梅思远
中煤浙江勘测设计有限公司 浙江杭州 311000
摘 要：随着新技术的不断发展和应用，业界对工程勘察的计算机辅助也提出新的需求和更高的要求，其中比较突出的就是可视化表达和勘察信息的传递。在大环境的引领下，很多城市都在进行城市地理信息系统和工程地质系统的信息化平台建设，对岩土工程勘察行业也提出了创新要求。文章介绍了岩土工程勘察三维地质建模的优点和应用方法，并对系统的发展方向进行展望。
关键字：BIM；三维地质模型；岩土工程勘察
在住建部印发的《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》中，对勘察设计类企业也提出勘察方面的发展任务： “在工程项目勘察中，推进基于BIM进行数值模拟、空间分析和可视化表达，研究构建支持异构数据和多种采集方式的工程勘察信息数据库，实现工程勘察信息的有效传递和共享”。BIM技术在国家各项政策和经济鼓励和支持之下，该技术在建筑设计行业逐渐得到了行业内的认可，并进入了快速发展期。但作为建筑前期的岩土工程勘察工作在BIM的建设方面仍处于起步阶段，在信息平台的构建上仍待完善，实现建立由二维勘察成果转为三维的可视化立体数字模型，并整合地形地貌、水文地质、特殊性岩土、不良地质、地下管线、地下障碍物、地下建构筑物和周边既有建构筑物等信息，为地基基础、基坑围护、地表和地下既有建构筑物和管线的保护提供直观的三维关系图，也为下游人员更加简便的获取勘察信息。
1.传统勘察成果中存在的问题
受地形地貌、沉积环境和地质构造的影响，岩土层分布规律性和均匀性较差，尤其是山区构造发育，地形变化大的地区，仅凭二维的平面图无法完全准确的表达出真实的地层变化和分布情况。
岩土工程勘察工作专业性很强，勘察成果常规主要以岩土工程勘察报告、各类原位测试和数理统计成果表、平面图、剖面图、柱状图、E-P曲线图等图表的方式提交。勘察成果信息分散地记录在报告文字、图、表中，建设、设计、施工、监理等非岩土工程专业的人员难以快速的获取有效信息，甚至对勘察报告存在误读误解，对项目的设计和施工决策产生不利影响。
2.BIM技术在岩土工程勘察中的应用
2.1.在勘察外业中的应用
勘察外业施工前，通过收集拟建场区内及周边的各类管线、综合管廊、地铁、隧道、人行通道、防空洞、老基础、地上临近建构筑物等既有建构筑物的平面和空间位置，通过建立三维模型与布置的勘探孔进行碰撞检测，从而在勘探点的布设阶段避让开地下既有的建构筑物和市政设施，提高勘察外业施工过程的安全性。
2.2.在勘察成果中优势体现
1.通过在已完成钻孔的基础上，使用理正勘察三维地质等软件布置推定虚拟钻孔，然后通过构建三角形剖面组，从而进行地层的连接建立三维地质模型，更直观的表达出各岩土种类、性质和地层的变化规律，对于多层地下含水层可以直观的反映出各含水层的连通性、水位、土层含水量等信息。
2.勘探孔资料结合地形地貌数据、地表影像图和物探等数据，可反映出地表地形地貌的起伏变化、溶洞（空洞）、采空区、不良地质、特殊性岩土等，并可对特殊地质区域进行进行特殊标记，为后期设计和施工提供突出性提示。
3.在地质剖面图的生成过程中不需要重复的输入钻孔数据，可通过以点到线，以线到面的方式，根据已有钻孔预测任一剖面的地质剖面和钻孔柱状图。
4.BIM模型不仅能绘制常规的图纸，还能通过对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，并出具各专业图纸及深化图纸，使工程表达更加详细。
2.3.在地基基础和基坑设计中的应用
通过理正勘察三维地质软件可进行基坑开挖的初步设计，了解基坑开挖范围内各土层的分部情况和物理力学性质，计算各岩土层开挖土方量。在桩基设计过程中，可通过虚拟钻孔的形式布置工程桩，尤其在地质条件变化较大的区域，可通过数字模拟差值的方法较真实的反应出桩位所在区域的各土层和持力层情况。
3.工程实例
一号路地下过街通道是杭州市某高铁站的配套设施，该下穿通道位于一号路和二号路交叉路口北侧，其中一号路下方为运行中的地铁线，二号路下方为在建的城际铁路，东西两侧均为已建的建筑物，且均设有地下2层地下结构，地下分布有强电、弱点、给水、雨污水等市政管线，管线纵横交错，勘察和施工难度极大。
在工程勘察外业施工前，收集了该区域地铁线路、在建城际铁路线路、地下各类管线和周边建构筑物的位置信息，采用Autodesk Civil3D进行建模，导入理正勘察三维地质软件进行虚拟布孔，从而确定出安全可靠的勘察钻孔位置。
勘察外业结束后，采用理正勘察9.0系统进行地层和数据处理，并通过理正勘察三维地质软件进行建模，并与勘察前期建立的周边建构筑物和管线模型合并后提交给建设单位，供设计单位使用。设计单位依据三维地质模型和周边环境的模型，嵌套设计的下穿通道顶管方案，为合理确定方案节省了大量成本和时间。
4.应用前景
1.理正系列软件可将理正勘察三维地质和深基坑进行关联，将地形地貌、地质构造、地层变化、不同地层和钻孔代表区域的力学性质、潜水和承压水水位、溶洞（空洞）、采空区、老基础和特殊性岩土等地质情况，结合场地内和场地周边管线、管廊、地铁、隧道、防空洞、人行通道、临近建筑等既有建构筑物，使深基坑直接在三维地质模型的基础上进行整体设计和计算，减少基坑设计过程中地层深度、厚度和土性变化造成的土压力线性变化产生的计算误差，从而对支挡结构、内支撑、止水帷幕体系进行更加精细化的设计。通过有限元计算在图中标记出容易发生围护结构破坏的区段，便于设计人员进行针对性加强，降低设计人员重复工作，减少施工成本。
2.勘察的三维地质数据直接与BIM地基基础设计进行交互，使设计人员直观的对拟建建筑物不同区域的基础形式和规模进行单独设计，可有效减少因持力层起伏变化造成的施工期间联系协调和方案变更工作，使勘察的成果信息得到最有效的传递。
3.随着城市的现代化建设，现在的城市中，尤其是老城区地下结构和管线分布庞杂，使得地下施工环境越来越复杂，所以对于老城区改造和重建产生了很大的不利因素，因而在资料收集完成后对各方面数据的整合处理提出了更高的要求。BIM信息系统平台为处理这种繁杂的数据提供了直观可靠的平台。
5.结论
对于岩土工程行业来说，地下的物体无法直观的看到，对于非本专业的人员，其很难理解看不到的事物，所以可视化的真正运用作用是非常大的。常规的勘察报告图纸只是把某一条剖面的信息在图纸上采用线条绘制表达，缺少不同地层之间和周边环境的互动性，其整体的地层变化规律就需要设计和施工从业人员去自行想象。BIM提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前；由于整个过程都是可视化的，可视化的结果不仅是展示，更重要的是，在项目设计和施工过程中有利于勘察信息的传递，与设计和施工过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下快速协调。有利于系统化、精细化管理，为各方提供了直观的地质信息共享平台。
参考文献：
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[2]张国峰．BIM在建筑工程岩土勘察三维虚拟现实可视化中的应用[J]．建筑技术，2017，48(3)：275-277．
[3]张亮，张大伟．基于BIM的工程勘察软件系统研究与应用[J]．建筑工程技术与设计，2018，(14)：5097．