轨道交通工程勘察中BIM 技术的应用

吴海祥

（广东省建筑设计研究院有限公司，广州510000）

1 引言

BIM 技术是信息化技术在建筑行业的一种应用方式，但目前在轨道交通工程勘察中运用较少。轨道交通工程一般会延伸数十千米，工程沿线地质条件变化大。现有的勘察成果大多是二维勘察报告，如果业主、设计、施工人员对勘察报告中提示的工程地质风险缺乏直观的认知，很可能造成重大生产安全事故。利用BIM 技术可以建立轨道交通工程的三维地质模型，技术人员可以根据可视化模型进行科学决策和风险规避[1]。

张志芹等[2]在青岛市地铁6 号线的勘察中进行了BIM 技术的初步应用，BIM 建模软件能够实现勘察成果的三维可视化，从而提升地铁工程设计水平和施工建设质量；周念清等[3]以南宁市轨道交通3 号线为研究对象，提出一种同时具有表达复杂透镜体和清晰的地质层面能力的EVS 地层-岩性建模方法；王亮等[4]进行了Revit 软件二次开发，结合3DMAX 技术、基坑监测技术和物联网技术，建立了BIM 信息化系统，实现了徐州地铁2 号线九里山站基坑工程开挖的信息化管理与三维可视化。

本文采用Earth Volumetric Studio 软件（以下简称“EVS”）对广州市某轨道交通工程进行三维地质建模，建立场地、隧道段和明挖段等三维地质模型，分析了BIM 技术应用的优势、方法和难点，为轨道交通勘察中BIM 技术的应用提供参考。

2 BIM 技术的应用优势

BIM 技术在轨道交通勘察中的应用主要是三维地质建模，能够实现勘察成果的三维可视化展示。轨道交通工程沿线地形、周边环境、建（构）筑物信息都可以整合在场地三维地质模型中，有助于设计人员了解现场的真实情况，提升设计质量。场地构造、特殊性岩土、不良地质作用可以集合在场地整体三维地质模型中，能够估算特殊性岩土、不良地质作用的体积，有助于设计人员了解地质条件带来的工程地质风险，提升设计安全度。将室内及现场试验获取的相关参数等勘察数据整合到三维地质模型中，可用于隧道、基坑的模拟开挖，直观地反映隧道、基坑所处岩土层及周边的地层、构造、特殊性岩土和不良地质作用，促进设计方案的优化。

3 BIM 技术的应用方法

3.1 场地三维地质模型

外业钻孔等数据可以通过三维地质建模软件EVS 生成场地整体三维地质模型，提供给业主、设计、施工人员使用。场地三维地质模型建立前，需要搜集轨道交通工程沿线的地形点坐标等信息，将采集到的地形点坐标数据整理成地形数据Excel 文件。利用EVS 软件自带的工具将钻孔数据Excel 文件地形数据Excel 文件分别转成PGF 格式的文件。导入钻孔数据和地形数据PGF 文件之后，通过EVS 软件内部模块组合，可以生成地层模型或岩性模型。模型的边界可以通过设定网格的范围确定，也可通过导入边界CAD 文件确定。模型的精度主要取决于数据的多少，模型的显示效果会受到网格精度的影响。场地整体三维地质模型还可以与沿线建（构）筑物结合，通过EVS 软件内部模块组合，建立3D 建筑模型，附着在三维地质模型表面，可清楚地展示场地重要建（构）物情况。场地整体三维地质模型支持叠加航拍正射影像图，为模型添加纹理材质等。钻孔和剖面、地震数据、地形、物探、水文等数据也可以集成在场地整体三维地质模型中，点击模型即可直观查看。

3.2 隧道段三维地质模型

场地整体三维地质模型建立后，如轨道交通工程含隧道段，可导入轨道交通工程的中线CAD 文件及纵断面CAD 文件，通过EVS 软件内部模块生成隧道段三维地质模型。隧道段三维地质模型能够展示隧道穿越的构造、特殊性岩土及不良地质作用等，可促进设计施工方案优化。当轨道交通工程隧道段穿越不良地质作用强烈发育区时，若需要规避，可通过微调隧道中线CAD 文件部分节点的标高和坐标改变局部位置的隧道段三维地质模型，使整个隧道段三维地质模型避开不良地质作用强烈发育区。无法规避不良地质作用强烈发育区时，根据隧道段三维地质模型，亦可标注出不良地质作用和隧道交界位置里程，设计和施工时，应对该位置进行重点处理。

3.3 明挖段三维地质模型

场地整体三维地质模型建立后，如轨道交通工程含明挖段，可导入开挖范围CAD 文件，利用EVS 软件内部模块对整体模型或单独建立的明挖段三维地质模型进行开挖。模型开挖可计算出开挖深度范围内各土层的体积，也可展示任意标高处开挖面的地层情况，促进轨道交通工程勘察、设计、施工工作一体化。

3.4 特殊性岩土、不良地质作用、地质构造三维地质模型

轨道交通工程沿线可能揭露较多的特殊性岩土，如填土、软土、残积土和风化岩等。填土层一般空隙较大，土质不均匀、承载力较低、自稳性差；软土层具有高压缩性、灵敏度较高的特点，施工后沉降时间长、沉降量大；残积土、风化岩在水平和竖直方向分布不均，泡水易软化崩解，承载力降低；不良地质作用如溶洞等对轨道交通工程建设影响巨大，需要特殊处理；地质构造的走向、性质对轨道交通工程安全影响巨大，直接关系到轨道交通工程的整体稳定性。因此，对特殊性岩土、不良地质作用、地质构造建立起单独的、精度更高的三维地质模型尤为必要，可用于确定轨道交通工程建设重大风险区域，减少工程风险。

4 BIM 技术应用难点

BIM 技术在轨道交通工程中的应用难点主要包括模型精度、多次修正等方面。轨道交通工程一般是线路工程，钻孔布置呈线型分布，沿线路方向模型精度较高，垂直于线路方向模型精度较低，应采用原位测试、物探等技术手段搜集地质资料，提高模型垂直方向精度。沿线路方向钻孔数据较少时，模型不具代表性，需增加钻孔布置密度。利用三维地质模型时，将增补钻孔资料和施工过程中现场揭露的地质情况补充到模型中，对模型进行多次修正，使模型更具代表性。

5 结语

轨道交通工程勘察中利用BIM 技术可以建立起场地、隧道段、明挖段等三维地质模型，可以清晰地展示场地地质情况，展示隧道面穿越的特殊性岩土、不良地质作用、地质构造等，模拟明挖段的开挖，有利于勘察、设计、施工一体化，增强各专业协同，推进项目进展，减少工程风险。