地質(zhì)勘查報(bào)告三維表現(xiàn)方式及應(yīng)用研究

姜雪亮

(山東港通工程管理咨詢有限公司，山東 煙臺(tái) 264000)

0 引 言

工程人員平時(shí)接觸到的地質(zhì)勘查報(bào)告大部分是以二維方式展現(xiàn)的，以圖、表、文字形式進(jìn)行說(shuō)明。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)照平面圖的位置尋找與之對(duì)應(yīng)的勘孔，來(lái)查看土層的分布狀態(tài)，確定持力層，勘孔較多時(shí)，查詢起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

為增強(qiáng)地質(zhì)勘查報(bào)告的表現(xiàn)方式，提高設(shè)計(jì)效率，擬對(duì)地質(zhì)勘查報(bào)告三維表現(xiàn)方式進(jìn)行研究，并進(jìn)一步探索三維地質(zhì)模型在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 地質(zhì)勘查報(bào)告?zhèn)鹘y(tǒng)表現(xiàn)方式

工程地質(zhì)勘查報(bào)告是工程地質(zhì)勘查工作的總結(jié)。根據(jù)勘查設(shè)計(jì)的要求，考慮工程特點(diǎn)及勘查階段，綜合反映和論證勘查地區(qū)的工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問(wèn)題，做出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。地質(zhì)勘查報(bào)告一般包括正文、附圖以及附表。附圖一般是以二維形式表現(xiàn)的鉆孔平面圖、柱狀圖、剖面圖等(圖1～圖3)。

圖1 鉆孔平面圖

圖2 鉆孔柱狀圖

圖3 鉆孔剖面圖

柱狀圖及剖面圖不同土質(zhì)通過(guò)填充圖例區(qū)分，這種表現(xiàn)方式只能查看土層局部分布情況，無(wú)法整體展現(xiàn)，而且剖面圖的位置為事先給定，無(wú)法展示任意剖切位置處土層的分布狀態(tài)。

為了豐富勘查報(bào)告的表現(xiàn)方式，增加設(shè)計(jì)人員對(duì)土層分布的直觀感受，需要對(duì)傳統(tǒng)地勘報(bào)告的表現(xiàn)方式進(jìn)行研究，從中尋找提高設(shè)計(jì)效率的方法，并為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

2 地質(zhì)勘查報(bào)告三維表現(xiàn)方式研究

Autodesk Civil 3D軟件是一款面向土木工程設(shè)計(jì)與文檔編制的建筑信息模型(BIM)解決方案，能夠幫助從事交通運(yùn)輸、土地開(kāi)發(fā)和水利項(xiàng)目的土木工程專業(yè)人員更高效地探索設(shè)計(jì)方案、分析項(xiàng)目性能。Civil3D軟件廣泛應(yīng)用于規(guī)劃、交通、市政、水利等土木工程領(lǐng)域[1]。Geotechnical Module[2]是歐特克公司為解決Civil3D軟件中地質(zhì)建模功能而開(kāi)發(fā)的插件，該插件能夠?qū)⒁酝亩S勘查資料以三維方式呈現(xiàn)，生成三維地質(zhì)模型供設(shè)計(jì)人員使用。鉆孔平面布置圖可由鉆孔柱狀圖在俯視視圖下得到，任意縱向剖面圖可直接由三維模型剖切得到，效果如圖4～圖7所示。

圖4 三維鉆孔柱狀圖

圖5 鉆孔平面圖

圖6 三維地質(zhì)模型

圖7 鉆孔剖面圖

下面對(duì)研究過(guò)程進(jìn)行具體介紹：

(1)數(shù)據(jù)處理。Civil3D地質(zhì)模塊用到的數(shù)據(jù)需進(jìn)行特定的處理，用到的模板文件可從Autodesk官網(wǎng)上下載，為2個(gè)Excel文件(Field Geological Descriptions.csv和Location Details.csv)，文件中包含的內(nèi)容分別如圖8、圖9所示。

圖8 鉆孔位置信息

圖9 各鉆孔土層信息

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告和模板文件整理鉆孔數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的項(xiàng)的信息需填寫完整，另外，對(duì)于鉆孔剖面圖中出現(xiàn)的間斷夾層，需根據(jù)地質(zhì)專業(yè)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)孔，力求達(dá)到合理、準(zhǔn)確。本工程樣例中，根據(jù)A-A剖面圖(圖10)在LY07和LY08鉆孔之間補(bǔ)充鉆孔LY07B，根據(jù)2-2剖面圖(圖11)在LY05和LY08鉆孔之間補(bǔ)充鉆孔LY05B，這樣處理后的數(shù)據(jù)能最大限度地保持土層的完整性。

圖10 A-A剖面

圖11 2-2剖面

(2)生成地質(zhì)曲面。將整理好的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入Civil3D中，通過(guò)選擇各土層的頂面及底面，生成三維地質(zhì)曲面(圖12)。

圖12 地質(zhì)曲面

對(duì)建立的地質(zhì)曲面進(jìn)行剖切，得到的剖面A-A和2-2如圖13、圖14所示。通過(guò)將得到的剖面與報(bào)告中對(duì)應(yīng)位置的剖面進(jìn)行比對(duì)，來(lái)校核建立模型的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，模型準(zhǔn)確性較好。

圖13 A-A剖面(三維模型剖切)

圖14 2-2剖面(三維模型剖切)

(3)生成三維實(shí)體。利用Civil3D軟件自帶的創(chuàng)建實(shí)體功能[3]，選擇相應(yīng)的曲面依次生成實(shí)體。

3 三維地質(zhì)模型在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

建立地質(zhì)模型的目的是更好地為設(shè)計(jì)服務(wù)，通過(guò)BIM手段將鉆孔以三維方式呈現(xiàn)出來(lái)，設(shè)計(jì)人員會(huì)更直觀地看到地層的變化情況。這里介紹三維地質(zhì)模型的一個(gè)應(yīng)用點(diǎn)：利用Dynamo軟件編制程序，將樁基自動(dòng)延伸至持力層。

在傳統(tǒng)二維樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于樁基需打到持力層，樁底高程應(yīng)根據(jù)地質(zhì)剖面圖來(lái)確定，而持力層的剖面線是一條高低起伏的曲線，確定樁底高程時(shí)需根據(jù)曲線的變化一根一根調(diào)整樁長(zhǎng)，煩瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，若方案一改又需從頭再來(lái)。

為解決這個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題，結(jié)合三維地質(zhì)模型，利用Dynamo[4]軟件編制了樁基自動(dòng)延伸程序(圖15)。該程序能夠根據(jù)選擇的持力層模型，將樁基底部自動(dòng)延伸至該持力層(或持力層以下某一深度)，能夠有效提高設(shè)計(jì)精確度。

圖15 基于Dynamo的樁基自動(dòng)延伸程序流程圖

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，首先將地質(zhì)模型分層導(dǎo)入到Revit軟件中，然后進(jìn)行樁位的平面布置，布置完成后，通過(guò)運(yùn)行程序并選擇持力層，程序?qū)⒃赗evit軟件中自動(dòng)創(chuàng)建樁基構(gòu)件(圖16)，并將樁的底部延伸至選擇的持力層(或持力層下某一規(guī)定深度)，較好的提高了工作效率(圖17)。

圖16 Revit中樁基布置圖

圖17 Revit中樁基自動(dòng)延伸至持力層

此外，各樁的工程量可以通過(guò)Revit軟件的明細(xì)表(圖18)進(jìn)行快速統(tǒng)計(jì)，方便快捷，方案調(diào)整后只需移動(dòng)樁的位置即可，工程量會(huì)自動(dòng)更新。另外還可根據(jù)統(tǒng)計(jì)的工程量進(jìn)行方案比選，選出一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的方案，這樣大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

圖18 工程量明細(xì)表

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)地質(zhì)勘查報(bào)告的三維表現(xiàn)方式進(jìn)行研究，不僅能將以前生澀難懂的圖紙形象的展示出來(lái)，便于設(shè)計(jì)人員理解、分析整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的土層結(jié)構(gòu)，而且能夠?yàn)橄乱徊竭M(jìn)行結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算提供基礎(chǔ)模型。

本文也對(duì)地質(zhì)模型的初步應(yīng)用進(jìn)行了探索，通過(guò)與樁基自動(dòng)延伸程序相結(jié)合，能夠?qū)痘撞孔詣?dòng)延伸至持力層，比以往手動(dòng)繪制要快速、準(zhǔn)確，并且通過(guò)軟件還能自動(dòng)計(jì)算工程量，較好的提高了工作效率。