淺談結(jié)合三維勘察成果的房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式

熊鯤

（四川省川建勘察設(shè)計(jì)院，四川 成都610000）

在房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)過程中，場地的地質(zhì)信息是重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對巖土工程的設(shè)計(jì)施工起著重要的指導(dǎo)作用。近年來，以建立虛擬的建筑工程三維模型為核心的BIM技術(shù)在國內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域開始逐漸被推廣使用，并在不同類型的工程實(shí)施過程中，體現(xiàn)出了其優(yōu)勢，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。相較于上部建筑相關(guān)專業(yè)，巖土工程專業(yè)在勘察、設(shè)計(jì)工作中，大多仍采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作流程，即勘察人員輸出二維的勘察成果，設(shè)計(jì)人員以此為依據(jù)進(jìn)行巖土工程設(shè)計(jì)并指導(dǎo)施工。在這個(gè)背景下，討論如何將三維勘察成果與巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式相結(jié)合，將有助于我國巖土工程的發(fā)展[1]。

1 巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式的意義

目前的巖土工程主要涉及勘察、設(shè)計(jì)與施工三個(gè)環(huán)節(jié)，但是由于這些環(huán)節(jié)存在著一定的獨(dú)立性，且各環(huán)節(jié)之間的溝通效率不足，很容易造成施工圖紙與工程實(shí)際情況脫節(jié)的現(xiàn)象，最終影響巖土工程的經(jīng)濟(jì)效益，限制了我國建筑行業(yè)的發(fā)展。在這一背景下，巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式被提了出來。在這一模式中，勘察、設(shè)計(jì)、施工、檢測、監(jiān)測作為同一個(gè)工程項(xiàng)目部內(nèi)部組織架構(gòu)的不同部分，各個(gè)環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)，不同專業(yè)有效溝通，工作進(jìn)度有序推進(jìn)，理想狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)巖土工程經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)[1,3]。

2 房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化傳統(tǒng)模式中存在的問題

2.1 房屋建筑巖土工程設(shè)計(jì)的主要類型。目前房屋建筑巖土工程設(shè)計(jì)主要類型有基坑、邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)，地基、地基處理設(shè)計(jì)，抗浮工程設(shè)計(jì)等。

2.2 房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化傳統(tǒng)流程。在房屋建筑巖土工程設(shè)計(jì)一體化項(xiàng)目的傳統(tǒng)流程中，勘察部門首先通過勘察信息管理系統(tǒng)采集地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，輸出二維勘察成果（勘探點(diǎn)平面圖、鉆孔柱狀圖、地層剖面圖及文字報(bào)告）；然后設(shè)計(jì)部門在此基礎(chǔ)上進(jìn)行巖土工程設(shè)計(jì)與校核，輸出二維設(shè)計(jì)成果（平面圖、剖面圖、大樣圖、計(jì)算書等）；最后施工部門、檢測部門與監(jiān)測部門以此為依據(jù)進(jìn)行施工，并在施工過程中，將現(xiàn)場有別于勘察設(shè)計(jì)成果的情況反饋給勘察、設(shè)計(jì)部門，配合完成施工勘察、設(shè)計(jì)變更等工作，如此循環(huán)往復(fù),推進(jìn)工程實(shí)施[1]。

2.3 二維勘察成果造成的問題。受二維勘察成果的影響，傳統(tǒng)的巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式存在著許多的問題，如一體化程度不高，合作與溝通有效性不足，信息共享滯后性嚴(yán)重，模式難以發(fā)揮其應(yīng)有的優(yōu)勢[2]。在二維勘察成果中，不同地質(zhì)剖面之間的地層分布無直觀體現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員在此基礎(chǔ)上進(jìn)行巖土工程設(shè)計(jì)，只能憑借自身的工程經(jīng)驗(yàn)推斷該部分的地層分布，無法使設(shè)計(jì)成果的科學(xué)性、精準(zhǔn)性、合理性達(dá)到較高水平[5]。具體到地基處理工程和抗浮工程設(shè)計(jì)中，可能造成位于剖線間的工程布置與工程實(shí)際情況存在偏差；具體到基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)中，可能出現(xiàn)隔水帷幕與含水層范圍不匹配，錨桿、錨索與周邊環(huán)境沖突等現(xiàn)象。這些情況將為工程帶來安全風(fēng)險(xiǎn)或成本浪費(fèi)。應(yīng)用三維勘察成果，可以針對性地解決這些問題。

3 房屋建筑巖土工程三維勘察成果的發(fā)展過程及應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來在我國的工程建設(shè)行業(yè)中，各單位積極推廣建筑信息模型（BIM）技術(shù)，力圖通過建立虛擬的建筑工程三維信息模型，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)全生命周期各階段的協(xié)同工作和數(shù)據(jù)信息共享，但目前BIM技術(shù)主要關(guān)注于上部建筑結(jié)構(gòu)設(shè)施[4]，在地下工程的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用尚不廣泛。

3.1 房屋建筑巖土工程中的三維勘察成果發(fā)展過程。在房屋建筑巖土工程勘察中，傳統(tǒng)的勘察成果主要二維圖紙、文字報(bào)告等。近年來，在我國的工程建設(shè)行業(yè)中，三維勘察成果首先在橋梁、隧道等工程勘察中得到應(yīng)用及推廣，伴隨這一趨勢，房屋建筑巖土工程中也逐漸出現(xiàn)了三維勘察成果的應(yīng)用（如圖1 所示）。

圖1 某工程巖土工程勘察三維地質(zhì)模型圖片

3.2 三維勘察成果與房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式中的應(yīng)用現(xiàn)狀。通過將三維地質(zhì)模型與數(shù)字化模型相結(jié)合，巖土工程勘察設(shè)計(jì)模式從傳統(tǒng)的基于二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和施工，轉(zhuǎn)變?yōu)榛谌S數(shù)值仿真分析計(jì)算的設(shè)計(jì)和基于三維模型的施工，如Bentley 公司就推出了PLAXIS + SoilVision + gINT 組件，組成了Bentley 巖土工程勘察、設(shè)計(jì)與分析的完整解決方案。在國內(nèi)房屋建筑建設(shè)領(lǐng)域，一些工程軟件公司及設(shè)計(jì)單位已經(jīng)開始嘗試通過P-BIM應(yīng)用方式，將三維地質(zhì)信息模型及三維數(shù)值分析計(jì)算應(yīng)用到勘察設(shè)計(jì)一體化工作中。如北京理正公司已在其勘察軟件、深基坑等巖土設(shè)計(jì)軟件中，提供了各專業(yè)的P-BIM 數(shù)據(jù)庫協(xié)同工作的功能[4]。

4 三維勘察成果與房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式的結(jié)合

4.1 結(jié)合三維勘察成果的房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式。通過應(yīng)用三維勘察成果，并結(jié)合BIM技術(shù)，傳統(tǒng)房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式可調(diào)整為各專業(yè)深度協(xié)同，內(nèi)部數(shù)據(jù)高度共享，各專業(yè)穿插進(jìn)行工作的模式。此模式下的輸出成果更便于管理和查詢（如圖2 所示）。該模式與傳統(tǒng)的模式相比，將顯著提升巖土工程的科學(xué)性、精準(zhǔn)性、合理性，降低各專業(yè)溝通成本，縮短工期,優(yōu)化工程造價(jià)。

圖2 結(jié)合三維勘察成果的房屋建筑巖土工程設(shè)計(jì)一體化模式

4.2 本模式應(yīng)用過程中需要注意的問題。目前的巖土工程勘察軟件輸出的三維勘察成果主要適用于地質(zhì)條件符合沉積規(guī)律的場地。對具有不良地質(zhì)作用的，構(gòu)造現(xiàn)象、微地貌發(fā)育的場地，要保證輸出的三維勘察成果與場地實(shí)際情況相符，就要求勘察單位及人員具有豐富經(jīng)驗(yàn)及較高的技術(shù)水平。此外，由于巖土工程所涉及的地下地質(zhì)條件在空間及時(shí)間尺度上均存在變化，故在輸出三維勘察成果及建立其數(shù)字化模型的過程中，需要考慮其特殊性。

5 結(jié)論與展望

三維勘察成果與房屋建筑巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式的結(jié)合，在長遠(yuǎn)來看將顯著提升巖土工程的質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。為確保三維勘察成果的準(zhǔn)確性和有效性，勘察設(shè)計(jì)單位勢必將在前期勘察階段投入更多的工作量與時(shí)間，增加勘察成本。如何在具體的工程項(xiàng)目中，根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)條件（例如柱網(wǎng)、基礎(chǔ)的平面布置、基坑周邊環(huán)境等）合理確定工程的勘察工作量，在整個(gè)巖土工程勘察設(shè)計(jì)施工過程中，找到安全性和經(jīng)濟(jì)性中取得最佳的平衡點(diǎn)，是需要勘察設(shè)計(jì)單位進(jìn)一步探討的問題。在整個(gè)巖土工程行業(yè)發(fā)展過程中，還需要相關(guān)企業(yè)加強(qiáng)巖土專業(yè)和結(jié)構(gòu)等專業(yè)的融合，結(jié)合BIM技術(shù)、3S 技術(shù)，培養(yǎng)復(fù)合型技術(shù)管理人才，進(jìn)一步調(diào)整、優(yōu)化管理模式，充分發(fā)揮三維勘察成果與巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式結(jié)合的優(yōu)勢。