】歸納總結了巖土工程勘察期間可能存在的問題,并分析目前常用的BIM核心建模平臺的優缺點及應用優勢;于鳳樹等【2】基于“點-面-體”三維地層建模理念,并選擇克里金算法來插值擬合出地層數據,采用三棱柱模型生成三維模型,為設計單位提供了可靠的巖土勘察結果。因此,研究BIM技術在巖土工程勘察中的應用具有十分重要的工程意義。

      2BIM技術基本理論及平臺選擇

      2.1BIM概念。BIM技術指的是“建筑信息模型”,最早由美國查克·伊士曼教授提出。但是,隨著BIM技術的不斷發展創新,國內外對于BIM技術仍然沒有一個完全統一的定義,如莫特森公司認為,BIM是對建筑結構物的一種智能化模擬,具有空間化、定量化、全面化等特點;麥格勞-希爾建筑公司認為,BIM技術就是通過建立三維模型來實現對工程項目的設計、施工、養護、運營等工作的協同化管理。筆者認為,BIM技術不僅僅是某一款軟件能夠實現的,而是利用多款軟件將工程項目的各參建單位的信息集合在一起協同工作的綜合化平臺。

      2.2BIM建模軟件選擇。在基于BIM技術進行巖土工程勘察建模時,首先要確定合適的建模軟件。目前,國內外有很多公司參與了BIM軟件的研發,成果較為突出的有Autodesk、Bentley等公司,各自的優勢領域見表1。大多數BIM建模軟件都有配套的輔助插件,經過筆者深入調研:Autodesk平臺軟件操作界面較為友好、開放程度大(能用C#語言進行功能二次開發),且能夠較好地適應國內的設計環境。Autodesk平臺建模軟件主要有Revit和Civil3D等,二者分別適用于建筑項目和交通、水利等基礎設施建設。而巖土工程勘察工作較為特殊,既可以算作建筑物范疇,又屬于道路工程范疇,筆者在查閱相關工程實例后,認為可采用Civil3D來開展巖土勘察設計中的三維建模工作【3】。

      3BIM技術在巖土工程勘察中的應用優勢

      BIM技術在巖土工程勘察中應用的核心理念應當是將該工程的地質模型、鉆孔位置及水位線等項目三維數字化,從而全面地展現巖土工程勘察的作業成果,提高其勘察水平。BIM技術應用巖土工程勘察中的優勢是三維可視化、信息關聯性、共享性和壓縮性等【4】。

      3.1三維可視化。傳統的巖土工程勘察作業往往采用二維圖紙來展示勘察成果,但并不直觀,不利于工程技術人員的理解。而三維可視化是BIM技術最重要的優勢之一,它能夠利用計算機軟件對二維線條整合形成三維模型,同時,三維圖形能夠展示真實地質環境,在很大程度上方便了技術人員之間的相互交流及協同工作,減少了工程風險。

      3.2信息關聯性。BIM技術在創建地質模型構件時能夠賦予構件相關聯參數,如建立鉆孔模型時可輸入其深度、單價等信息。這樣能夠很大程度上減少項目信息的重復輸入,減小了信息輸入錯誤的可能性。同時,在BIM模型中,某一項信息因存在問題需要修改,則與之相關聯的信息就會自動更新,大大提高了巖土勘察人員的工作效率及準確性。

      3.3信息共享性。巖土工程的勘察資料可能需要在工程各參建方(如設計單位、業主單位等)之間流轉查閱,而BIM模型可以將勘察成果集成為一個數據文件,在很大程度上提高了各參建單位之間的協同工作。

      4BIM技術在巖土工程勘察中的工程應用

      4.1研究區背景。本文針對某巖土工程開展了鉆孔勘察作業,該區域地形起伏較小,地勢南高北低,最大相對高差約100m,區域地層以砂巖、亞砂土為主。勘察區域內共布置了30個鉆孔(見圖1),并利用鉆孔所得數據來確定地層分界點。

      4.2地形模型的構建。筆者先將DWG格式的地形圖進行預處理,再導入BIM建模軟件中,利用Civil3D的“曲面建模”功能(面向對象)進行建模,具體操作如下:將地形圖的圖層定義為等高線對象、高程點對象2大類,利用“創建曲面”命令創建三角網曲面,將等高線加入曲面數據中,并進行可平滑處理。

      4.3實體模型建立。在Civil3D軟件中,地層三維實體模型主要與地層或地形曲面、體量元素密切相關【5】。筆者首先利用Civil3D的“drape”命令將等高線轉變為體量元素。隨后,選中上層曲面和下層曲面,利用“Explood”對曲面進行分解,得到多段線作為地層實體模型的基礎。最后,設置網格尺寸和基準厚度(大于地層厚度)后,生成地層三維模型,如圖2所示。

      5結語

      本文分析了BIM技術的基本理論、軟件平臺選擇、應用優勢及三維地層模型建立等,主要得到以下3個方面的結論:(1)BIM技術是利用多款軟件將工程項目的各參建單位的信息集合在一起協同工作的綜合化平臺;(2)BIM技術在巖土工程勘察中應用的核心理念應當是將該工程的地質模型、鉆孔位置及水位線等信息三維數字化,具有三維可視化、信息關聯性、共享性等優勢;(3)三維地質模型可以創建三角網曲面,并將等高線加入曲面數據進行可平滑處理,且與地層或地形曲面、體量元素密切相關。目前,將BIM技術廣泛用于巖土工程勘察仍有一定的困難,但必將成為一種未來趨勢。

      【參考文獻】

      【1】羅霄.BIM技術在巖土勘察成果三維可視化的應用研究[J].工程建設與設計,2020(7):53-55.

      【2】于鳳樹,呂鳳華,劉寶華,等.基于BIM技術地質體三維模型構建關鍵技術的研究[J].工程勘察,2018,46(8):37-40.

      【3】王志云,羅皓.BIM在建筑工程巖土勘察三維虛擬現實可視化中的應用[J].工程技術研究,2018(8):107-108.

      【4】張國峰.BIM在建筑工程巖土勘察三維虛擬現實可視化中的應用[J].建筑技術,2017,48(3):275-277.

      【5】戴一鳴,任彧.第七屆全國巖土工程實錄交流會特邀報告———探討BIM在工程勘察應用的可行性[J].巖土工程技術,2016,30(1):6-11.

      作者:鄭豪 寧豪杰 單位:湖北省核工業地質局

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