工程勘察信息模型在深基坑与隧道相互影响分析中的应用

摘 要：岩土工程勘察是工程建设全生命期不可或缺的一个重要阶段，其成果是工程地基基础设计、施工的重要技术依据。随着BIM（Building Information Modeling）技术在工程建设领域的应用越来越广泛、越来越成熟，运用三维可视化信息模型集合工程全生命周期不同阶段各参与方的数据、信息资源，使不同阶段各参与方之间的数据信息得到共享和协同工作。岩土工程勘察运用BIM技术势在必然。

关键词：工程勘察信息模型; 地表信息模型; 工程地质信息模型

引 言

BIM是以三维数字技术为基础，把参数化、数字化的建筑信息生成可视化的三维模型，整合项目建设过程中各种相关信息，在项目的策划、勘察、设计、施工、运维和维护、拆除直至建筑生命结束的全生命周期过程中，作为一个公共信息平台，实现数据信息共享，专业协同工作，提高工作效率和质量。勘察是创造BIM数据源产生地之一，是BIM全生命周期过程中的重要环节。

1基于BIM条件下的工程勘察信息模型建模条件

（1）勘察数据标准化和数据库建立。首先应实现勘察现场测量、勘探、测试、试验等各专业源数据的自动采集、传输和存储，构建满足BIM应用条件的数据库系统，建立数据标准和交换标准。所有进入数据库共享层的模型数据均应具备三维属性，并应符合数据交换标准要求，这是实现快速建模的先决条件，才能使所建立的岩土工程勘察信息模型满足工程全生命期各参与方之间的数据无损传递、信息共享和协同工作。（2）工程地质分析推演系统与和快速建模共存。目前所有的三维地质体均是根据有限的勘探数据源进行划分和推演。地质模型的数据源主要由钻孔、物探以及地质测绘等野外勘察手段获取的原始数据组成。建筑信息模型是根据设计图纸进行建模，模型的尺寸是已知的。与建筑信息模型不同，工程勘察信息模型需要根据有限的数据进行分析推演，即工程勘察信息模型的建模过程也是对地质体空间的推演过程，特别是当地质体复杂或出现异常的情况下，需要专业技术人员从工程地质学的角度进行分析并适当地进行人工干预。创建工程勘察信息模型应能够高效快捷，如果创建一个模型历时过长，甚至远大于绘制传统二维剖面的耗时，这显然违背了创建三维模型的初衷。

2工程勘察信息模型的构成及模型深度

《工程勘察信息模型设计标准》给出了工程勘察信息模型的定义：工程勘察信息模型是基于勘察工作，将反映场地工程地质和岩土工程的相关信息数据集合起来构成的三维数字化模型，具备数据共享、传递和协同功能。工程勘察信息模型分为地表信息模型、工程地质信息模型、岩土工程设计信息模型三部分，首写字母缩写为GIM。模型深度应综合考虑工程性质、规模、特征、场地复杂程度、勘察工作完成情况及建模信息的充分度等因素，并根据工程实际需求确定，分为CL100、CL200、CL300和CL400四个等级。每个深度等级由几何和非几何两个信息维度组成。不同深度等级的工程勘察信息模型应满足不同的工程用途。例如，满足初步设计工程用途对应的深度等级为CL200，它要求准确表达建设场地及其周边地表信息，初步反映场地内地质条件和岩土参数，为工程设计提供初步建议;满足施工图设计工程用途对应的深度等级为CL300，它要求准确表达建设场地及其周边环境的地上和地下综合信息，查明场地岩土条件，为工程设计、施工和不良地质作用的防治等提供建议。以下为工程勘察信息模型建立和应用的流程，参见图1。

3高精度三维地面模型构建

重复映射现象示意图见图2。针对无人机倾斜摄影画面可能存在的重复映射现象，本研究使用真正射影像生成技术对航拍底图进行处理，拓扑结构更加合理。首先对初始DEM数据进行分类、修测与编辑，然后对生成的初始点云数据进行编辑，滤掉遮盖地物及游离点，对于边界模糊、归类不明的建筑物，必须对其顶层边界进行分类与修测，针对建筑物周围存在的大量低矮地物导致的拉花与遮盖现象，采用硬性重新插值的方法进行处理，将地面平均高程计算为统一值插入其中，以避免畸变与不连续情况的出现，便于后续正射影像的制作使用，真正射影像纠偏方法示意图见图3。

4基于地质成因机理进行地层曲面修正

由于不同地质成因和不良地质作用，地质体在地下三维空间中的表现形式都是不规则的非几何形体。即使在一个有限空间范围内的建设场地，也会因其成因和不良地质作用使地层存在诸多的不连续、非几何形体的地质界面，如地下空洞、透镜体、夹层、孤石、断层等。因此，采用传统的建模技术和三维BIM设计软件都难以快速有效地拟合出理想且符合地质学的实际地层分布情况。由于受常规勘察点间距偏大的约束，无法完全揭示地層空间分布情况，必须由岩土工程勘察技术人员根据地质学原理地质成因机理，通过相邻勘探点之间勘探成果进行合理的推导和判断，以进一步确定地质体的延伸和分布，对地层曲面进行修正，最终形成地层曲面信息模型，如图3（a）所示。具体做法：可将勘探孔三维信息模型和地层三维曲面模型进行叠加，检查地层三维曲面信息模型和钻孔三维信息模型之间是否契合，并判断地层曲面的合理性（图3（b）），对不合理的曲面进行局部加权系数调整，再插值。检查完毕后，按照曲面间的逻辑关系形成实体三维勘察信息模型（如图3（c）所示），并交付设计人员使用。为方便设计人员使用，可以把三维实体勘察信息模型中可作为基础持力层的地层曲面单独提取出来，作等深线处理。

结束语

工程勘察信息模型目前正在由以模型为主、应用为辅的低层次数字化三维应用向有明确的应用价值目标的、深化的数字化三维应用迈进。建立岩土工程信息模型并进行仿真数值分析正是深化模型应用的体现。本文通过具体的工程案例，结合规范展示了工程地质勘察模型的建模过程，并通过数值模拟分析计算进一步深化了模型的应用成果。

参考文献

[1] 宋金龙，朱建才，陈赟，周群建，胡根兴，金小荣.BIM技术在岩土工程勘察中的应用研究[J].地基处理，2019，1（03）：73-77.

[2] 贾海鹏.BIM技术在工程勘察中的应用[J].建筑技术，2019，50（07）：818-821.

[3] 王勇.BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用[J].工程技术研究，2018（15）：55-56.

作者简介：姓名：朱文源 出生年：1989 性别：男 籍贯：广西河池 职称：助理工程师 学历：本科 研究方向：隧道工程