张乘千1、张青2
（浙江数智交院科技股份有限公司 杭州市 310000）
摘 要：近些年来，新方法与新技术不断引入到工程地质勘察中，造成了信息量大但利用率低的问题；尤其在一些大型工程中，地质条件复杂的情况下，提高勘察设计的准确性，控制施工成本是必须考虑到的问题。BIM技术的出现，对勘察设计行业具有里程碑式的意义，它可将以往二维难以表达的空间结构以三维形式呈现。本文以某特大桥为例，通过BIM技术不仅实现了复杂地质体的三维创建与拼接，还在钻探工作量统计、工程地质断面输出、物理力学参数查看、地层与结构物碰撞、桥梁桩长的确定等方面给出具体应用。
关键词：地质工程；公路勘察；BIM技术；地质模型
1 前言
近几年BIM技术在公路领域的应用和发展越来越快，软件和硬件的逐步成熟使得公路工程勘察设计更加高效与便利。其中BIM技术的可视性、信息化、协调性、模拟性等众多优势为公路工程前期设计定线、中期结构优化以及后期施工管理提供了强大的技术支持并提供了一个良好的互动平台[1-3]。
2 项目介绍
温州某特大桥工程是国内外首座三塔四跨双层钢桁梁悬索桥，桥梁上层为高速公路，下层为南金公路。桥梁主要由五个控制性工程组成，即北锚定、北塔、中塔、南塔和南锚定。主要的结构物为重力式锚、沉井基础以及桩基础（摩擦桩基础和嵌岩桩基础）。该特大桥地貌单元种类繁多，以低山丘陵区、山前海积平原区和海积平原区为主，第四纪地层主要为流塑状淤泥质土、软塑状黏土、可塑状粉质黏土、厚层状冲积卵石层以及残坡积含黏性土碎石，局部充填粉砂、粉土层，下伏中风化凝灰岩和花岗斑岩，基岩面起伏大。为确保基础设计的准确性，根据场地工程地质条件运用BIM技术实现三维地质模型的信息化表达，从而辅助设计，指导施工。
3 地质模型建立
3.1 地质钻孔导入
本次的BIM平台为Bentley公司的开发的ORD平台，地质钻孔的导入利用理正勘察软件的钻孔管理模块。ORD平台构建地质钻孔需要两类信息，第一类包含钻孔的基本信息：钻孔编号、X坐标、Y坐标、钻孔高程和钻孔深度；第二类包含钻孔的分层信息：钻孔编号、起始深度、终止深度、地层名称。地质钻孔在导入过程中还可支持文本超链接，将每个钻孔实体与钻孔柱状图进行关联。本次建模中分别将中塔区、北塔区、北锚区钻孔批量进行导入，地质钻孔在导入时按地层代号赋予地层名称。
3.2 地质模型拼接
在模型拼接上主要采用在不同模型拼接边缘预先设置两排虚拟钻孔，两排虚拟钻孔的设定既可控制地层在空间上的连续性又可控制地层变化的趋势。模型建立时不同模型之间都采用拼接处的虚拟钻孔作为自身模型构建的一部分，这样不同模型可在边界处实现地层顺序及厚度一致，并保留地层的变化趋势，最后通过合并逻辑运算即可将两部分地质模型进行无缝拼接。
4 地质模型BIM技术应用
4.1 钻探工程信息量统计
导入的钻孔模型包含每个地层的地层信息和起始深度。以统计各地层厚度为例，可利用BIM平台的输出报表功能进行钻探工作量的统计，在报表窗口中新建文件夹，定义新报表，选择gINT目录下的钻孔和地层目录，选择相应的统计项目即可将输出的工程量报表直接附在模型界面或者导出到Excel中。
4.2 地质模型剖切
三维地质模型在BIM平台可以实现模型任意断面剖切，方便快速查看剖切处的地层分界情况；也可以进行专业断面剖切，剖切的断面既含地层分界情况，又含地层相关信息，并可将指定剖切的断面进行保存方便下次直接查看；或者导入结构物设计模型，共同参与剖切，进行一定的人工编辑及修改后即可成为符合工程图纸要求的断面图。将多个剖切断面组合后还可形成围栅图，围栅图便于从给定的多个角度了解场区工程地质情况，并初步判断结构物与地层的空间关系。
4.3 桥梁桩长的确定
通过三维地质模型的建立和地层参数的赋值，在确定了桩基桩顶力的基础上，可以快速的计算出桥梁各个桩位上的桩长，并确定桩基形式和桩基持力层，这样有效的优化了桥梁桩基长度，避免了因为桩长导致的不必要浪费，节省了工程造价。利用Bentley二次开发功能，
将桩基承载力计算书写入到开发程序中，简化人为计算过程，对于嵌岩桩用户只需输入端阻发挥系数、侧阻发挥系数、桩直径和地基土容许承载力深度修正系数，软件可自动从模型中读取桩嵌入各岩层厚度和桩端岩石单轴饱和抗压强度。最后输入给定的单桩轴向受压承载力容许值后即可根据三维地质模型地层分布情况计算出符合承载力容许值的桥梁桩长。
5 总结
本文以温州某特大桥工程为例，重点讨论了复杂地质条件下的三维地质模型建立的流程和方法，并运用BIM技术实现三维地质模型的工程应用。将该特大桥的地质勘察成果以三维形式呈现，不仅给设计和现场施工人员一个直观的场区地质条件认识，更在辅助桩长设计、预算工程开挖方量和控制施工成本中实现BIM技术应用的价值。该特大桥三维地质模型的建立解决了采用了单体建模和拼接技术，对今后刻画复杂地质情况提供了一条快速的建模途径，为后续的指导设计与辅助施工发挥积极作用，并助力未来数字公路、智慧公路的建设与维护。
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