工程勘察信息模型在深基坑與隧道相互影響分析中的應(yīng)用

摘 要：巖土工程勘察是工程建設(shè)全生命期不可或缺的一個(gè)重要階段，其成果是工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工的重要技術(shù)依據(jù)。隨著BIM（Building Information Modeling）技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛、越來越成熟，運(yùn)用三維可視化信息模型集合工程全生命周期不同階段各參與方的數(shù)據(jù)、信息資源，使不同階段各參與方之間的數(shù)據(jù)信息得到共享和協(xié)同工作。巖土工程勘察運(yùn)用BIM技術(shù)勢在必然。

關(guān)鍵詞：工程勘察信息模型; 地表信息模型; 工程地質(zhì)信息模型

引 言

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，把參數(shù)化、數(shù)字化的建筑信息生成可視化的三維模型，整合項(xiàng)目建設(shè)過程中各種相關(guān)信息，在項(xiàng)目的策劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維和維護(hù)、拆除直至建筑生命結(jié)束的全生命周期過程中，作為一個(gè)公共信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，專業(yè)協(xié)同工作，提高工作效率和質(zhì)量?？辈焓莿?chuàng)造BIM數(shù)據(jù)源產(chǎn)生地之一，是BIM全生命周期過程中的重要環(huán)節(jié)。

1基于BIM條件下的工程勘察信息模型建模條件

（1）勘察數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)庫建立。首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)勘察現(xiàn)場測量、勘探、測試、試驗(yàn)等各專業(yè)源數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸和存儲(chǔ)，構(gòu)建滿足BIM應(yīng)用條件的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和交換標(biāo)準(zhǔn)。所有進(jìn)入數(shù)據(jù)庫共享層的模型數(shù)據(jù)均應(yīng)具備三維屬性，并應(yīng)符合數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)要求，這是實(shí)現(xiàn)快速建模的先決條件，才能使所建立的巖土工程勘察信息模型滿足工程全生命期各參與方之間的數(shù)據(jù)無損傳遞、信息共享和協(xié)同工作。（2）工程地質(zhì)分析推演系統(tǒng)與和快速建模共存。目前所有的三維地質(zhì)體均是根據(jù)有限的勘探數(shù)據(jù)源進(jìn)行劃分和推演。地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)源主要由鉆孔、物探以及地質(zhì)測繪等野外勘察手段獲取的原始數(shù)據(jù)組成。建筑信息模型是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模，模型的尺寸是已知的。與建筑信息模型不同，工程勘察信息模型需要根據(jù)有限的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推演，即工程勘察信息模型的建模過程也是對(duì)地質(zhì)體空間的推演過程，特別是當(dāng)?shù)刭|(zhì)體復(fù)雜或出現(xiàn)異常的情況下，需要專業(yè)技術(shù)人員從工程地質(zhì)學(xué)的角度進(jìn)行分析并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行人工干預(yù)。創(chuàng)建工程勘察信息模型應(yīng)能夠高效快捷，如果創(chuàng)建一個(gè)模型歷時(shí)過長，甚至遠(yuǎn)大于繪制傳統(tǒng)二維剖面的耗時(shí)，這顯然違背了創(chuàng)建三維模型的初衷。

2工程勘察信息模型的構(gòu)成及模型深度

《工程勘察信息模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》給出了工程勘察信息模型的定義：工程勘察信息模型是基于勘察工作，將反映場地工程地質(zhì)和巖土工程的相關(guān)信息數(shù)據(jù)集合起來構(gòu)成的三維數(shù)字化模型，具備數(shù)據(jù)共享、傳遞和協(xié)同功能。工程勘察信息模型分為地表信息模型、工程地質(zhì)信息模型、巖土工程設(shè)計(jì)信息模型三部分，首寫字母縮寫為GIM。模型深度應(yīng)綜合考慮工程性質(zhì)、規(guī)模、特征、場地復(fù)雜程度、勘察工作完成情況及建模信息的充分度等因素，并根據(jù)工程實(shí)際需求確定，分為CL100、CL200、CL300和CL400四個(gè)等級(jí)。每個(gè)深度等級(jí)由幾何和非幾何兩個(gè)信息維度組成。不同深度等級(jí)的工程勘察信息模型應(yīng)滿足不同的工程用途。例如，滿足初步設(shè)計(jì)工程用途對(duì)應(yīng)的深度等級(jí)為CL200，它要求準(zhǔn)確表達(dá)建設(shè)場地及其周邊地表信息，初步反映場地內(nèi)地質(zhì)條件和巖土參數(shù)，為工程設(shè)計(jì)提供初步建議;滿足施工圖設(shè)計(jì)工程用途對(duì)應(yīng)的深度等級(jí)為CL300，它要求準(zhǔn)確表達(dá)建設(shè)場地及其周邊環(huán)境的地上和地下綜合信息，查明場地巖土條件，為工程設(shè)計(jì)、施工和不良地質(zhì)作用的防治等提供建議。以下為工程勘察信息模型建立和應(yīng)用的流程，參見圖1。

3高精度三維地面模型構(gòu)建

重復(fù)映射現(xiàn)象示意圖見圖2。針對(duì)無人機(jī)傾斜攝影畫面可能存在的重復(fù)映射現(xiàn)象，本研究使用真正射影像生成技術(shù)對(duì)航拍底圖進(jìn)行處理，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加合理。首先對(duì)初始DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、修測與編輯，然后對(duì)生成的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，濾掉遮蓋地物及游離點(diǎn)，對(duì)于邊界模糊、歸類不明的建筑物，必須對(duì)其頂層邊界進(jìn)行分類與修測，針對(duì)建筑物周圍存在的大量低矮地物導(dǎo)致的拉花與遮蓋現(xiàn)象，采用硬性重新插值的方法進(jìn)行處理，將地面平均高程計(jì)算為統(tǒng)一值插入其中，以避免畸變與不連續(xù)情況的出現(xiàn)，便于后續(xù)正射影像的制作使用，真正射影像糾偏方法示意圖見圖3。

4基于地質(zhì)成因機(jī)理進(jìn)行地層曲面修正

由于不同地質(zhì)成因和不良地質(zhì)作用，地質(zhì)體在地下三維空間中的表現(xiàn)形式都是不規(guī)則的非幾何形體。即使在一個(gè)有限空間范圍內(nèi)的建設(shè)場地，也會(huì)因其成因和不良地質(zhì)作用使地層存在諸多的不連續(xù)、非幾何形體的地質(zhì)界面，如地下空洞、透鏡體、夾層、孤石、斷層等。因此，采用傳統(tǒng)的建模技術(shù)和三維BIM設(shè)計(jì)軟件都難以快速有效地?cái)M合出理想且符合地質(zhì)學(xué)的實(shí)際地層分布情況。由于受常規(guī)勘察點(diǎn)間距偏大的約束，無法完全揭示地層空間分布情況，必須由巖土工程勘察技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)學(xué)原理地質(zhì)成因機(jī)理，通過相鄰勘探點(diǎn)之間勘探成果進(jìn)行合理的推導(dǎo)和判斷，以進(jìn)一步確定地質(zhì)體的延伸和分布，對(duì)地層曲面進(jìn)行修正，最終形成地層曲面信息模型，如圖3（a）所示。具體做法：可將勘探孔三維信息模型和地層三維曲面模型進(jìn)行疊加，檢查地層三維曲面信息模型和鉆孔三維信息模型之間是否契合，并判斷地層曲面的合理性（圖3（b）），對(duì)不合理的曲面進(jìn)行局部加權(quán)系數(shù)調(diào)整，再插值。檢查完畢后，按照曲面間的邏輯關(guān)系形成實(shí)體三維勘察信息模型（如圖3（c）所示），并交付設(shè)計(jì)人員使用。為方便設(shè)計(jì)人員使用，可以把三維實(shí)體勘察信息模型中可作為基礎(chǔ)持力層的地層曲面單獨(dú)提取出來，作等深線處理。

結(jié)束語

工程勘察信息模型目前正在由以模型為主、應(yīng)用為輔的低層次數(shù)字化三維應(yīng)用向有明確的應(yīng)用價(jià)值目標(biāo)的、深化的數(shù)字化三維應(yīng)用邁進(jìn)。建立巖土工程信息模型并進(jìn)行仿真數(shù)值分析正是深化模型應(yīng)用的體現(xiàn)。本文通過具體的工程案例，結(jié)合規(guī)范展示了工程地質(zhì)勘察模型的建模過程，并通過數(shù)值模擬分析計(jì)算進(jìn)一步深化了模型的應(yīng)用成果。

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作者簡介：姓名：朱文源 出生年：1989 性別：男 籍貫：廣西河池 職稱：助理工程師 學(xué)歷：本科 研究方向：隧道工程