BIM在岩土工程中的应用及教学改革研究探讨

邬忠虎

摘要：随着BIM技术不断深化与拓展，岩土工程领域可以利用BIM技术自身优势进行应用，探究怎样将BIM技术引入岩土工程学科教学之中显得愈发重要。BIM技术可以与岩土工程领域有限元软件结合进行三维地质建模；将其运用到岩土工程勘察、设计、施工、监测，实现同一平台多专业协同。结合BIM技术对岩土工程领域学科进行教学改革探究，调整课程教学、课程设计安排，充实教学内容，使其紧密联系课程体系，符合岩土工程的发展趋势，对岩土工程专业的教学改革提供可借鉴的新思路。

关键词：BIM技术；岩土工程；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）22-0120-03

一、前言

BIM的英文名全称是Building Information Modeling，中文名字是建筑信息模型。作为一种理念或思想，它以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[1]。随着BIM技术不断深化与拓展，其在我国很多领域例如建筑、水利水电、能源应用与结构等领域充分应用。可以将其仿真化、可视化、信息化的优势运用到岩土工程领域，对其研究作用越发重要，促进岩土工程发展[2]。

在岩土工程领域学科教学中，教师应该基于BIM技术平台，培养学生学会运用BIM技台设计工程方案，依据其他工程信息设计三维模型，并利用BIM技术的信息属性，学会计算工程所需参数信息。

二、BIM技术在岩土工程中的运用

（一）BIM技术在岩土工程勘察中的运用

1.基于BIM技术三维地质建模。BIM技术拥有强大的建模功能，主要应用于建筑方面，其三维可视化可以应用到岩土工程勘察领域，进行三维地质建模（图1）。三维地质模型对于岩土工程实际运用具有重要作用与意义[3]。三维地质模型可以将当地地质构造形态直观地呈现在岩土工程师与施工人员面前，并带领工程人员进行视觉漫游，可以进行施工的动态模拟，能准确地把地质构造、施工过程模拟出来，并且能随时进行调整，不断优化施工方案，有效节约了岩土工程的成本。

BIM技术相对于岩土工程实现三维建模的规模相对较小，针对比较小型的项目，可以建立起完善的三维地质模型，但对于较大范围的研究区域，地质岩层构造复杂的区域、多期次构造运动造成地层破坏严重的区域，例如西南地区的云贵高原等复杂构造区，基于BIM技术的三维地质构造建模技术尚處于起步阶段，实现起来需要攻克难题。

2.BIM技术与有限元软件结合。岩土工程领域需要用到的很多数值模拟软件，例如Ansys、RFPA、Abaqus等有限元软件，是否可以将BIM技术与岩土工程领域的有限元建模软件结合起来，实现三维岩土工程勘察可视化、信息化、智能化（图2）。

BIM技术与岩土工程的有限元数值建模软件结合起来可以实现三维地质模型任意方向的剖切分析，可以在模拟工程地基开挖以后的基础模型，BIM技术信息化的特点使得每个基质单元都带有体积信息，那么就可以根据工程需要计算出土方量，使得工程造价更为精准。

（二）BIM技术在岩土工程设计中应用

1.碰撞检测。BIM技术平台中使用最广泛的功能之一是碰撞检测，设计方案的过程中可以减少设计中出现的错误，有效节约生产成本。岩土工程中也能运用到这个技术，例如桩基础与持力层的碰撞检测，通过检测，就能计算出桩端进入持力层的深度，可以计算出桩的长度，并且进行合适的调整，确保设计方案的经济性，使岩土工程的造价得到有效控制，节约成本[4]。

2.三维可视化效果。BIM技术模型贯穿整个全寿命周期，其平台本身具有强大的模拟效果的功能，建立的三维模型可以经过一定的加工，形成立体的三维模型，与游戏引擎VR技术结合，可以在任何视觉、任何角度对建立的三维模型进行视觉漫游，达到多角度观察和分析的目的。同时BIM技术模型本身也是一个建筑结构信息数据库，该数据库包含了各专业的三维数据信息[5]。

3.与其他专业联合设计。通过工程的设计施工等传统经验，不同工种相互之间的沟通与协调过程复杂而烦琐。不同工种、不同专业之间的设计人员可以基于同一个BIM平台进行设计。在同一个BIM平台实现多专业协同，管网综合，空间利用净空优化。不同专业之间比如岩土、结构、电气、机械、给排水专业等一起结合，加快工程设计和施工进度。BIM成果与内装、外装的配合，提高准确性；减少重复施工和投资，并指导工程精确计算，合理安排施工工期及物料组织[6]。

（三）BIM技术在岩土工程监测中应用

传统的岩土工程监测是通过数据、简图和报表的形式，没有直观地呈现出岩土工程概况。BIM技术平台的运用使三维模式的岩土工程监测成为了现实，例如通过三维动态模拟技术呈现出基坑沉降过程，通过计算软件可以监测计算出相关数据，最后得出变形量，生成基坑的沉降云图，并且可以进行相关应力分析。

三、BIM在岩土工程学科中的教学改革探索

步入新时代，我国高校都在积极探索BIM技术怎样融入课程中，特别是在岩土工程领域学科，传统的教学方式是书本结合现场实习，如果将BIM技术融入高校教学中，可以改变传统的教学方式，利用BIM技术优势，将课程中对工程场景书面表达转化为生动的视觉漫游，与工程现场形成可交互式的三维立体的模拟现场，让学生产生直接深刻的感性认识。

（一）结合BIM技术下的课堂教学改革

课堂教学中传统的二维图形结合文字与多媒体的教学方式应该被摒弃，岩土工程学科的课程教学中应用BIM的三维立体模型，再结合二维图形进行参考，能增加对图形的理解，并在课堂上对BIM技术的原理与算法进行分析介绍。让学生在计算机上进行实践操作，基于BIM技术平台下进行简单的三维设计，熟悉软件基础操作，提高学生的三维设计思维能力，将理论与实践结合起来。

（二）结合BIM技术的课程设计改革

将BIM技术引入课程设计当中，课程设计所需绘图软件可以结合BIM技术进行绘制，加深学生对BIM技术平台的认识，可以让学生在绘图软件上结合BIM技术进行课程设计，在设计开始之前进行完整的软件基础教程课程。

在开始课程设计之前，先让学生按照毕业设计的要求进行选题，然后根据所学的地质学和岩土工程领域知识运用到课程设计之中，先学会实用BIM建模软件中的Revit、Gocad和Catia绘制基本方案，然后根据老师的指导进行三维模型的建立，根据相关专业制图规范进行修改，然后再写出设计说明书，上交作业。完成了基本制图、BIM技术的Revit、Gocad和Catia软件等基础专业知识课程以后，课程设计安排在大四上学期，从第3周开始，设计过程采取上课集中指导、现场勘查与绘制图的方式相结合，课程设计进度安排如表1所示。

课程设计安排在第3周至第10周，第一和第二周进行理工知识的讲解，让学生对基础知识有个宏观了解，以便于掌握后面的实际操作。

四、结语

BIM技术可以将其仿真化、可视化、信息化的优势运用到岩土工程领域，其三维可视化可以应用到岩土工程勘察领域，进行三维地质建模；将BIM技术与岩土工程领域的有限元建模软件结合起来进行数值模拟计算。随着BIM技术不断优化，其在岩体工程领域越显重要，积极探索BIM技术怎样融入高校课程之中显得愈发重要，在高校岩土领域科学课程之中引入BIM技术，使其与课程体系紧密联系在一起，并将其引入到课程设计当中，提高学生的三维设计思维能力，将理论与实践结合起来，符合岩土工程领域专业发展趋势，对促进岩土工程教学有着重要意义。

参考文献：

[1]林孝城.BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用[J].福建建筑，2014，（06）：111-113.

[2]周鹏.BIM技术在岩土工程中应用研究[J].建筑知识，2017，37（08）：78-79.

[3]黄佳铭，郑先昌，侯剑，贺冰，刘阳.BIM技术在岩土工程中应用研究[J].城市勘测，2016，（02）：157-160.

[4]郭岐山.BIM技术在岩土工程中应用简述[J].城市建设理论研究：电子版，2017，（12）：203-204.

[5]張国峰.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.

[6]龙辉元.BIM技术应用于结构设计的探讨与案例[J].土木建筑工程信息技术，2010，02（4）：89-93.