BIM技術(shù)在楞古水電站大壩建基面選擇中的應(yīng)用

劉思丁,魏星燦,肖華波

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

BIM技術(shù)在楞古水電站大壩建基面選擇中的應(yīng)用

劉思丁,魏星燦,肖華波

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

BIM技術(shù)具有數(shù)字化、可視化、多維化、協(xié)同性和模擬性等特點，在工程建設(shè)領(lǐng)域普遍運用，特別在建筑、設(shè)備和結(jié)構(gòu)等規(guī)則性的建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用效果顯著。由于地質(zhì)體的不規(guī)則性和復(fù)雜性，BIM技術(shù)在工程地質(zhì)勘察方面的應(yīng)用受限。本文依據(jù)鉆孔Vp、RQD指標(biāo)，采用三維地質(zhì)建模軟件(GOCAD )，建立楞古水電站大壩壩基巖體Vp、RQD指標(biāo)的三維空間云圖，進(jìn)行三維空間分析，快速得到壩基巖體質(zhì)量等級的空間分布，彌補二維分析的不足，為大壩建基面選擇提供依據(jù)，證明了BIM技術(shù)可以應(yīng)用到工程地質(zhì)勘察方面，并且具有以往傳統(tǒng)方法沒有的優(yōu)勢。

建筑信息模型(BIM);鉆孔Vp、RQD;大壩建基面

0 前 言

BIM是 Building Information Modeling的簡稱，譯為建筑信息模型?？梢院唵卫斫鉃閷⒂嘘P(guān)建筑構(gòu)件的各項信息分類存儲于數(shù)據(jù)庫中，建立參數(shù)化的三維模型，根據(jù)工程需要調(diào)用構(gòu)件中的建筑信息進(jìn)行統(tǒng)計、分析、計算與圖形表達(dá)等功能，具有數(shù)字化、可視化、多維化、協(xié)同性和模擬性等特點，且可以貫穿工程建設(shè)的全生命周期。

目前，BIM技術(shù)在我國工程建設(shè)運用中發(fā)展迅速，主要應(yīng)用于建筑、設(shè)備和結(jié)構(gòu)等規(guī)則性的建筑結(jié)構(gòu)中。由于地質(zhì)體的不規(guī)則性和復(fù)雜性，BIM技術(shù)在工程地質(zhì)方面的應(yīng)用受限，尚處于起步階段。本文在深入了解BIM理念的基礎(chǔ)上，運用自主研發(fā)的工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)(GeoSmart)及三維地質(zhì)建模軟件(GOCAD )，對BIM技術(shù)在水電工程大壩建基面選擇中的應(yīng)用進(jìn)行了嘗試。

1 工程概況

楞古水電站位于雅礱江中游，采用混合式開發(fā)，樞紐建筑物主要由攔河大壩、引水隧洞和地下廠房組成，裝機容量2 475 MW，屬大(Ⅰ)型工程。

工程區(qū)屬高山峽谷地貌，地層巖性由三疊系上統(tǒng)侏倭組變質(zhì)砂巖(T3zh)和后期侵入的印支—燕山期偉晶花崗巖脈(γρ)組成，二者多為焊熔接觸，交切關(guān)系復(fù)雜。其中，變質(zhì)砂巖以中—細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主，薄—中厚層狀，致密堅硬，強度高，抗風(fēng)化能力強，完整性較好；偉晶花崗巖脈云母含量較高，局部呈片狀集中發(fā)育，巖體強度相對較低、抗風(fēng)化能力較弱，隱微裂隙發(fā)育，完整性相對較差，二者工程地質(zhì)特征差異較大。

2 BIM技術(shù)在大壩建基面選擇中的應(yīng)用

2.1 BIM設(shè)計的必要性

由于變質(zhì)砂巖與偉晶花崗巖脈工程地質(zhì)特性差異較大，交切關(guān)系復(fù)雜，需要大量勘探及室內(nèi)分析工作，進(jìn)行兩種巖性壩基的巖體質(zhì)量分級，工作量大，效率低。

本文采用反映壩基巖體質(zhì)量等級的鉆孔Vp、RQD等指標(biāo)，運用三維地質(zhì)建模軟件(GOCAD)分別建立壩基巖體Vp、RQD等指標(biāo)數(shù)值的三維空間云圖，進(jìn)行三維空間分析，在不考慮變質(zhì)砂巖與偉晶花崗巖脈空間分布的條件下，快速得到壩基巖體質(zhì)量等級的空間分布，彌補二維分析的不足，為大壩建基面選擇提供參考 。

2.2 數(shù)據(jù)分析

將壩基巖體勘探試驗資料輸入工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)(GeoSmart)，結(jié)合現(xiàn)場鉆孔巖芯鑒定劃分巖體質(zhì)量情況，利用GeoSmart系統(tǒng)對Vp、RQD指標(biāo)進(jìn)行區(qū)間特征值統(tǒng)計，得到壩基巖體質(zhì)量等級與鉆孔Vp、RQD指標(biāo)對應(yīng)關(guān)系，如表1、2所示。

表1 巖體Vp指標(biāo)與壩基巖體質(zhì)量關(guān)系

表2 巖體RQD指標(biāo)與壩基巖體質(zhì)量關(guān)系

2.3 地質(zhì)模型建立

利用三維地質(zhì)建模軟件(GOCAD)提取工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)(GeoSmart)內(nèi)Vp、RQD指標(biāo)數(shù)值，建立楞古水電站大壩壩基巖體Vp、RQD三維空間云圖(見圖1、2)。

2.4 模型分析

利用三維地質(zhì)建模軟件(GOCAD)對三維空間云圖進(jìn)行任意剖切，生成帶有Vp、RQD屬性指標(biāo)的平面云圖及等值線圖，依據(jù)云圖顏色對比，可以判斷Vp、RQD值的平面分布，并根據(jù)等值線圖確定Vp、RQD數(shù)值大小，指導(dǎo)巖體質(zhì)量分級。

下面以楞古水電站大壩建基面選擇為例，選取高程2 310 m、2 320 m、2 330 m進(jìn)行建基面選擇。根據(jù)楞古水電站大壩壩基巖體Vp、RQD三維空間云圖(見圖1、2)，分別剖切高程2 310 m、2 320 m、2 330 m 的Vp、RQD指標(biāo)平面云圖(見圖3、4)。

由高程2 310 m、2 320 m、2 330 m 的Vp平面云圖和等值線圖(見圖5～10)可知，高程2 330 m中，Vp小于4 000 m/s 為主，局部Vp小于2 700 m/s，參照巖體Vp指標(biāo)與壩基巖體質(zhì)量關(guān)系(見表1)，壩基巖體以Ⅲ2類為主，局部Ⅳ類，不適宜作為大壩建基面；高程2 320 m中，Vp大于4 000 m/s為主,少量Vp小于4 000 m/s，壩基巖體以Ⅲ1類為主，局部Ⅲ2類，經(jīng)處理后可作為大壩建基面；高程2 310 m中，Vp大于4 000 m/s,且多數(shù)Vp大于4 700 m/s，壩基巖體以Ⅱ類為主，局部Ⅲ1類，為良好的大壩建基面。

圖1 壩基巖體Vp云圖 圖2 壩基巖體RQD云圖

圖3Vp平面云圖位置示意 圖4RQD平面云圖位置示意

圖5 高程2 330 mVp平面云圖 圖6 高程2 330 mVp平面等值線

圖7 高程2 320 mVp平面云圖 圖8 高程2 320 mVp平面等值線

圖9 高程2 310 mVp平面云圖 圖10 高程2 310 mVp平面等值線

由高程2 310 m、2 320 m、2 330 m 的RQD平面云圖和等值線圖(圖11～16)可知，高程2 330 m、2 320 m，6080為主,壩基巖體以Ⅱ類為主，為良好的大壩建基面。

通過上述應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，采用壩基巖體鉆孔RQD、Vp指標(biāo)數(shù)值三維空間云圖分析，能直觀的反映壩基巖體質(zhì)量分布特征，雖然RQD、Vp指標(biāo)分析的壩基巖體質(zhì)量雖略有差異，但總體規(guī)律一致，可為大壩建基面選擇提供參考。

圖11 高程2 330 mRQD平面云圖 圖12 高程2 330 mRQD平面等值線

圖13 高程2 320 mRQD平面云圖 圖14 高程2 320 mRQD平面等值線

圖15 高程2 310 mRQD平面云圖 圖16 高程2 310 mRQD平面等值線

3 結(jié) 語

(1)本文依據(jù)壩基巖體屬性指標(biāo)數(shù)值(Vp、RQD等)，對壩基巖體質(zhì)量進(jìn)行分析，減少傳統(tǒng)工程地質(zhì)分析中的人為因素，客觀、直觀地反映了壩基巖體質(zhì)量的分布情況，為大壩建基面選擇提供參考。

(2)隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)尋求多種手段獲取反映巖體質(zhì)量的其它屬性指標(biāo)信息，將多種指標(biāo)耦合后，綜合反映巖體質(zhì)量等級，更準(zhǔn)確、快速地反映巖體質(zhì)量情況，更好地為工程建設(shè)服務(wù)。

(3)行業(yè)應(yīng)加大BIM技術(shù)應(yīng)用的宣傳與引導(dǎo)，加大工程地質(zhì)數(shù)字化的推進(jìn)，積極制定BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，促使BIM技術(shù)在工程地質(zhì)勘察領(lǐng)域的發(fā)展。

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2017-02-06

劉思丁(1981-)，男，山西運城人，高級工程師，從事水電水利工程和巖土工程勘探設(shè)計工作。

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