BIM 技术在岩土工程勘察中的应用

郑豪，宁豪杰

（湖北省核工业地质局，湖北 孝感 432000）

1 引言

传统的岩土工程勘察往往是通过坑探、钻探等方式得到基本数据，并采用钻孔柱状图、剖面图等二维图纸来展示勘察成果，往往不够直观。随着计算机技术的飞速发展，BIM 技术作为一种新的工程建设理念，在岩土工程勘察中的应用日益广泛，可以在很大程度上提高勘察项目的集成化程度。国内外学者和工程技术人员也针对BIM 技术在岩土工程勘察中的应用展开了部分研究，如罗霄等【1】归纳总结了岩土工程勘察期间可能存在的问题，并分析目前常用的BIM 核心建模平台的优缺点及应用优势；于凤树等【2】基于“点-面-体”三维地层建模理念，并选择克里金算法来插值拟合出地层数据，采用三棱柱模型生成三维模型，为设计单位提供了可靠的岩土勘察结果。因此，研究BIM 技术在岩土工程勘察中的应用具有十分重要的工程意义。

2 BIM 技术基本理论及平台选择

2.1 BIM 概念

BIM 技术指的是“建筑信息模型”，最早由美国查克·伊士曼教授提出。但是，随着BIM 技术的不断发展创新，国内外对于BIM 技术仍然没有一个完全统一的定义，如莫特森公司认为，BIM 是对建筑结构物的一种智能化模拟，具有空间化、定量化、全面化等特点；麦格劳-希尔建筑公司认为，BIM 技术就是通过建立三维模型来实现对工程项目的设计、施工、养护、运营等工作的协同化管理。笔者认为，BIM 技术不仅仅是某一款软件能够实现的，而是利用多款软件将工程项目的各参建单位的信息集合在一起协同工作的综合化平台。

2.2 BIM 建模软件选择

在基于BIM 技术进行岩土工程勘察建模时，首先要确定合适的建模软件。目前，国内外有很多公司参与了BIM 软件的研发，成果较为突出的有Autodesk、Bentley 等公司，各自的优势领域见表1。大多数BIM 建模软件都有配套的辅助插件，经过笔者深入调研：Autodesk 平台软件操作界面较为友好、开放程度大（能用C#语言进行功能二次开发），且能够较好地适应国内的设计环境。Autodesk 平台建模软件主要有Revit 和Civil 3D 等，二者分别适用于建筑项目和交通、水利等基础设施建设。而岩土工程勘察工作较为特殊，既可以算作建筑物范畴，又属于道路工程范畴，笔者在查阅相关工程实例后，认为可采用Civil 3D 来开展岩土勘察设计中的三维建模工作【3】。

表1 BIM 软件平台优势领域

3 BIM 技术在岩土工程勘察中的应用优势

BIM 技术在岩土工程勘察中应用的核心理念应当是将该工程的地质模型、钻孔位置及水位线等项目三维数字化，从而全面地展现岩土工程勘察的作业成果，提高其勘察水平。BIM技术应用岩土工程勘察中的优势是三维可视化、信息关联性、共享性和压缩性等【4】。

3.1 三维可视化

传统的岩土工程勘察作业往往采用二维图纸来展示勘察成果，但并不直观，不利于工程技术人员的理解。而三维可视化是BIM 技术最重要的优势之一，它能够利用计算机软件对二维线条整合形成三维模型，同时，三维图形能够展示真实地质环境，在很大程度上方便了技术人员之间的相互交流及协同工作，减少了工程风险。

3.2 信息关联性

BIM 技术在创建地质模型构件时能够赋予构件相关联参数，如建立钻孔模型时可输入其深度、单价等信息。这样能够很大程度上减少项目信息的重复输入，减小了信息输入错误的可能性。同时，在BIM 模型中，某一项信息因存在问题需要修改，则与之相关联的信息就会自动更新，大大提高了岩土勘察人员的工作效率及准确性。

3.3 信息共享性

岩土工程的勘察资料可能需要在工程各参建方（如设计单位、业主单位等）之间流转查阅，而BIM 模型可以将勘察成果集成为一个数据文件，在很大程度上提高了各参建单位之间的协同工作。

4 BIM 技术在岩土工程勘察中的工程应用

4.1 研究区背景

本文针对某岩土工程开展了钻孔勘察作业，该区域地形起伏较小，地势南高北低，最大相对高差约100m，区域地层以砂岩、亚砂土为主。勘察区域内共布置了30 个钻孔（见图1），并利用钻孔所得数据来确定地层分界点。

图1 勘察区域的钻孔布置示意图

4.2 地形模型的构建

笔者先将DWG 格式的地形图进行预处理，再导入BIM建模软件中，利用Civil 3D 的“曲面建模”功能（面向对象）进行建模，具体操作如下：将地形图的图层定义为等高线对象、高程点对象2 大类，利用“创建曲面”命令创建三角网曲面，将等高线加入曲面数据中，并进行可平滑处理。

4.3 实体模型建立

在Civil 3D 软件中，地层三维实体模型主要与地层或地形曲面、体量元素密切相关【5】。笔者首先利用Civil 3D 的“drape”命令将等高线转变为体量元素。随后，选中上层曲面和下层曲面，利用“Explood”对曲面进行分解，得到多段线作为地层实体模型的基础。最后，设置网格尺寸和基准厚度（大于地层厚度）后，生成地层三维模型，如图2 所示。

图2 基于BIM 技术的地层三维模型

5 结语

本文分析了BIM 技术的基本理论、软件平台选择、应用优势及三维地层模型建立等，主要得到以下3 个方面的结论：（1）BIM 技术是利用多款软件将工程项目的各参建单位的信息集合在一起协同工作的综合化平台；（2）BIM 技术在岩土工程勘察中应用的核心理念应当是将该工程的地质模型、钻孔位置及水位线等信息三维数字化，具有三维可视化、信息关联性、共享性等优势；（3）三维地质模型可以创建三角网曲面，并将等高线加入曲面数据进行可平滑处理，且与地层或地形曲面、体量元素密切相关。目前，将BIM 技术广泛用于岩土工程勘察仍有一定的困难，但必将成为一种未来趋势。