基于BIM技术的城市轨道交通三维地质模型应用研究

陈海涛

（天津滨海新区轨道交通投资发展有限公司，天津 300450）

在轨道交通地质勘察中，传统二维的勘察方式存在信息传递不畅、地质意图表达不明确、资源调配不均匀、成果展示不直观等问题[1-3]。随着BIM技术的出现并不断成熟，在轨道交通工程中应用越来越广泛。通过BIM使地质条件以真实的三维化、数字化展现，将相关地质属性信息与三维图形结合，使地质体更直观、形象[4-5]。BIM模型作为载体，使地质信息在轨道交通建设全生命周期具有一致性和共享性，可实现地质基础数据在不同专业、不同阶段之间共享。本文通过研究基于Revit软件的BIM技术在勘察地质中的应用，在工程实例中，体现了BIM技术在轨道交通勘察地质中应用的优势及重要性。

1 BIM技术在地质勘察中的优势分析

1.1 传统轨道交通地质分析方法

传统的地质分析通常是根据勘察单位提供的剖面图、数据表、报告进行基础设计分析，可应对于岩土地质分布不复杂的工程区域。若遇到岩土分布非常复杂的工程区域，分析需要耗费大量的工作时间，严重影响工作效率。

1.2 基于BIM的三维地质可视化分析

基于BIM的三维地质模型分析在面对复杂的岩土分布时比传统分析方式更有优势。将勘察报告数据转换成可视化模型，并集成地质各类属性信息，可实现工程区域岩土的任意剖切、查看、分析，降低内部沟通成本，提高沟通效率。对于不同专业人员之间的沟通效果更为显著。

2 地质BIM模型建模范围及应用点分析

2.1 建模范围

（1）地层BIM模型的建立。

根据项目基点，在Revit中导入地质纵剖面图，进行各土层界面的绘制，绘制剖面曲线后，进行地层实体的建立，不同土层根据纹理及颜色进行区分。建模范围包括所有图层，并且钻孔两侧不小于50 m。

（2）钻孔BIM模型的建立。

利用GIS插件，根据钻孔位置坐标、钻孔标高、土层厚度，自动生成钻孔BIM模型。依据总图坐标导入Revit软件中，通过钻孔分层、厚度对地层BIM模型进行校正，最终形成带钻孔的完整BIM地质模型。

（3）属性信息的关联。

为了对系统构件进行统一管理，规定一套完整的编码规则十分重要。从唯一性和易读性角度考虑，对地层、钻孔等进行编码，利用唯一编码，通过信息化平台实现BIM构件与相关属性信息的关联。

2.2 地质BIM模型应用分析

（1）基于BIM的可视化交底。

基于BIM软件，可以对地质模型进行剖切、旋转、测量等。通过不同角度、不同断面等全方位反映场地的工程地质条件，实现地质信息的表达更直观、更立体，且每个地质体均有地质属性。利用BIM模型可以提升地质信息的表达能力，易于理解。

（2）基坑开挖模拟。

结合基坑开挖方案，建立地质BIM精细化模型，并与基坑开挖工筹相结合模拟基坑开挖过程，对发现的问题可以提前处理，对施工方案进行优化，可有效地提高基坑开挖的效率，缩短工期、降低工程造价。

（3）基于信息化平台的地质BIM模型应用。

通过信息化平台集成设计阶段各类成果信息，包括软弱地层信息、溶洞信息、地下水信息等。施工到接近地质风险位置时，系统自动弹出风险信息及相关处置方案，提示施工人员加强施工管理、提高风险防范意识，实现地质信息的传递与共享，提升施工阶段的地质风险管理能力。

3 工程实例

3.1 工程概况

天津市滨海新区轨道交通B1线一期工程第九大街站为地下两层岛式车站，站台宽度12 m，结构形式为双柱三跨明挖结构，车站总长度为225 m，车站标准段宽度为21.1 m，高度为14.57 m。车站计算站台中心位置顶板覆土厚度约2.7 m。车站共设 6个出入口，在车站大小里程处分别设置1个风亭。

拟建场地地层总体呈层状分布，局部地层分布有起伏或缺失，大部分层位土质总体尚稳定、均匀，局部土质欠均匀，整体地基土（层）总体上较均匀。

3.2 建立地质BIM模型。

（1）地层模型的建立。

利用Revit软件，根据勘察资料中地质纵剖面，建立剖面曲线并生成地层实体模型。不同地层由不同纹理及颜色表示，该站图层包括素填土、黏土、淤泥质土、粉砂、粉质黏土、淤泥质黏土。地质BIM模型如图1所示。

图1 地质BIM模型

（2）钻孔模型的建立。

利用GIS插件，根据勘察资料提供的钻孔柱状图数据，生成钻孔模型。

（3）属性信息的关联。

该站地质模型构件编码案例：

第一层地层模型代码：B1-0107-DZ-01-00-00-00-00-0001；标贯孔模型代码：B1-0107-DZ-02-00-00-00-00-0001。

属性信息包括项目类属性、工点类属性、工程场地属性、单孔数据属性、剖面属性、土工试验属性、原位试验属性、地基土物理力学指标属性、成果图表属性九大类属性信息。

3.3 基于BIM技术的城市轨道交通三维地质模型应用

（1）基于BIM的可视化交底。

BIM模型作为信息的载体，将岩土工程勘察成果三维可视化，并集成所有相关信息，包括工程勘察数据、物探数据、剖面、钻孔及位置信息等。

通过BIM有针对性地还原作业面仿真现场，增加被交底人对现场环境的感知，并进一步加深其感官印象。采用三维动画立体全景地将各个构件分解，并以动画手段简单明了集中展示，让现场人员迅速全方位掌握最基础、最重要的地质信息。

（2）基坑开挖模拟。

土方开挖和结构施工优先从东端头开始。土方开挖总体思路为东西两区，先在标准段距离东端头约100 m位置处拉槽，西侧修坡、向东开挖，端头井同步分层分块开挖。垂直运输采用长臂挖掘机、吊车配合抓斗出土（端头）。待东区土方两开挖面合在一个施工段时，西区土方开始启动，开挖方法类似。土方开挖工序设计如图2所示。

图2 土方开挖工序设计

依据基坑开挖方案，拆分基坑部分地质模型，结合基坑围护结构和主体结构施工工序，利用BIM软件模拟基坑开挖过程。在计算机中提前预演基坑开挖方案，发现问题，及时优化施工方案，将施工过程中大部分问题在设计阶段解决。

（3）基于信息化平台的地质BIM模型应用。

基于信息化平台录入基坑开挖周边风险源信息。车站主体明挖基坑，车站全长225 m，车站主体基坑标准段宽度为21.1 m，深度约为17.512 m；盾构井段基坑宽度为26.6 m，深度约为19.199 m，为Ⅲ级风险源。附属风井明挖基坑（1、2号风井），基坑开挖深度约10.5 m，基底位于淤泥质黏土层，为Ⅳ级风险源。附属出入口明挖基坑（C、D、E号风井），基坑开挖深度约10.3～10.6 m，基底位于淤泥质黏土层，为Ⅳ级风险源。2风井及B出入口、C2出入口明挖基坑临近市政管线，600 mm×300 mm 电线，埋深0.80 m，距离B出入口2.16 m；Φ300砼污水管，埋深3.15 m，距离 B出入口7.61 m ；Φ800砼雨水管，埋深3.41 m，距离B出入口9.40 m；10 kV供电距附属围护结构最近处约为1.512 m，均为Ⅲ级风险源。

基坑施工过程中，施工接近风险源时，系统自动弹出风险源基本信息，包括风险名称、描述、级别、处置措施，提醒施工管理人员加强安全防范措施，谨慎施工。

3.4 基于BIM技术的地质模型应用效果评价

（1）通过建立地质BIM模型，直观、形象地展示地层分布情况，通过BIM模型调取相关属性信息，形成可视化交底信息，更好地辅助其他专业人员理解勘察成果。

（2）通过基坑开挖模拟，实现基坑开挖方案的提前预演，发现问题提前解决，辅助优化基坑开挖方案，起到降本增效的作用。

（3）基于信息化管理平台，以BIM模型为载体，集成基坑开挖过程中的各类信息，基于物联网技术实现地质风险的实时提醒，辅助现场施工管理，增强了现场人员安全意识。

4 结语

利用Revit建立三维地质模型，结合岩土工程勘察报告，直观展现地层条件，实现勘察报告的三维可视化展示，加深建设方、设计方、施工方对场地地层条件的认识，使地质信息的表达更直观、更立体，且每个地质体均有地质属性。基坑开挖模拟，优化施工方案，对缩短工期、降低工程造价将产生积极的影响。基于信息化平台的地质信息集成管理，实现了地质信息在建设 各阶段的传递和共享，提升了施工安全管理水平，实现建设精细化管理。