浅谈BIM技术在岩土工程勘测中的应用——以深圳滨河中学拆建工程为例

贺涛 何强 秦强

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

BIM（Building Information Modeling）是在计算机辅助设计（CAD）等技术基础上发展起来的最新多维模型信息集成技术，能有效地实现建筑工程物理特征和功能特性信息的动态、全过程的数字化描述和可视化表达。2015年国家住房和城乡建设部发布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，提出到2020年末，建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。利用BIM技术在岩土工程勘测领域中应用的重要性日益凸显。

本项目主要采用GeoStation for City软件，对深圳滨河中学拆建工程开展了BIM技术的应用，主要工作内容是开展了三维岩土勘察建模和二维出图；探索利用三维模型对基坑支护方案进行有限元分析；利用PowerCivil的SUE模块对周边地下管网建模；尝试GIS软件City Engine中的快速三维建模技术，以快速构建周边环境；并利用LumenRT渲染制作勘测成果多媒体视频。这些工作为湖南水电院在岩土工程勘测中开展BIM技术应用提供了借鉴。

1 项目概况

1.1 工程概况

工程建设场区位于深圳市罗湖区核心地带，位于滨江大道、金塘街、嘉宾路、木棉花街四者所围长方形区域中,场地紧邻地铁站，周边建筑物和地下管线密集，具体见图1、图2。

项目需拆除现状建筑5栋，新建一栋高6层的综合楼（包括地下室一层）。采用柱下独立桩基础，采用旋挖成桩，为大直径嵌岩桩，桩端持力层为中风化岩层；基坑采用悬臂桩支护，支护桩为钢筋混凝土灌注，桩间为二重管旋喷桩，钢筋混凝土灌注桩+桩间旋喷桩作为止水帷幕。

1.2 工程地质条件

场地地貌为山前冲洪积平原，地势平坦。东侧为华瑞大厦，有两层地下室，基础为钻孔桩，南侧为地铁9号线鹿丹村站，采用地下连续墙和钻孔桩的基础方式。场地内拟拆除的房屋除了一栋1984年建的老教学楼外，其他建筑均采用扩底桩的基础形式。

图1 项目城市地理位置示意图

图2 基础结构设计简图

场地内揭露的主要土层为人工填土层、冲洪积层、残积层、变质砂岩层、花岗岩层、断层角砾及断层泥层。场地已有部分钻孔揭露断层，断层内及断层附近区域岩石碎裂岩化，重结晶作用较明显。地层分布较稳定，但断层接触带附近接触关系复杂，夹层较多，地下水主要为上层滞水和第四系松散层潜水。

2 三维建模与分析

2.1 数据库

如何管理岩土工程勘察工作中产生庞大数据一直是勘察行业的难题。GeoStation中配置了基于SQL2008的强大数据库，操作界面如图3。软件基本架构符合一般的岩土工程勘察工作流程，主要包括勘探布置、钻孔数据、试验数据、物探数据、施工地质、资料统计等。通过配置网络服务器，分配权限，实现多人同时异地协同工作，极大地提高工作效率，并能实现即时文件碎片化校审。作为一款BIM软件，为符合互联网时代需求还配置了web端。

图3 数据库界面

2.2 地质模型

首先在原始的测量图提取得到的数字三维地表模型基础上，调用数据库中输入的大量勘测数据，形成钻孔勘探线模型（图4）；其次在二维切图模式中编辑各个剖面，形成线框模型（图5）；再次三维模式下形成各种通过颜色区分的水文界面、地层界面和结构面（图6）；最终通过面与面之间的空间拓扑运算形成网格体（图7）。

根据不同勘察阶段软件可制作出不同精度的三维模型，避免前期工作量过大。构网算法采用克里金插值，整体网格面较平滑。断层、尖灭、透镜体等建模较好。

2.3 开挖模型

在地质模型的基础上通过PowerCivil进行开挖，以此得到开挖模型 （图8），通过开挖得到的地质体，能直接统计各地层的开挖土方量，降低造价专业的工作强度，并能提高统精度，对比最终实际的土方开挖，各类岩土分类偏差小于10%，对于业主控制预算有很好的帮助作用。通过开挖模型能更好地展示基坑各个地层的情况，利于特殊地层的处理和精细化设计，便于基坑设计优化和审图的通过。

图4 钻孔勘探线模型

图5线框模型

图6 地层及结构面模型

图7网格体模型

图8 开挖模型

2.4 地下管网模型

项目区位于深圳市城市中心地带，周边高层建筑密集，地下管网极其复杂。传统的工作模式下，勘测单位仅仅会提供一份EXCEL与一份管网平面图来作为勘测报告的一部分。常常由于地下管线连接方式不清晰，设计单位和业务主管部门找不到准确的管线接入口，导致重复作业而延长项目周期。采用PowerCivil的SUE模块对周边地下管网建模，通过模型能清晰地看到井与井、管与井之间的空间位置关系。管网模型自带各类属性，区分给排水、污水、电气等专业管线，为相应专业设计提供了良好的三维解释。通过地下管线与地质开挖模型进行碰撞分析可以得到更为可靠的线路改迁方案。见图9。

图9 地下管网模型

2.5 支护方案有限元分析

在开挖模型的基础上，通过专业接口导入迈达斯软件中，模拟计算基坑支护方案的可行性，为勘察报告中基坑支护方案的建议提供了理论支撑。结果显示原推荐方案偏保守，后来改为分边且局部放坡的方式对基坑设计优化，使得实际工程的经济性提高，减少约15%的基坑支护工程量。见图10。

图10 基坑支护方案有限元模拟

3 二维出图与数据统计

现有BIM技术在推广过程中最大阻力来源于二维出图能力的不足，尤其是勘测专业，出图标准与国外差异巨大，带有明显的本土化特征。本次勘测项目全程采用BIM技术出图，三维模型与二维图纸一致。修改模型后能一次性重新出图，设计方案修改后不用重新编辑图纸，提高了生产效率。数据库端可以输入如：勘探点一览表，地层统计表，标准贯入统计表等勘察报告必备的专业图表，较好的满足了专业需求。见图 11、图 12。

4 三维场景展示

滨河中学附近的建筑物直接建模，之后导入LumenRT中进行渲染和制作多媒体视频。各个建筑物、地铁结构、地下管线等清晰可见，并且可以通过局部放大剖切，关闭图层等方式，了解地层性质，避免工程错误，为工程建设人员提供直观的三维展示。见图13。

5 应用体会

随着社会科技的发展，BIM技术已成为工程设计领域的潮流和趋势，对工程参与各方提出了更高的要求。

图11 钻孔柱状图

图12 2-2'剖面图

图13 周边环境渲染

（1）勘测过程中的数据库有很大工程价值，对于设计院来说是一笔长久的存量资产，对于业主来说可作为管理运维的基础数据之一，对于政府来说可建立统一的工程一体化管理平台。

（2）现有建模软件的智能化程度不高，而勘测数据需要大量二次处理，因此建模精细度直接取决于从业人员的工程经验高低。

（3）由于几大三维软件平台间的数据兼容性差，造成多种属性无法直接挂接到设计总装模型中，因此软件平台的选择非常重要。

（4）BIM项目涉及软件类型多，对于专业技术应用人员要求高。

（5）目前该项目进展顺利，已经进入上部主体施工阶段，基础分部工程已经竣工验收。BIM技术有效的避免了以前常见的因地质原因引起的工程变更，根据类似的工程经验判断，减少了下部基础方面约80%的工程变更量。

[1]王国光，单冶钢，徐震.GeoStation地质三维勘察设计系统开发建设[J].华东工程技术，2012，（122）：14-18.