BIM技术在岩土勘察成果三维可视化的应用研究

2021-12-08王瑛莹

智能建筑与智慧城市 2021年11期

王瑛莹

（中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队测试研究所）

1 引言

岩土工程勘察是建设国家基础设施的重要组成部分。准确而直观的调查结果是确保工程施工质量和安全的前提。BIM技术是建筑工程的新概念，已在建筑工程中广泛使用，但其在岩土工程中的应用才刚刚开始。也可以说BIM 是岩土工程勘测领域相对较新的概念，在实际应用中可能存在许多问题，例如，土力工程勘测缺少完整的系统框架，并且缺乏该领域的合适基础操作。BIM 技术数字协作管理在岩土勘测阶段未得到充分实现。近年来，一些国内研究人员提出将BIM技术应用于岩土工程勘察的解决方案，但是大多数解决方案仅在设计阶段，并没有带来实际收益。因此，研究BIM概念在岩土工程勘察结果的三维可视化中的应用至关重要[1]。

2 BIM技术与三维可视化

BIM代表建筑信息模型，是建筑结构的智能模拟，具有空间和全面性特征。BIM 技术是指通过创建设计、施工、维护和运营的协同管理三维模型实现工程项目。BIM 技术不仅可以通过特定的软件实现，而且可以通过使用多个软件收集来自工程项目相关机构的信息以实现协作综合平台。从岩土工程勘察工作的现状来看，建筑公司通常会使用BIM分析软件和基本的BIM建模软件，根据项目的实际情况构建三维建筑信息模型，充分发挥模拟和可视化的优势，基于动态变化的建筑工程开发模型参数，包括BIM分析软件主要产生和设计处理图纸、设备管理、建筑结构分析等功能。BIM 建模软件的基本功能主要包括极限系统设计，建筑结构设计等。在建筑信息建模软件中，编程接口集成程序。

在BIM技术的支持下，建筑公司可以将各种岩土工程勘测结果输入三维模型中，以进行三维可视化渲染，辅以专业程序和其他参与平台，可以提高勘测工作的效率，保证岩土工程的顺利发展。分析BIM 软件的应用程序，结果表明，当前的岩土工程三维地质建模软件具有较大应用范围，无法完全可视化施工现场的地质调查结果。因此，为了保证分析结果的可靠性，在施工过程中实施三维地质建模软件时，企业还必须使用水文监测软件（见图1）。

图1 BIM技术介绍

3 岩土勘察现状

3.1 管理缺乏协同

如今，工程项目的BIM建模通常始于项目设计阶段，导致测量师和工程项目设计人员的管理不协调、项目沟通不畅通。因此，要进行BIM 建模，有必要在项目调查阶段从岩土工程勘测结果的三维可视化中将所有项目信息集成到三维模型信息数据库中，以协调调查员与设计师。

3.2 信息缺乏时效

岩土工程研究阶段所涉及的钻探和材料成本的计算结果通常受各种外部因素影响。因此，物料指导价格和物料市场价格可能会有较大偏差。成本和实际信息情况有所不同。

3.3 成果共享差

岩土测量和建筑工作繁琐，并且可能会出现诸如建筑信息混乱和建筑单元之间信息传递不畅之类的问题。岩土工程勘察结果可能无法及时报告，从而影响项目建设的质量。

应用BIM 技术进行岩土工程的基本概念是将工程的地质模型、钻探场地和水位三维化，在三个维度上进行数字化，充分显示岩土工程勘察的结果，并提高勘测水平。BIM 技术在实现岩土工程方面的优势包括三维可视化，信息相关性，参与性和压缩性。传统的岩土工程勘测工作大多使用2D 图形来显示勘测结果，但是不直观，不利于工程师和技术人员的理解。三维可视化是BIM 技术最重要的优势之一。可以使用计算机程序来组合2D线条以形成三维模型。同时，三维图形可以显示实际地质环境，极大方便了技术人员之间的相互沟通和配合，降低了工程风险。BIM 技术可以在构建地质模型组件时设置组件的相关参数，例如，在构建井模型时，可以输入深度和单价等信息。可大大减少项目信息的频繁输入，并减少信息输入中出现错误的可能性。另外，在BIM 模型中，如果由于问题需要修改信息，则会自动更新相关信息，大大提高了岩土勘察员的工作效率和准确性。岩土工程勘测数据可能需要在项目参与者（设计单位、甲方单位等）之间传输和验证，并且BIM 模型可以将调查结果汇总到数据文件中，改善参与者之间的协作工作[2]。

4 BIM技术岩土勘察中应用

由于BIM测量软件的差异，BIM技术在增强岩土工程测量结果的三维可视化效果方面显示出一定程度的特异性。当施工现场的地质界面不规则时，由于当前数学理论和建模技术的局限性，当层的尖端消失且误差较大时，不可能使用计算机模拟地质界面的形状转移。由于地质调查是高度不确定的，在岩土工程施工现场勘测工作之前，关于操作人员施工现场的地质实体形状的信息很少，只能根据勘测信息判断地质原因。如果在BIM 模型中提供不能保证准确性的信息，则可能会导致模拟错误并造成一系列不利影响。

4.1 建立可视化模型

1）三棱柱模型

基于BIM技术，结合岩土工程勘察结果，建立三维地质体的可视化模型，根据层分布特征和地质钻探特征，可以根据传统的三棱镜模型进行适当调整。该三列模型主要由三个几何对象组成：点、表面和体积。典型的代表是顶表面和底表面上等长的四边形（矩形）。

2）钻孔BIM模型

在使用BIM 建立岩土工程勘测结果的三维可视模型时，必须首先创建井族模型，创建地质边界层的插值并提取地质主体模型。创建钻头族模型时，首先需要完成三棱镜模型中间点的提取。“族”是许多现实世界对象的分类，可以直接从BIM软件库中调用常规家族。族表示来自BIM三维可视化模型和相应族调查结果的有序组合。由于岩土工程井道施工的专业性强，族钻孔群属于某个类别，因此技术人员需要在调查基础上对其进行物理组装。

4.2 空间插值技术

三维可视化模型对岩土工程的施工质量、进度和安全性具有直观影响。技术人员可以使用BIM 技术创建建筑信息模型，在其中显示调查结果，并发挥BIM 技术的作用，模拟整个建筑过程和最终的建筑产品；当某些扫描数据更改时，可以使用BIM 技术。优化功能用于设置模型参数；在模拟施工过程时，管理人员可以制定安全隐患的预防措施，不仅可以确保施工现场的安全，而且可以避免安全隐患、延误施工进度。通常使用空间插值技术将离散点的测量数据转换为连续的数据表面，以与其他空间现象的分布模式进行比较。在应用该技术时，首先根据原始测量数据，通过将建模程序与Excel 对接来获得插值区域，然后使用绘图软件单击插值区域，即可确定插值点的确切数量。最后，通过创建和导出xlsx 文档，并充分发挥这项技术的作用。

4.3 地质数据组织技术

数据组织是指以特定方式集成、存储和处理规则和数据的过程，这是地理信息系统的重要组成部分。地理空间数据监管技术是指使用BIM 和其他类似技术汇总、分析、处理和存档岩土工程勘测数据，以用于岩土工程。通常用于构建电子地形图和井数据图，主要功能是补充地层缺陷数据。如今，建筑公司非常重视现实世界中空间工程目标的抽象，忽略了基本属性与地理现象特定方面之间的内在联系，并更加关注空间位置描述向量，而不是分析组织的实体分类特征基础。无法在模型层边界客观反映地质构造的事实。为了确保岩土工程施工的质量，建筑公司应注意地质数据的组织技术，并对原始勘测数据进行预处理，以提供数据，供随后使用BIM技术构建三维视觉模型。