高壩水庫(kù)區(qū)大型滑坡體管治與評(píng)價(jià)平臺(tái)研究

姚翠霞

（中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650000）

1 引言

針對(duì)高壩水庫(kù)庫(kù)區(qū)大型滑坡體的研究，主要側(cè)重于從滑坡體本身考慮，較少地從水庫(kù)庫(kù)區(qū)系統(tǒng)性管理的角度出發(fā)，將滑坡體研究?jī)?nèi)容和要素納入高壩水庫(kù)庫(kù)區(qū)工程全過(guò)程管理中。本文討論如何應(yīng)用系統(tǒng)思維方式對(duì)多個(gè)專業(yè)、多種技術(shù)方法、多類數(shù)據(jù)源進(jìn)行融合，創(chuàng)建高壩水庫(kù)庫(kù)區(qū)大型滑坡體全生命周期管治與影響評(píng)價(jià)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱GE-BIM）。

2 主要技術(shù)和方法研究

2.1 邊坡穩(wěn)定性分析法

經(jīng)過(guò)一百多年的努力，工程地質(zhì)學(xué)家們使用了多樣的手段和方法，從不同的角度，包括力學(xué)角度、數(shù)學(xué)角度、人工智能、遺傳學(xué)角度等單方面或者組合方面，對(duì)邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。到目前為止，邊坡的穩(wěn)定性分析方法有很多，概括起來(lái)主要分為3 類：定性分析法、定量分析法和不確定分析法。

通過(guò)當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)可知，現(xiàn)階段關(guān)于滑坡穩(wěn)定性的研究，依然存在一些不足之處。其中最為突出的問(wèn)題是：

1）對(duì)滑坡的研究缺乏基于動(dòng)態(tài)變動(dòng)的環(huán)境、巖層特性改變等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；

2）少見(jiàn)有適應(yīng)于動(dòng)態(tài)因素的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以滿足大壩水庫(kù)庫(kù)區(qū)管理者的庫(kù)區(qū)全生命周期安全、環(huán)境保護(hù)和建設(shè)的需求。

2.2 庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性和敏感性評(píng)價(jià)法

自然資源部新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托于中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，重點(diǎn)研究新構(gòu)造、地應(yīng)力、活動(dòng)構(gòu)造工程地質(zhì)效應(yīng)及內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下重大地質(zhì)災(zāi)害形成演化過(guò)程與成災(zāi)模式，探索重大地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)、區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、地應(yīng)力測(cè)量監(jiān)測(cè)理論與技術(shù)方法，為重要經(jīng)濟(jì)區(qū)、重大工程、減災(zāi)防災(zāi)等國(guó)家戰(zhàn)略提供決策依據(jù)和技術(shù)理論指導(dǎo)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)國(guó)土空間規(guī)劃和環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的支撐能力。

2.3 BIM 技術(shù)研究

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是源于國(guó)外的技術(shù)，它可以使模型的信息具有真實(shí)性，且使建筑信息模型具有可視化等一系列的優(yōu)勢(shì)。利用BIM 軟件能將地質(zhì)體或工程對(duì)象三維可視化，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多工種的協(xié)同合作，提高工作效率。近年來(lái)，BIM 技術(shù)得到快建發(fā)展，逐漸被應(yīng)用于建設(shè)工程設(shè)計(jì)階段和施工前期的模擬建設(shè)環(huán)節(jié)，針對(duì)BIM模型拓展應(yīng)用衍生出的項(xiàng)目管理平臺(tái)及軟件產(chǎn)品更是處于百花齊放的局面，但目前無(wú)一BIM 軟件或平臺(tái)的核心功能具體落實(shí)到地質(zhì)災(zāi)害的勘察、監(jiān)測(cè)和治理等全過(guò)程領(lǐng)域。

國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2016—2020 年針對(duì)巖土勘察行業(yè)的發(fā)展綱要中提出：重視BIM 技術(shù)在巖土工程勘察領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。在項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理中，推進(jìn)BIM 技術(shù)與其他專業(yè)技術(shù)的結(jié)合，如地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提高項(xiàng)目整體的可視化表達(dá)和多專業(yè)協(xié)同工作的管理能力。

BIM 與GIS 數(shù)據(jù)融合可以解決BIM 模型建筑單體化表達(dá)和三維GIS 模型室內(nèi)信息貧乏的問(wèn)題，證明了BIM 與GIS的融合在多領(lǐng)域的協(xié)同應(yīng)用中有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。

3 項(xiàng)目背景

黃登水電站水庫(kù)庫(kù)長(zhǎng)88 km，位于云南省怒江州的蘭坪縣、迪慶州的維西縣境內(nèi)，地處云南省西北部，橫斷山脈區(qū)域。水庫(kù)區(qū)為高山峽谷地貌，地勢(shì)總體北高南低，地形切割強(qiáng)烈，山勢(shì)雄偉，溝壑縱橫，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

2019 年6 月上旬，黃登水庫(kù)在正常運(yùn)行過(guò)程中，由于車邑坪滑坡體所在庫(kù)段的地質(zhì)條件極為復(fù)雜，受庫(kù)水作用的影響，該段岸坡沿江公路1 805 m 以下岸坡多處出現(xiàn)地面開裂變形，部分居民點(diǎn)房屋出現(xiàn)拉裂變形現(xiàn)象。種種跡象表明，車邑坪滑坡體目前處于變形狀態(tài)，其穩(wěn)定性直接影響到滑坡體內(nèi)村莊和沿江公路的安全。

基于對(duì)車邑坪前期已經(jīng)完成的工作，提出車邑坪全生命周期管治與影響評(píng)價(jià)平臺(tái)研究。希望以車邑坪滑坡體為代表模式，逐步完善國(guó)內(nèi)高壩大庫(kù)類似滑坡體的全生命周期管治與影響評(píng)價(jià)分析機(jī)制、探索研究預(yù)警機(jī)制，由此推廣到整個(gè)黃登水庫(kù)及瀾滄江流域，為國(guó)內(nèi)此項(xiàng)的研究填補(bǔ)相應(yīng)的空白。

4 關(guān)鍵技術(shù)和思路

BIM 與GIS 數(shù)據(jù)融合的重要優(yōu)勢(shì)是可以解決BIM 模型單體化表達(dá)和三維GIS 模型室內(nèi)信息貧乏的問(wèn)題，本文將BIM 與GIS 融合在滑坡體勘察、變形監(jiān)測(cè)、治理設(shè)計(jì)和運(yùn)維管理等多專業(yè)、多層級(jí)的協(xié)同應(yīng)用，創(chuàng)建高壩水庫(kù)庫(kù)區(qū)大型滑坡體全生命周期管治與影響評(píng)價(jià)平臺(tái)（GE-BIM），其關(guān)鍵技術(shù)和思路具體有4 個(gè)方面。

1）應(yīng)用“鷹眼視角”觀察和分析法。為了弄清具體某個(gè)大型滑坡體的演變規(guī)律及變量特征，研究大型滑坡體對(duì)工程、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)環(huán)境等的影響，首先需采用“鷹眼視角”這個(gè)方法來(lái)觀察和分析大型滑坡體及其綜合變量，以及造成的影響分析。

“鷹眼視角”觀察和分析法是既要看到遠(yuǎn)處的群山，又看到草叢中的兔子的毛。應(yīng)用到高壩庫(kù)區(qū)場(chǎng)景，隨視角鏡頭向遠(yuǎn)望，庫(kù)長(zhǎng)近百千米的視野都盡收眼底，拉近盯住看，滑坡體上毫米級(jí)的裂縫也能辨認(rèn)清楚，既讓你看到滑坡體生動(dòng)的細(xì)節(jié)，又讓你看到宏大的全局。

2）建立地質(zhì)環(huán)境的多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)的合理架構(gòu)布設(shè)和管理體系，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)3S（遙感、地理信息、全球定位）數(shù)據(jù)與BIM 模型數(shù)據(jù)的融合，并制定面向不同客戶的應(yīng)用層模塊，也就是說(shuō)，需要形成地質(zhì)環(huán)境的多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)的采集準(zhǔn)備工作、分析和管理工作到應(yīng)用層工作，形成的持續(xù)發(fā)展閉合環(huán)。

3）通過(guò)空天地一體化多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的獲取和解譯分析，獲得滑坡體變形滑移的關(guān)鍵控制因素及相互關(guān)聯(lián)性，重點(diǎn)研制大型滑坡體全生命周期管控系統(tǒng)，全流程整合分析大型滑坡體的形成、態(tài)勢(shì)演變、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及工程治理措施。

4）開展BIM 和GIS 深度融合、大數(shù)據(jù)云技術(shù)和5G 通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合研究，進(jìn)行車邑坪滑坡體實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)傳輸和接收滑坡體多個(gè)滑面變形量、位移、方向等關(guān)鍵變量信息，同時(shí)動(dòng)態(tài)研究滑坡體內(nèi)的水位分布情況、分析地下水水位同降雨及庫(kù)水位變化的關(guān)系，從表部到深部、從降水到庫(kù)水位變化動(dòng)態(tài)分析和研究滑坡體的變形模式和對(duì)水的敏感性；通過(guò)滑坡體力學(xué)模型分析研究，從工程力學(xué)角度分析滑坡體的變形，為滑坡體的穩(wěn)定性計(jì)算和預(yù)警研究提供相應(yīng)的力學(xué)依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述分析與研究，得到的創(chuàng)新及展望主要包括以下3 點(diǎn)：

1）針對(duì)目前水電水利、電力工程、城市交通等工程區(qū)地質(zhì)環(huán)境的全流程、智能化管理和應(yīng)用集成的極大市場(chǎng)需求和巨大經(jīng)濟(jì)效益，GE-BIM 系統(tǒng)平臺(tái)采用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)與BIM 融合技術(shù)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，打通數(shù)據(jù)和模型之間的聯(lián)動(dòng)、匹配性，深度挖掘工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)工作人員的軟實(shí)力，打造“面向多種用戶的應(yīng)用層功能”。

2）通過(guò)此項(xiàng)目的研究，可以推廣至所有大中型水電水利乃至各行業(yè)建設(shè)工程項(xiàng)目的地質(zhì)災(zāi)害全過(guò)程管理、地質(zhì)環(huán)境長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)管理中。既可以對(duì)已經(jīng)蓄水運(yùn)行的大型水利水電工程地質(zhì)災(zāi)害的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)、防治發(fā)揮重要作用，還可以進(jìn)一步引申至生態(tài)環(huán)境、新基建規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理等新領(lǐng)域業(yè)務(wù)中。

3）基于GE-BIM 平臺(tái)的數(shù)據(jù)和模型分析功能可實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)大型滑坡體危險(xiǎn)性、危害性評(píng)估、室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)勘察實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)、三維可視化設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度安排和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)研究，成為滑坡體專項(xiàng)研究與工程項(xiàng)目全過(guò)程管理融合的重要平臺(tái)。庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害中危害最大的往往不是已基本查明的變形堆積體等，而是分布廣泛，難以全面摸清的潛在不穩(wěn)定斜坡，尤其是巖質(zhì)岸坡，其變形速度較快，往往具有突發(fā)性、方量大的特點(diǎn)，甚至產(chǎn)生涌浪等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)大壩和周邊人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅，將車邑坪滑坡體的危險(xiǎn)性及危害性分級(jí)評(píng)價(jià)，為監(jiān)測(cè)及防治措施的布置提供重要的數(shù)據(jù)和管理平臺(tái)，切實(shí)解決了業(yè)主的需求。