张乘千
（浙江数智交院科技股份有限公司 杭州市 310000）
摘要：在工程地质勘察过程中，BIM技术发挥了重要作用。本文以某特大桥为例，通过BIM技术实现了复杂地质体根据物探资料建立虚拟钻孔及分区分块建模的功能；同时，实现了三维地质模型的三维可视化、数据处理、地层与结构物碰撞、模型数据的输出等方面的应用。
关键词：工程地质勘察； BIM技术；地质模型
引言：为了提高勘察的精度，在传统勘察方法的基础上，引进了新技术和新方法，采用多种勘察手段，确保地质勘察结果满足设计的需求；但是在勘察精度提高的同时却带入了更多的信息量，从而加重勘察工作的复杂度和困难度[4-7]。BIM技术的出现，为整合勘察信息、提高工作效率、降低施工成本等多方面提供了技术支撑，为公路工程勘察设计行业注入新的活力。
1.地质模型建立
1.1虚拟钻孔导入
为了进一步查明场区地层分布情况，提高勘察精度，本次在特大桥北锚区共布置物探高密度探线2条，主要探测场区的视电阻率值。采用高密度电法进行二维地电断面测量，高密度电法具有点距小、采样密度高的特点，一条高密度测线可进行数百记录点的数据测量，在测量断面上，采用温纳装置测得的数据呈现倒梯形排列，越往深处采样点越少[8,9]。本次借助Bentley平台的VBA模块，开发出物探解译地层线的虚拟钻孔生成工具，只需将解译后的地层线导入Bentley平台，选择地层线的起点和终点，输入物探剖面线在平面上的空间坐标，输入虚拟钻孔数量和地层名称即可直接将该解译的地层线以虚拟钻孔的格式输出，并参与到后期模型建立过程。
1.2 分区分块建模
地貌单元和工程地质单元的划分决定了地质体建模时需进行分区分块建模以满足不同场地对模型精度的需求。以中塔区建模为例，中塔区主要为海积软土层，地层变化平缓，但局部含有地层透镜体。根据前期物探解译结果显示前后侧壁有水底坚硬不良障碍物异常区，对异常区加密钻孔，共布置16个钻孔。因中塔区含有较多透镜体，先对透镜体进行模型构建。通过圆形缓冲区和欧氏距离分配分析对透镜体影响范围进行控制，并将影响范围初步确定在规定的圆形缓冲区和欧氏距离形成的泰森多边形内，再根据地质成因规律进行人为范围的圈定。最后分层创建地层表面，通过拉伸地层表面创建地质体，并将生成的透镜体嵌入到地质体中形成中塔区三维地质模型。
2地质模型BIM技术应用
2.1 物理力学参数查看
模型建立后，可对每层地层模型赋予属性信息。本次建模将勘察过程中的参数分成八大类，分别为承载力指标、固结快剪指标、静探指标、岩石剪切指标、三轴剪指标、无侧限抗压强度指标、物理性质指标和压缩指标。同时，各大类指标又包含多个分项，如物理性质指标包含天然含水率、天然孔隙比、饱和度、液限、塑限等。各参数都自带预设好的单位，对于承载力指标，在输入时只需键入相应的数值。赋予了物理力学参数的地层后可参与到工程计算中，如路堑边坡的稳定性计算及软土路基沉降量计算等。
2.2 地层与结构物空间关系运算
利用BIM平台的碰撞检查功能可以快速判断结构物与地层的空间关系，如判断每根桩基是否到中风化基岩面，沉井基础是否放置于卵石层，北锚基础是否放置中风化基岩上等。只要建立相应的规则集便可实现地层与地层、地层与结构物、结构物与结构物之间的空间关系[10]；图1中展示了北塔嵌岩桩每根桩基与中风化基岩面的碰撞检查结果。碰撞检查的结果支持Excel格式的文件输出，方便对碰撞结果进行输出并逐一进行修改。
图1 桩基与岩面碰撞检查结果图 (阴影块体)
2.3通用格式文件输出
地质模型可以输出成多种格式文件，供其他软件平台应用、查看和浏览，如dwg、fbx、obj、skp等格式，此外，还可以直接应用于后续专业的工作中，为后续专业提供所需的工程地质信息及参数。
2.4 三维可视化
从三维地质模型上可以清楚地看到地层分布，可以从不同的角度浏览三维地质模型，实现模型的翻转、缩放和平移。可以对三维地质模型每种地层赋予不同的材质颜色，贴图后的模型在视觉效果上更加强烈。以往，地质工作者们以手绘地质剖面图、CAD断面图的方式来表达一个区域的地质情况，看到的是局部的，缺乏对整体情况的把握，并且如果需要看到其它断面的地质情况又需重画地质剖面图，无疑加大了工作量，降低了工作效率。三维模型建好后可以从多角度观察地质情况，可以对复杂的地质现象进行刻画，在地质调查中，地层尖灭、溶洞、断层、褶皱等地质现象时有出现，在二维图纸不能较好表达的时候，三维地质模型的建立便成为了最好的选择。
3 结论
目前，地质勘察BIM的研究，大多集中在地质三维建模层面上，地质三维模型概念在1993年首先由加拿大的Simon W Houlding提出，主要应用于石油和采矿等领域，取得了丰硕的成果;而在工程建设领域，工程地质三维模型目前应用最好的是水利水电工程；但是，尚未见到成熟完整的从工程地质建模到应用的地质BIM整体解决方案。实际上，地质建模技术经过几十年的研究，已经相对成熟，无论多么复杂的地质体，都有办法进行三维模拟;目前所缺乏的，是模型建立后成熟的应用方案。本文在地质BIM此方面的设想与研究成果，以求对行业发展起到抛砖引玉的作用。
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