基于BIM建模实现岩土工程勘察成果三维可视化的初步研究

王琼，谢良卫，蒋进，陈聪，刘泽潇

(成都市勘察测绘研究院，四川 成都 610081)

1 引 言

目前BIM技术在国内建筑设计、结构专业的应用相对成熟，而在岩土工程勘察专业中的应用尚处于起步阶段，现阶段工程勘察信息管理仍是基于传统CAD二维模型的构建，其表现形式比较单一，可视化表达不够形象。随着建筑信息化进程的不断推进，以BIM技术为代表的三维协同设计应用，具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性特征。在缩短建设周期，降低工程成本，提高工程质量等方面发挥着巨大优势，能覆盖建筑的全生命周期，现已成为全行业共识。为此，住建部将BIM确定为未来建筑业发展的核心竞争力，并认为BIM技术的应用必将极大地推动建筑领域生产方式的变革，这将是建筑行业的第二次革命。

截至目前，国内外对BIM模型在岩土勘察中的应用研究较少。关于岩土工程勘察的BIM建模方法和专业应用特性的研究，任彧等人从软件系统的关键技术着手进行了详细的阐述[1]；黄勋等人针对现阶段我国岩土工程勘察领域BIM的发展现状，论述了运用BIM技术可以构建工程勘察模型、模拟与分析、信息共享的发展方式[2]；黄佳铭、郑先昌等人通过对BIM在岩土工程中的运用进行了研究，证明BIM技术完全可以运用在岩土工程的多个领域中，并且具有以往传统方法所没有的优势[3]；林孝城、王仕强等[4，5]在深入理解BIM理念的基础上采用建筑设计专业广泛使用的Revit Architecture核心建模软件对金山勘察综合试验厂房项目岩土工程勘察成果进行三维可视化的初步实践表明：借助BIM技术灵活使用则将BIM应用于岩土工程勘察领域是可行的[4]。

成都凤凰山体育中心作为对标建设世界一流场馆，承接国际顶级赛事及国内顶级联赛，用地规模约655亩。该项目是为贯彻落实成都市委、市政府建设“三城三都”的总体战略部署，加快推进体育赛事名城建设步伐，弥补成都市大型场馆设施短板，完善城市功能布局、提升成都城市品质、塑造特色风貌地标而建设的，是极具代表性的建筑。

2 数据处理与BIM模型创建

图1 BIM模型建模流程图

2.1 数据处理

文中以理正勘察软件为平台，依据详勘数据，通过软件建模功能，利用不同的颜色将岩土层逐一标注出来，从而实现钻探资料的三维可视化，直观地将岩层分布规律反映出来，使展示方式不再局限于钻孔柱状图和钻孔剖面图。

在理正勘察软件中依次录入勘探点表数据，包括取土试样孔和鉴别孔的基本数据、室内试验数据、原位测试数据、水文试验数据。根据勘探点数据生成地层统计表，并进行统计数据入库。在生成统计表时，软件会自动对该数据表进行数检，并在下方显示数检信息，可根据数检出的错误信息对原始数据进行检查和修改，防止错误的发生。利用已生成的统计表，在CAD中根据设定的比例尺、连层方式等自动生成剖面图，并进行剖面图批量入库。由于该软件生成的剖面图交叉线、断线等较多，需人工介入进行处理。建模过程对剖面图的要求比较高，不能存在交叉线、断线等瑕疵。

经过前期数据处理，通过导出BIM接口，生成P-BIM数据。前期数据的处理对于后期BIM模型的建立至关重要，BIM模型中线条与线条之间不能有重叠或断线的情况发生，否则将无法生成BIM模型。

2.2 BIM模型建立

模型建立的第一步需创建一个新的模型名称，然后在LzGeo3D理正三维建模软件中，导入P-BIM接口数据，导入数据后的数据显示效果见图2，各地层信息的编辑如图3所示，用不同的颜色显示不同的地层。

图2 P-BIM数据显示效果

图3 工程地层表

数据检查。使用软件的“数据预处理”功能，对数据进行二维和三维检查，然后针对数检结果对剖面图进行修改，主要是对不满足建模要求的地质线进行编辑。此处对数据进行三维数据检查和二维数据检查的工作相当重要，将影响后期模型是否能够成功建立。

分组。编辑完地质线后，需要对地质线进行分组，分组目的是为了确保在俯视状态下，无地质线重叠的情况发生。

创建地表地形。导入凤凰山体育中心平面图，依据软件功能，点击导入原始图，底图初始化，在底图初始化过程中尽量选择对角线坐标，然后画一条范围线，用于建立“地形面”，创建地表地形模型。以凤凰山为例，数据源为“钻孔”和“已知剖面地面线”，模型范围为已画好的范围线，模型地面选择底高程，此处底高程的设置值要比所有钻孔中最底层的高层矮 7 m～ 8 m，设置完后点击“确定”按钮。

地层体建模。依据地质要素建模，从地层(体)、地层出露点等绘制地层边界线，然后根据已画好并保存的地层边界线逐层进行地质体建模，如图4所示。

透镜体建模。依据地质要素建模，从透镜体、出露点等绘制透镜体边界线，然后根据已画好并保存的透镜体边界线逐层进行透镜体建模，如图5所示。

水位面建模。根据地下水(面)，创建水位面模型，模型如图6所示。

创建三维模型。利用自动创建三维模型功能，创建模型，然后导出IFC文件，作为其他软件的接口，进行展示和查看。

该区域的地质情况复杂，地层碎化，透镜体特别多，含50多个，增大了建模难度。剖面图附属性时，特别注意地质线的分组，三维模型如图7所示。

图4 地层体模型

图5 透镜体模型

图6 水位面模型

图7 BIM模型

3 结 语

利用理正三维建模软件为平台，以成都凤凰山体育中心为例，建立凤凰山体育中心的BIM模型，初步实现其三维可视化。从BIM模型中可以直观清晰地看到地层的分布情况，可根据需要对模型中的数据进行任意调取与查看，能够使工程技术人员可以充分理解建设场地内岩土层在三维空间上的分布特征，便于做出合理的工程判断，对于地基与基础方案和地下结构的正确选型具有显著的优势。同时，在缩短建设周期，降低工程成本，提高工程质量等方面发挥着巨大优势，能覆盖建筑的全生命周期，现已成为全行业共识。对BIM建模技术在岩土勘察行业的应用研究，将为成都市城市规划发展奠定坚实的基础。