BIM技术在岩土工程中的应用探微

周 伟

(1.太原理工大学建筑与土木工程学院，山西 太原 030024； 2.山西中方森特建筑工程设计研究院，山西 太原 030024)



BIM技术在岩土工程中的应用探微

周 伟1,2

(1.太原理工大学建筑与土木工程学院，山西 太原 030024； 2.山西中方森特建筑工程设计研究院，山西 太原 030024)

介绍了BIM技术可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性的优点，从岩土工程勘察、设计、施工、运营维护等阶段，阐述了BIM技术在岩土工程中的应用，指出应用BIM技术有利于优化施工方案，确保工程质量。

BIM技术，岩土工程，三维地质模型，施工动态模拟

目前，在我国工程建设领域，已经不乏BIM技术的运用。总体上来讲，BIM技术在建筑、水电、设备和结构专业的应用时间相对较长。而BIM技术在岩土工程中的应用尚且不够成熟。因此，为了将BIM技术顺利的应用到岩土工程的实际项目中，还需要进行一番深入探究。

1 BIM技术概述

BIM，即Building Information Modeling,确切来讲，就是利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的过程[1]。作为多维模型信息集成技术，BIM借助计算机辅助设计(CAD)等技术实现了对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。由此，BIM特征也非常明显，其特征大致为可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性。其中，BIM技术的可视化，即模型三维的立体实物图形可视、项目设计、建造、运营等整个建设过程可视，这一特点方便进行更好的沟通、讨论与决策。针对工程项目中管道与结构冲突、各个房间出现冷热不均、预留的洞口没留或尺寸不对等情况，BIM技术的协调性就能够通过协调流程以减少不合理变更方案或问题变更方案[3]。

2 BIM技术在岩土工程中的应用

2.1 岩土工程勘察阶段的具体运用

在岩土工程勘察上，建立三维地质模型是实际工程的运用中不可或缺的一个环节。利用BIM技术建立三维地质模型，不仅可以避免重构模型出现的差异，还可以更直观,更完整地将场地地质情况展示。以往的以柱状图、剖面图与钻孔平面信息为基础构建的地质模型过于粗略，容易出现人为错误。而利用BIM技术建立三维地质模型在一般工民建项目中非常实用，且借助软件建立实现起来也不会过于繁琐。纵观一般工民建项目的三维地质模型，其实现方法有许多种。一般情况下，在现有BIM平台中实现三维地质建模，需要考虑工程的概况进行选择。在众多建模方法中，有两种相对简单的建模方法，第一个是利用Civil3D最新的曲面建模，第二个是利用Revit平台中构建楼板的功能模拟地层的方法建模。以第一个建模方法为例，需要导入每个地层的层顶标高和坐标，得出三维的曲面数据→由曲面之间的相互关系生成每层土(岩)层实体→进行布尔运算→对基坑开挖进行模拟。之后，可以以任意剖切的方式将三维地质模型分割，展现出地质剖面图(见图1)。通过观察地质剖面图就能够将项目基坑支护结构和基础底面处相应标高处的地质情况一一了解。以此就能够优化设计方案。另外，由于三维地质模型生成后，其每个图元中都附带有详细的属性信息,因此，对于进行下一步非常有利。譬如，明确开挖部分或者回填部分体单元体积信息,就可以获得开挖或回填的土石方量,这使得土石方工程的造价预算计算更为精准。

2.2 岩土设计阶段的具体运用

在岩土工程设计上，运用BIM技术，具体有三项用途:其一，进行碰撞检测。岩土工程中进行碰撞检测的目的是验证预先设计方案的合理性。利用BIM技术进行碰撞检测可以减少设计错误，避免成本浪费。以桩基础与持力层模型进行碰撞检测为例,就能及时调整桩长，以减少设计失误，确保桩长既满足设计要求，又确保桩长选用最经济的方案。其二，利用BIM平台强大的建模，能够实现三维可视化与快速出图。岩土工程设计中，基坑设计至关重要。借助三维模型能够展示基坑设计方案最终建成后的效果和整体的设计意图，方便技术人员调整不恰当之处(图2为基坑三维计算建模及开挖模拟)。另外，由于模型中附带材质,视觉效果直观,因而要修改设计方案也非常便利。其三，运用BIM技术可实现与其他专业联合设计。三维可视化模型使得建筑的多专业之间的联通与配合更加密切，避免了平面图纸设计带来的不便。如此一来，在BIM平台上进行岩土工程设计,便可最大限度地优化设计方案。

2.3 岩土施工阶段的具体运用

在岩土施工中，利用BIM技术能够进行施工动态模拟。在岩土工程中借助软件实现施工动态模拟，岩土工程项目负责人就能够掌握整个工程的施工进度。同时，还能合理的调配资源，保证项目质量安全。BIM技术在岩土工程施工上的运用，一则能够帮助施工方进行统一的管理和控制；二则能够优化和改善原有的施工方案。其中，优化和改善原有的施工方案于岩土工程施工而言，是至关重要的。优化后的施工方案，就能够省去一些复杂的施工步骤。另外，BIM模型可以将复杂的钢筋布置建模,这是指导复杂的钢筋混凝土结构节点的关键所在。由此就能够验证施工的准确性,避免施工的质量出现问题。在施工阶段应用BIM技术，BIM模型的虚拟建筑和实际的施工或管理现场就是操控现场施工。另外，在现场跟踪中，激光扫描、GPS移动通讯、RFID和互联网等技术结合工程项目的BIM模型就能够达到两项目的：其一，保证施工期间不产生重大事故，避免发生火灾等不良事件；其二，提供准确、直观的BIM数据库。

2.4 岩土监测阶段的具体应用

岩土工程监测中BIM技术也能起到辅助作用。传统的岩土工程监测是监测简报数据表格与图表的汇报，这种监测方式容易出现偏差，而利用BIM技术可以以三维图示展现。以用三维图像展示基坑沉降变形，再将现场所测的监测数据输入软件计算，以得出变形量，生成整个场地的沉降云图。如此一来，场地的沉降变形情况就能够被清楚的掌握。

3 BIM技术的应用意义

在工程项目上，涉及规划、勘察、设计、施工、运营维护等各环节[2]。将BIM技术应用于这些环节之中，便能够实现建筑全生命期各参与方在同一多维建筑信息模型上的数据共享，如此一来，工程项目建造就有了技术支撑。与此同时，BIM技术也是优化项目方案的一个便利方法。此外，BIM技术能够进行项目虚拟建造和精细化管理，是减少建筑业质量不达标的有利因素。BIM技术被应用于我国香港地铁项目、南水北调工程等多个大工程之中。BIM技术未来迅猛发展是势不可挡的，岩土工程借此也将发生极大的变化。BIM面临的新一轮挑战就是如何以其特征凸显国内建筑市场特色。由此可见，为了积极应对更多未知的挑战，BIM技术的应用还需要更多的思考和实践。

4 结语

BIM技术是现阶段岩土工程上一大重要技术，运用BIM技术就能够使得岩土工程的勘察环节、设计环节、施工环节以及监测环节大大受益。由此，岩土工程实现协同合作的目标也就更进一步。同时，利用BIM技术建立三维可视化模型对于提高岩土工程质量很有帮助。因此，当前在岩土工程中要重视BIM技术的应用，做好相应的人员培训、开发软件、硬件升级等工作，以此推动BIM技术在建筑业的拓展应用。

[1] 张 芳,郑山霖,张秀莲,等.岩土工程信息技术及其工程应用[J].地下空间与工程学报,2016(5):1336-1343.

[2] 崔年治.岩土工程勘察BIM及其应用[A].2016年全国工程勘察学术大会论文集(上册)[C].2016.

[3] 杨 敏.BIM技术在深基坑工程中的应用探讨[A].2014年全国工程地质学术大会论文集[C].2014.

Inquiry on the application of BIM technology in geotechnical engineering

Zhou Wei1,2

(1.CollegeofBuildingandCivilEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ShanxiZhongfangSenteEngineeringDesignAcademy,Taiyuan030024,China)

The paper introduces advantages of BIM technology, such as visible, coordinate, simulation, optimal and drawing. Starting from aspects of geotechnical engineering survey, design, construction and operation maintenance, it describes the application of BIM technology in geotechnical engineering, and points out that: applying BIM technology will be good for optimizing construction scheme and guaranteeing engineering quality.

BIM technology, geotechnical engineering, 3D geological model, construction dynamic simulation

1009-6825(2017)09-0069-02

2017-01-16

周 伟(1987- )，男，在读硕士，工程师

TP319

A