BIM设计在岩溶勘察中的应用

徐德敏*，陈春文



BIM设计在岩溶勘察中的应用

徐德敏*，陈春文

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都，610072）

BIM的概念和技术多被用在建筑工程行业,近几年来，在水电工程中也普遍得到应用，但相关文献较少。本文就岩溶勘察采用BIM设计手段，对原始数据采集、三维数字建模、溶洞空间分布特征、工程处理措施等全生命周期进行了系统介绍。采用三维数字建模，直观地揭示了溶洞分布的具体位置、规模，提出了解决方案，为BIM设计技术在水电工程的推广应用，提供了可以借鉴的案例。

建筑信息模型（BIM）；Geo Smart；GOCAD；岩溶塌陷；等值线图

引言

BIM（Building Information Modeling）是基于三维数字技术基础之上以实现提升建筑工程产业链上各环节质量和效率为目的的系统工程技术，它集成了项目参与各方对项目赋予的信息，它涵盖了从项目策划、设计、施工、运营维护直至拆除全生命周期内的所有数据，其核心内容是三维、信息以及过程。工程中常采用单一的三维数字建模技术[1～2]，而包含数字信息系统BIM技术的运用相对较晚，姚远在2011年时对BIM协同设计现状进行了较为全面阐述[3]，该技术首先应用于房屋建筑中，肖良丽等对其在建筑中的应用优势进行了论述[4]，在水电工程和其他工程项目的运用也得到越来越多的应用[5、6]。本文结合猴子岩营地灾害治理，对BIM技术在水电工程中的应用提供可以借鉴的范例。

猴子岩水电站业主营地是一套冰水堆积形成的台地，在紧邻营地对外交通公路水泥路面路基于2015年9月发生了岩溶塌陷，形成了一个地表直径约8～9m（下部直径2～3m），深度30～40m塌陷坑，塌陷坑内回填石渣100余车，约1500m3。为确保业主营地及周边人员、建筑物安全，需对岩溶地质灾害进行工程治理。目前共完成钻孔15个，物探瞬变电磁剖面9条，高密度电法剖面4条。

1 设计过程

Geo Smart（水电水利工程地质信息管理系统）平台是由中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司地质处自主研发的BIM操作平台，该系统利用数据库及网络技术，承担着工程地质三维设计系统的原始地质资料、地质分析成果的管理及系统对外数据交流，分为数据现场采集、数据录入、基础地质及工程地质初步分析、常用地质报表输出、GOCAD对象创建及输出、地质分析成果等的管理功能。进入该系统的基础界面如图1所示：首先，将所有勘探信息永久录入到工程地质信息管理系统中，包括工程信息、勘探布置、原始地质资料，并将数据同步到网络数据库中，形成同一项目中所有人都可以随时调用的共用地质资料，并在此基础上对基础地质资料进行解析分析；因为保存在统一的数据库中，随时都可以快捷调用相关地质资料信息，包括岩芯照片、最初的地质编录及其相关责任人。然后，在工程地质三维解析系统中，打开GOCAD三维建模软件，调用解析成果，进行数字建模，并将三维模型发布到网上形成可以共同调用使用的部件，用于勘察、设计当中去。最后，在工程地质综合应用系统中，可以查询相关工程信息、相关建模成果与原始地质资料相关联等信息。

图1 Geo Smart工程地质三维设计系统

2 GOCAD三纺动态分析

GOCAD（Geological Object Computer Aided Design）三维可视化软件具有建模容易、易于更新等显著优点，它采用离散平滑内插方法(Discrete Smooth Interpolation，简称 DSI)作为核心技术，将离散数据转化为连续曲面，建立岩土体的三维模型，逼真地反映地质体的全貌，直观展示各地质单元间的空间关系和因果关系。

采用常规二维作图，将纵、横剖面相同地质线条导入三维，无法拟合在同一个平面上（图2）。这是因为，虽然二维纵、横剖面某一地质界线相交点可以保证在同一平面，但其他点只能根据相邻钻孔资料及地质经验从单个剖面画出剖面线趋势。把这些经过校核审查过的二维剖面线导入三维，就得到图2的情况，图中兼顾了各个剖面地质界线，加上钻孔控制点也完全锁定地质界面（而二维情况，钻孔若未在剖面线上，其控制点资料只能间接引用），最终形成最合理的地质界面。因此，利用GOCAD三维建模，可以更直观、准确地分析由勘探点控制的地质界面的空间走势。利用其自带的二维切图功能，可以快速、高效完成所需要的任意地质图件。

图2 最终的常规作图曲线在GOCAD三维曲面上的相对关系

根据已有钻探和物探资料，结合地质踏勘测绘资料（图3），做出地质体空间分布特征（图4），在对外公路区下游侧黄店子组（Pth）斑状流纹岩地层中未发现有溶蚀现象。研究区基岩溶蚀现象表现为溶孔溶隙和溶洞现象，岩溶塌陷主要是由基岩中的溶洞坍塌所引起的，溶洞在业主营地区仅在靠近支沟侧YKZ15钻孔揭示有溶洞分布（表1），溶洞顶板埋深较大；其他在对外公路区的6个钻孔揭示溶洞分布（表1）范围相对较大，埋深较浅，所以导致岩溶塌陷。

表1 地下溶洞钻探资料统计表

Tab.1 Underground karst cave drilling data statistics

图3 业主营地及对外交通公路岩溶塌陷及地层分界

3 溶洞分布特点及工程治理

研究区范围在业主营地区溶洞顶板埋深一般80～120m，在对外交通公路区埋深一般30～50m（图5）。因在营地区溶洞埋深整体较大，不易产生岩溶塌陷，且分布范围有限，对营地房屋建筑影响不大。在大渡河下游侧公路段无溶蚀现象，在对外交通公路接近营地段溶蚀现象仅以溶孔溶隙为主要特点。受前震旦系黄店子组（Pth）岩层控制，溶洞分布区集中在进业主营地第一个之字形转弯南北方向YKZ01、YKZ04、YKZ06号钻孔区域，溶洞发育向坡外东北方向逐渐变厚，厚度一般30～50m（图6），相应溶洞顶板埋深较浅，一般20～40m（图5），两次岩溶塌陷即发生在该区域附近。

坡体上有生活用水管路通过，存在水管破裂导致水流下渗，对地基稳定不利的隐患；公路过往车辆较多，震动荷载的增加，有可能破坏岩溶的支撑结构，有产生再次塌陷的可能，因此，需对该区域段溶洞分布区进行工程处理。溶洞分布底板高程一般1680～1720m（图6），结合勘探揭示溶洞分布空间特点，有针对性增加必要钻探，并以揭穿该区域溶洞底板高程为控制。在查清溶洞分布具体范围后，采用避开溶洞顶板埋深较浅区域将公路改线，并采用局部碎石桩支撑等手段，进行岩溶塌陷灾害防治。

4 结束语

通过采用BIM设计，认为对外交通公路区溶洞分布区需进行工程处理，处理范围主要集中在进业主营地第一个之字形转弯附近南北方向YKZ01、YKZ04、YKZ06号钻孔区域。

BIM设计具有数字化、可视化、多维化、协同性、模拟性等特点，并贯穿设计、施工、运行等各个阶段。基于数据中心的岩溶勘察与分析一体化技术，实现了地质信息的一体化存储和交换，信息完整；三维设计直观、快捷，成果精度高，提高了工程地质分析评价的合理性；地质属性及地质分析过程完整记录，设计成果可快速追溯。三维建模不是简单的数字模拟，而是三维空间的精确作图。通过GOCAD建模，可快速、准确组建工程地质体的地层、岩性、构造、物理地质现象等的具体分布数字模型，实现了三维空间地质分析、数据库管理、多专业协同设计，快速批量二维切图；提高了地质测绘、勘探工作的针对性，节约了大量钻探工作量。岩溶勘察BIM设计缩短勘察周期约180天，节约成本约300百万元；该技术的应用，推动了地质勘察设计全生命周期信息化的应用空间和发展前景。

[1] 张杰, 武枝. 基于GOCAD的煤矿三维地质建模分析[J]. 应用技术, 2015, (12). 112-113.

[2] 杨红, 王红伟. 基于GOCAD与CATIA的三维地质建模在水利水电工程中的应用[J]. 人民珠江, 2016(5): 54-59. (Yang hong, Wang hongwei. Application of Technology on 3D Geological Modeling Based on GOCAD and CATIA in Hydropower Engineering[J].Pearl River,2016(5):54-59.

[3] 姚远. BIM协同设计的现状[J]. 四川建材, 2011, 37(001): 193-194. (Yao yuan. Present Situation of the BIM Collaborative Design[J]. Sichuan Building Materials, 2011, 37(001): 193-194.

[4] 肖良丽, 等.浅析BIM技术在建筑工程设计中的应用优势[J]. 工程建设与设计, 2013(1): 74-77. (General Advantage Analysis of BIM Technology Application in Structure Design[J]. Construction & Design For Project. 2013(1):74-77.

[5] 秦丽芳. BIM 技术在水电工程施工安全管理中的研究[D]. 华中科技大学, 2013. (Qin lifang, Research on the Application of BIM-based Hydropower Project Construction Safety Management[D]. Huazhong University of Science & Technology, 2013.

[6] 刘伟. BIM技术在工程设计中的应用研究[D]. 东南理工大学, 2015. (Liu wei. Application Research on BIM Technology in Engineering Design[D].South China University of Technology 2015.

BIM Design Application In Karst Survey

XU Demin*, CHEN Chunwen

（Chengdu Engineering Corporation Limited of Power China, Sichuan Chengdu, 610072, China）

The concept and technology of BIM are usually used in the architectural engineering, in recent years, they are also widely used in hydropower engineering, but the published papers are less. Using the BIM design method, the whole life cycle of Karst survey including original data acquisition, 3 d digital modeling, cave space distribution characteristics, engineering treatment measures, etc is systematically introduced in this paper. Using 3 d digital modeling, intuitively revealed the location and scale of karst cave distribution, and put forward the solution. It provides a meaningful instance for the BIM design technology in the application of hydropower project.

Building information model (BIM); Geo Smart; GOCAD;Karst collapse; Contour map

徐德敏, 陈春文. BIM设计在岩溶勘察中的应用[J]. 数码设计, 2017, 6(5): 176-178.

XU Demin, CHEN Chunwen. BIM Design Application In Karst Survey[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 176-178.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.072

TU195

A

1672-9129(2017)05-0176-03

2017-01-19；

2017-01-27。

徐德敏（1971-），男，辽宁大连人，博士，高工，主要从事水电工程勘测设计。E-mail: 775325304@qq.com