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长江岩土工程总公司（武汉），湖北武汉 430010
摘要：在水利水电工程勘察设计中，BIM策划需要多专业、多接口协同策划。工程地质勘察BIM可在多方面进行应用，也可与设计、施工、监测与运营等专业、各参建方进行共享信息、协同应用。工程地质勘察应用BIM技术需要服务于水利水电工程施工前、实施中和施工后的各阶段，为水利水电工程建设全生命周期提供保障。
关键词：水利水电工程；工程地质勘察；BIM技术；模型应用；初步分析
引言
从20世纪70年代开始，基于模型的设计理念就一直存在。尽管BIM一词在1992年就首次出现，但是直到2002年之后，该模型才得到广泛使用。在国内，在国家的大力推广下，BIM理念已引入国内工程行业，实践证明BIM技术的应用对勘察设计行业有革命性影响。
目前BIM技术在上部结构上的应用虽成熟，但在水利水电工程勘察方面的应用仍处于起步阶段。在地质勘察中应用BIM技术使计算机二维绘图人员转变成三维绘图管理，是地质勘查行业的一次标志性技术革命。
1 BIM概念及特点
BIM技术指的是“建筑信息模型”。对于BIM，常常存在一种误解，即BIM就是三维设计。其实不然，它比三维设计要复杂得多。按照目前通用理解，BIM是在施工前、实施中和施工后的各阶段生成与管理所有项目信息的过程，该过程的产出结果就是建筑信息模型(Building Information Model)，即对结构各个方面进行数字化描述。
BIM 技术具多维化、协同性、模拟性等特点,并贯穿设计、施工、运维整个水利水电工程生命周期,其应用能有效地实现勘察成果的数字化、可视化,使设计中各专业能基于BIM 模型进行协同设计,多阶段无缝衔接,最大程度实现信息共享,提高设计效率,减少设计变更成本。BIM有可能完全改变建设过程、文件记录形式以及参建各方的责任与义务。
2 BIM技术在水利水电工程勘察中的应用
2.1 水利水电工程勘察设计BIM策划
水利水电工程勘察设计是一项复杂的系统工作，水利水电工程勘察设计BIM策划涉及管理层、应用层、协同层和数据库层，需要BIM技术、项目管理以及工程测量、工程地质、工程设计（包括坝工、电站、金属结构、机电等专业设计）多专业、多接口协同策划，需要从总体策划、专业设计和技术研发和维护等方面进行综合规划。水利水电工程常见BIM策划应用架构如图1。
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图1 水利水电工程勘察设计BIM应用架构
从长远看，BIM策划还需要考虑与项目参建各方的BIM平台对接、协同。
2.2工程地质勘察BIM基本应用
2.2.1地质模型信息化
信息化是BIM 的基础,也是整个工程设计要实现BIM 设计的前提。利用BIM技术可以将地层的参数信息储存，并随时读取。与此同时，BIM模型是将各岩土层的所有参数融合在一个模型[1-2]。
在地质模型信息化方面，国内外已经出现了多种结合不同专业开发的三维地质建模软件。目前，水利系统应用较多、技术较成熟的Civil 3D 、Go CAD、Catia、MicroStation等。
2.2.2建立关键层层序及钻孔地层层序
在标准地层的基础上，按照不同地层之间的新老关系、成因年代等建立相应的地层层序。在建立地层层序的同时建立关键层层序，关键层主要指基覆界面、风化界面、地下水位等。
2.2.3获得参数化模型
建立三维地质信息模型集成大量地质数据、水文数据、试验数据和物探数据，可读取任意坐标处地质断面的数据，并可任意查看三维地质体参数（如地层编号及名称、勘探点钻孔柱状图中包含的参数等）。
2.2.4填挖方量预估
通过模型模拟场地平整、边坡开挖等操作，可对填挖方量及工程量进行预估，从而协助制定预算、工期预估等工作，提升工程建设的经济性。
2.2.5插值计算生成结构面模型
根据钻孔的地层数据以及前述建立的层序对地层层面进行插值计算，得到初步的层面模型，插值算法可以根据需要进行选择，同时应考虑各地层之间的沉积规律及层面的合理性。
2.2.6集成三维信息模型应用
地形三维信息模型和地质三维信息模型集成，可方便定位地质体，如边坡、洞室上的块体，提高施工阶段获取相关信息的效率，施工人员参照该集成模型，可对现场地质问题作出整体把握。
2.3 工程地质勘察BIM协同应用
水利水电工程具有地形条件复杂、设计选型独特、涉及专业广、技术复杂等特点，且通常情况下勘察设计、施工、监理、建设单位等参建各方信息共享水平低。通过引入BIM技术，建立水利水电工程信息模型，能最大程度上达到信息共建、共享。实例研究证明，BIM 技术在大型水利水电工程的方案决策阶段能提供完整、可追溯的沙盘模型 [3]。工程地质勘察与各专业、各参建方的BIM协同应用包括但不限于以下这些方面：
（1）与设计个专业的协同应用。例如，地质模型中包含具体的断层带、溶洞等缺陷部位，设计针对这些具体部位进行加固处理设计；
（2）与施工的协同应用。如针对工程各部位岩性、风化程度、破碎程度等的差异，在爆破设计、加固处理时采取相应措施、分时序进行，从而保证工期和质量；基于模型，可以生成相应的工程量及进度模拟，方便工程的投资控制和进度管理；
（3）与监测、运营的协同应用。例如，通过BIM模型，发现边坡多点位移计监测数据显示的边坡变形部位与地质模型中的结构面部位的对应关系，从而有针对性进行工程处理。
国际上的BIM应用强调项目整体的全面信息化，强调信息模型和管理流程在建筑全生命周期中的应用。工程勘察BIM应用的目标是将信息建模拓展至三维地质模型之外并增强、扩展其功能，包括空间关系、分析、地理信息、建筑构件(如生产商的详细信息)的数量和属性等，从而使各相关各方全面协同，服务于水利水电工程的全生命周期。
3 BIM技术应用现状及存在问题
国外BIM技术在设计行业中应用非常广泛。有数据统计，国外每年采用BIM 技术的设计项目以30%-40% 的速度递增。相比之下，我国最早应用的建筑业BIM技术普及率也仅为12%。
由于技术水平限制，我国当前的水利行业虽然正在飞速发展，但水利水电工程勘测领域，工程地质勘察BIM应用仍处于成果分析、展示阶段。相对于国外的三维协同设计、仿真技术等先进技术，仍有较大的差距。 到目前为止，我国水利行业BIM技术虽然推广较快，但在水利勘测行业成效并不明显，原因之一是当前应用过程中都将重点放在几何模型上。
结语
BIM技术发展对于水利水电工程建设行业的影响是巨大的，同时也带来了新的变革。作为水利水电工程建设行业中的重要一环，将工程勘察融入到整个水利水电工程建设的BIM当中具有重要意义。
工程勘察为工程设计、建设、运营等提供最基础的地形地质资料，需要服务于水利水电工程建设的全过程。在BIM技术应用方面，不能仅局限于三维地质建模、切地质剖面、模拟开挖等应用，还需要服务于水利水电工程施工前、实施中和施工后的各阶段生成与管理所有项目信息的过程，为水利水电工程建设全生命周期提供保障。
参考文献
[1]宋金龙,朱建才,陈赟,等.BIM技术在岩土工程勘察中的应用研究[J].地基处理,2019,1(3):73–77.
[2]王志云，罗皓.BIM在建筑工程岩土勘察三维虚拟现实可视化中的应用[J].工程技术研究，2018(8)：107-108.
[3] 孙少楠, 张慧君. BIM技术在水利水电工程中的应用研究[J]. 工程管理学报, 2016, 30(002):103-108.