勘察BIM技术的发展与应用

侯刘锁 贾海鹏 李根强

（深圳市勘察研究院有限公司，广东 深圳 518000）

从2011年开始，住房和城乡建设部陆续发布了多个关于加快推动 BIM技术应用的发展纲要和指导意见，对BIM技术应用的推广起到了积极作用。随着国家政策的大力支持，BIM技术的应用有了较大的发展，但是在传统行业地质勘察行业，BIM技术应用的起步较晚，目前仍处于探索前进阶段。

将BIM技术应用在工程勘察中，其可视化、协调性、优化性等特点可以更好地反映场地的地质环境情况，为主体结构的BIM应用提供基础支撑。另外精细化的地质评价对前期的规划、业主的决策方面均有较大的帮助。

1 勘察BIM技术简介

BIM（Bilding Information Modeling的简称，其中文译为建筑信息模型）是由美国的恰克·伊士曼博士于1975年提出，基本理念为建筑信息模型综合了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能，将建筑项目全生命周期的信息整合到信息模型中[1]。

勘察BIM技术是指BIM技术在勘察阶段的应用，有学者提出勘察BIM应简称为GIM（Geology Information Modeling），GIM指的是地质信息模型，只是勘察BIM的一部分，并不能代表勘察BIM。

勘察BIM除地质信息模型外，还应包括周边管线信息模型、地表地理信息模型以及地下建构筑物信息模型[5]。

勘察BIM建模的技术路线见图1。

图1 勘察BIM技术路线图

单个的模型不能称为勘察BIM，只有4个模型集成后或者至少2种模型集成后方可称为勘察BIM模型，集成后效果见图2。

图2 勘察BIM集成图

2 勘察BIM技术的特点

2.1 地质信息模型

地质信息模型是勘察BIM中难度最大的部分，主要体现在地质模型是根据采集和测试数据，根据算法模型还原地质模型，推测成果作为设计根据，与其他专业BIM模型最大的不同是地质模型不是设计出来的，而是利用有限数据对原始地质体进行还原。

从表1可以看出，勘察BIM的思维方式和建模难度都是比建筑BIM难的。另外地质模型随着勘察阶段的变化，模型的精度是由粗到细，与实际的地质条件逐步接近。

表1 建筑BIM与勘察BIM区别

2.2 数据来源

勘察BIM模型的准确性与模型的数据来源有很大的关系，各模型的数据来源见表2。模型建立前除关注模型数据的来源外，还应关注数据的标准化问题，尤其是地质信息模型，建立统一的地层标准层是最关键的步骤，如果没有建立标准层后续用项目级BIM模型拼城市级BIM模型会出现很多问题，无法进行拼接融合。

表2 模型数据来源表

2.3 模型检查与验证方法

管线模型、地下建构筑物模型均可以通过模型生成二维图纸与原始数据进行对比验证，容易校对，该文重点对地质模型的检查方法进行阐述。

受地质体在地下无法透视的限制，无法采用模型与实物进行对比验证，这也是造成目前地质信息模型验证困难的主要问题，通过近几年实际工作中模型检查方面的探索提出以下几个验证方法供同行进行参考：1） 用目前比较成熟大家也普遍认可的二维地质剖面对三维模型进行检查验证。因地质体的特殊性和不规则性，工程师做二维剖面往往会加入很多经验判断，相对三维模型纯靠算法模型要可靠的多。所以采用目前比较成熟的二维图纸去检查三维模型是一条比较可靠的路径。2）采用物探技术进行复核验证，因物探技术生成的是连续的面状信息，可以通过物探抽查的方式对地质模型进行验证，该方法也是比较科学的。物探信息后续可加入模型中增加模型的精细度。3） 对比软件以往项目建模的精度，需要搜集以往项目模型与实际施工过程中的吻合度，通过数理统计的方法进行模型验证。4） 在基坑开挖和桩基施工过程中进行验证，但是这样的验证只能用于后续类似项目的类比分析中。

3 勘察BIM技术必要性

3.1 勘察BIM的作用

BIM概念是针对项目全生命周期的，那么勘察BIM作为项目的开端也是项目的基础，做好勘察BIM对后续的设计及施工是有极大的指导作用的。

相比于传统二维的勘察报告，勘察BIM的优点如下：1） 可视化。通过三维模型建立，便于设计人员全面了解地质情况及周边环境情况，业主也可以通过BIM模型对项目整体规划进行预判。项目在勘察阶段即可定出桩基的工作量，如图3所示。另外通过地质模型与周边环境模型的融合对指导地下工程的设计及施工有很大作用[2]。2） 复杂地质条件的精细化评价。应用勘察BIM技术可以对场地地质条件进行精细化分析评价，可以很好地反映复杂地质情况，如图4所示。对复杂地层条件利用BIM技术可以很好地展现不利地质体的分布情况，如对建设影响较大的断层构造分布、岩溶分布等。如断层构造可以利用断层错动模拟技术展现还原，见图5。对后续设计避开不利地质体及采用相关措施均有很大的帮助。3） 任意剖切剖面。在三维地质体模型上可以根据需要对模型任意切割查看对设计有影响的地质剖面，该技术对设计效率的提升是有极大的帮助的，见图6。任意切割在快速查询地质和土方开挖计算方面有较大提升。

图3 桩基础长度确定

图4 复杂地质情况

图5 断层构造错动模拟

图6 任意剖切地质体

3.2 勘察BIM设计优化

勘察数据是设计的基础，重点影响建筑设计的基础方案选型、基坑支护方案的选型，目前受用地空间的限制，地下工程越来越深，对勘察数据的要求也越来越高[3]。

3.2.1 对基坑支护设计的优化

应用勘察BIM模型对岩土设计也有较大的指导意义，基坑设计单位可以充分了解地质条件和周边环境信息，选择经济理合理、安全可靠的支护方案，对设计方案的优化主要体现在以下4点：1） 利用BIM模型的可视化和精细化评价对围护结构桩的桩长进行优化，对控制造价有较大的作用；2）利用勘察BIM模型进行土方计算，可以快速算出每层土方的开挖量。3） 通过支护结构与周边环境条件的模拟分析，可以对支护形式进行优化，尤其是对锚杆的设计方面。4） 对基坑开挖进行施工模拟，通过调整施工工序可以有效节约工期。

3.2.2 对基础设计的优化

以勘察BIM模型为基础模拟不同基础形式的信息，对各种基础的造价、工期进行比选，在前期投资阶段确定出比较合理的投资估算，对各种基础的分析体现以下2点：1） 浅基础。可以利用勘察BIM模型选择合理的基础持力层，确定需要地基处理范围，可以快速计算出土方开挖及地基处理的造价。2）桩基础。不同的持力层可以快速确定桩长，可以快速比选不同桩径、桩长及摩擦桩与端承桩的造价，如图3所示。

3.3 勘察BIM对施工的指导

勘察BIM对施工的指导重点指对基础施工及基坑支护施工的指导，通过三维模型对地质体和桩基础的模拟，可以精确列出每根桩的长度信息（见图3），在施工勘察的项目中，将施工勘察信息加入模型可以更好地判断地基持力层情况，对基础的施工质量控制起到很大作用。另外对勘察BIM模型进行轻量化处理后，对勘察技术人员进行现场持力层的判别也有很强的指导意义。

在基坑支护施工对周边建构筑物保护方面，可以模拟出支护结构与周边环境的关系，支护结构与主体结构的碰撞检查，有效避免了对主体结构的影响。

4 勘察BIM应用情况

4.1 勘察BIM应用现状

勘察BIM技术相对其他专业BIM技术起步较晚，技术难度大，目前仍处于探索发展阶段[4]。地质模型建立目前已有比较成熟的应用软件如秉睦科技的工程勘察三维信息化整体解决方案、北理理正公司的勘察BIM软件以及南京库伦的BIM软件等软件。这几款都是国内目前应用较多的勘察BIM软件，也在很多项目中有应用实践。

根据《2020年深圳市建筑信息模型（BIM）产业发展研究》调查中采用国内外BIM软件的调查分析，Revit占76.3%，是目前应用最为广泛的BIM平台软件，国产软件勘察类软件理正6.8%，秉睦3.4%。

目前勘察BIM成果可以实现地质模型、管线模型、地理信息模型等的集成应用，但是勘察BIM成果，与后续设计单位及施工单位之间的衔接问题还有待提升，在后续的设计及施工单位的应用中应用率不高。主要原因是勘察BIM模型的集成平台还有所欠缺，勘察BIM的软件平台和设计BIM软件平台的兼容性及数据传递过程中的数据丢失情况严重。

4.2 勘察BIM应用难点

勘察BIM起步晚，技术实现难度大主要应用难点如下：1） 软件平台建设，目前国内的BIM软件平台还主要依赖国外的软件，各专业之间存在一定的技术壁垒需要突破，尤其是勘察BIM专业性强技术难度大更需要兼容性比较强的软件平台进行支持，才能达到数据的协同管理。目前数据传输过程中数据丢失严重，例如勘察BIM模型导入Revit平台中属性信息会丢失。2） 勘察BIM技术人才缺乏，目前BIM整体技术人才缺乏，高校开设BIM专业课程的也比较少[6]。目前应用BIM人员均为各专业技术人员通过自学培训等方式发展起来的，勘察BIM普及核心是专业人才，需要既懂专业又精通软件的复合型人才，因此除了高等院校开设相关课程外，积极开展勘察设计企业之间的BIM培训交流，提高BIM技术人员的技术水平和创新性。3） 勘察BIM技术的全过程协同性没有体现出来，目前的BIM技术在勘察、设计、施工各阶段各自独立，信息的传递和协同性没有发挥出来，由于软件平台、各单位建模目的不同，不能实现数据共享，以至于目前存在为了做BIM而做BIM的现象。4） 缺乏统一的交付标准，目前国内还没有形成统一的勘察BIM交付标准，虽然在北京、重庆、厦门、深圳等地区均发行了地方标准，但标准的可落地性还未得到有效验证[3]。

5 勘察BIM发展建议

关于BIM在平台建设、人才培养、标准体系等方面的建议很多文献都有介绍[2～3]，笔者提几点对BIM发展的思考：1） 除了加大研发支持，加快建设自主知识产权的BIM全过程平台外，数据的交换和传输应该是BIM发展的关键制约因素，BIM要真正实现全流程协同数据管理，必须要解决数据交互问题，同时解决数据的冗余问题，尤其在勘察BIM模型中后续设计真正用到的数据应该保证有效传输，对后续工作无用的数据应该在建模过程中舍弃。2） 制定完善的取费标准，目前BIM发展还未达到人人都用BIM正向设计的阶段，需要一定的经费及政策的支持，对BIM的发展是有利的，只有在项目应用过程中去完善BIM技术才是一条比较好的发展之路。3） 开拓创新，走出符合中国国情的BIM之路，目前我们的BIM理念是建立在国外的软件及理念基础之上的，在应用实践中应有用于开拓的精神，通过创新融合，跨界融合等方式对BIM技术进行优化，将BIM技术与AR/VR技术等技术融合，促进建筑行业的发展，为后续的智慧城市建设打好基础。