勘察BIM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

侯劉鎖 賈海鵬 李根強(qiáng)

（深圳市勘察研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

從2011年開(kāi)始，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部陸續(xù)發(fā)布了多個(gè)關(guān)于加快推動(dòng) BIM技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展綱要和指導(dǎo)意見(jiàn)，對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用的推廣起到了積極作用。隨著國(guó)家政策的大力支持，BIM技術(shù)的應(yīng)用有了較大的發(fā)展，但是在傳統(tǒng)行業(yè)地質(zhì)勘察行業(yè)，BIM技術(shù)應(yīng)用的起步較晚，目前仍處于探索前進(jìn)階段。

將BIM技術(shù)應(yīng)用在工程勘察中，其可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等特點(diǎn)可以更好地反映場(chǎng)地的地質(zhì)環(huán)境情況，為主體結(jié)構(gòu)的BIM應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐。另外精細(xì)化的地質(zhì)評(píng)價(jià)對(duì)前期的規(guī)劃、業(yè)主的決策方面均有較大的幫助。

1 勘察BIM技術(shù)簡(jiǎn)介

BIM（Bilding Information Modeling的簡(jiǎn)稱，其中文譯為建筑信息模型）是由美國(guó)的恰克·伊士曼博士于1975年提出，基本理念為建筑信息模型綜合了所有的幾何模型信息、功能要求和構(gòu)件性能，將建筑項(xiàng)目全生命周期的信息整合到信息模型中[1]。

勘察BIM技術(shù)是指BIM技術(shù)在勘察階段的應(yīng)用，有學(xué)者提出勘察BIM應(yīng)簡(jiǎn)稱為GIM（Geology Information Modeling），GIM指的是地質(zhì)信息模型，只是勘察BIM的一部分，并不能代表勘察BIM。

勘察BIM除地質(zhì)信息模型外，還應(yīng)包括周邊管線信息模型、地表地理信息模型以及地下建構(gòu)筑物信息模型[5]。

勘察BIM建模的技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

圖1 勘察BIM技術(shù)路線圖

單個(gè)的模型不能稱為勘察BIM，只有4個(gè)模型集成后或者至少2種模型集成后方可稱為勘察BIM模型，集成后效果見(jiàn)圖2。

圖2 勘察BIM集成圖

2 勘察BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 地質(zhì)信息模型

地質(zhì)信息模型是勘察BIM中難度最大的部分，主要體現(xiàn)在地質(zhì)模型是根據(jù)采集和測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)算法模型還原地質(zhì)模型，推測(cè)成果作為設(shè)計(jì)根據(jù)，與其他專業(yè)BIM模型最大的不同是地質(zhì)模型不是設(shè)計(jì)出來(lái)的，而是利用有限數(shù)據(jù)對(duì)原始地質(zhì)體進(jìn)行還原。

從表1可以看出，勘察BIM的思維方式和建模難度都是比建筑BIM難的。另外地質(zhì)模型隨著勘察階段的變化，模型的精度是由粗到細(xì)，與實(shí)際的地質(zhì)條件逐步接近。

表1 建筑BIM與勘察BIM區(qū)別

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

勘察BIM模型的準(zhǔn)確性與模型的數(shù)據(jù)來(lái)源有很大的關(guān)系，各模型的數(shù)據(jù)來(lái)源見(jiàn)表2。模型建立前除關(guān)注模型數(shù)據(jù)的來(lái)源外，還應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，尤其是地質(zhì)信息模型，建立統(tǒng)一的地層標(biāo)準(zhǔn)層是最關(guān)鍵的步驟，如果沒(méi)有建立標(biāo)準(zhǔn)層后續(xù)用項(xiàng)目級(jí)BIM模型拼城市級(jí)BIM模型會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，無(wú)法進(jìn)行拼接融合。

表2 模型數(shù)據(jù)來(lái)源表

2.3 模型檢查與驗(yàn)證方法

管線模型、地下建構(gòu)筑物模型均可以通過(guò)模型生成二維圖紙與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，容易校對(duì)，該文重點(diǎn)對(duì)地質(zhì)模型的檢查方法進(jìn)行闡述。

受地質(zhì)體在地下無(wú)法透視的限制，無(wú)法采用模型與實(shí)物進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，這也是造成目前地質(zhì)信息模型驗(yàn)證困難的主要問(wèn)題，通過(guò)近幾年實(shí)際工作中模型檢查方面的探索提出以下幾個(gè)驗(yàn)證方法供同行進(jìn)行參考：1） 用目前比較成熟大家也普遍認(rèn)可的二維地質(zhì)剖面對(duì)三維模型進(jìn)行檢查驗(yàn)證。因地質(zhì)體的特殊性和不規(guī)則性，工程師做二維剖面往往會(huì)加入很多經(jīng)驗(yàn)判斷，相對(duì)三維模型純靠算法模型要可靠的多。所以采用目前比較成熟的二維圖紙去檢查三維模型是一條比較可靠的路徑。2）采用物探技術(shù)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)證，因物探技術(shù)生成的是連續(xù)的面狀信息，可以通過(guò)物探抽查的方式對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，該方法也是比較科學(xué)的。物探信息后續(xù)可加入模型中增加模型的精細(xì)度。3） 對(duì)比軟件以往項(xiàng)目建模的精度，需要搜集以往項(xiàng)目模型與實(shí)際施工過(guò)程中的吻合度，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行模型驗(yàn)證。4） 在基坑開(kāi)挖和樁基施工過(guò)程中進(jìn)行驗(yàn)證，但是這樣的驗(yàn)證只能用于后續(xù)類似項(xiàng)目的類比分析中。

3 勘察BIM技術(shù)必要性

3.1 勘察BIM的作用

BIM概念是針對(duì)項(xiàng)目全生命周期的，那么勘察BIM作為項(xiàng)目的開(kāi)端也是項(xiàng)目的基礎(chǔ)，做好勘察BIM對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)及施工是有極大的指導(dǎo)作用的。

相比于傳統(tǒng)二維的勘察報(bào)告，勘察BIM的優(yōu)點(diǎn)如下：1） 可視化。通過(guò)三維模型建立，便于設(shè)計(jì)人員全面了解地質(zhì)情況及周邊環(huán)境情況，業(yè)主也可以通過(guò)BIM模型對(duì)項(xiàng)目整體規(guī)劃進(jìn)行預(yù)判。項(xiàng)目在勘察階段即可定出樁基的工作量，如圖3所示。另外通過(guò)地質(zhì)模型與周邊環(huán)境模型的融合對(duì)指導(dǎo)地下工程的設(shè)計(jì)及施工有很大作用[2]。2） 復(fù)雜地質(zhì)條件的精細(xì)化評(píng)價(jià)。應(yīng)用勘察BIM技術(shù)可以對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)條件進(jìn)行精細(xì)化分析評(píng)價(jià)，可以很好地反映復(fù)雜地質(zhì)情況，如圖4所示。對(duì)復(fù)雜地層條件利用BIM技術(shù)可以很好地展現(xiàn)不利地質(zhì)體的分布情況，如對(duì)建設(shè)影響較大的斷層構(gòu)造分布、巖溶分布等。如斷層構(gòu)造可以利用斷層錯(cuò)動(dòng)模擬技術(shù)展現(xiàn)還原，見(jiàn)圖5。對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)避開(kāi)不利地質(zhì)體及采用相關(guān)措施均有很大的幫助。3） 任意剖切剖面。在三維地質(zhì)體模型上可以根據(jù)需要對(duì)模型任意切割查看對(duì)設(shè)計(jì)有影響的地質(zhì)剖面，該技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)效率的提升是有極大的幫助的，見(jiàn)圖6。任意切割在快速查詢地質(zhì)和土方開(kāi)挖計(jì)算方面有較大提升。

圖3 樁基礎(chǔ)長(zhǎng)度確定

圖4 復(fù)雜地質(zhì)情況

圖5 斷層構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)模擬

圖6 任意剖切地質(zhì)體

3.2 勘察BIM設(shè)計(jì)優(yōu)化

勘察數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，重點(diǎn)影響建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案選型、基坑支護(hù)方案的選型，目前受用地空間的限制，地下工程越來(lái)越深，對(duì)勘察數(shù)據(jù)的要求也越來(lái)越高[3]。

3.2.1 對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

應(yīng)用勘察BIM模型對(duì)巖土設(shè)計(jì)也有較大的指導(dǎo)意義，基坑設(shè)計(jì)單位可以充分了解地質(zhì)條件和周邊環(huán)境信息，選擇經(jīng)濟(jì)理合理、安全可靠的支護(hù)方案，對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化主要體現(xiàn)在以下4點(diǎn)：1） 利用BIM模型的可視化和精細(xì)化評(píng)價(jià)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁的樁長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)控制造價(jià)有較大的作用；2）利用勘察BIM模型進(jìn)行土方計(jì)算，可以快速算出每層土方的開(kāi)挖量。3） 通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境條件的模擬分析，可以對(duì)支護(hù)形式進(jìn)行優(yōu)化，尤其是對(duì)錨桿的設(shè)計(jì)方面。4） 對(duì)基坑開(kāi)挖進(jìn)行施工模擬，通過(guò)調(diào)整施工工序可以有效節(jié)約工期。

3.2.2 對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

以勘察BIM模型為基礎(chǔ)模擬不同基礎(chǔ)形式的信息，對(duì)各種基礎(chǔ)的造價(jià)、工期進(jìn)行比選，在前期投資階段確定出比較合理的投資估算，對(duì)各種基礎(chǔ)的分析體現(xiàn)以下2點(diǎn)：1） 淺基礎(chǔ)?？梢岳每辈霣IM模型選擇合理的基礎(chǔ)持力層，確定需要地基處理范圍，可以快速計(jì)算出土方開(kāi)挖及地基處理的造價(jià)。2）樁基礎(chǔ)。不同的持力層可以快速確定樁長(zhǎng)，可以快速比選不同樁徑、樁長(zhǎng)及摩擦樁與端承樁的造價(jià)，如圖3所示。

3.3 勘察BIM對(duì)施工的指導(dǎo)

勘察BIM對(duì)施工的指導(dǎo)重點(diǎn)指對(duì)基礎(chǔ)施工及基坑支護(hù)施工的指導(dǎo)，通過(guò)三維模型對(duì)地質(zhì)體和樁基礎(chǔ)的模擬，可以精確列出每根樁的長(zhǎng)度信息（見(jiàn)圖3），在施工勘察的項(xiàng)目中，將施工勘察信息加入模型可以更好地判斷地基持力層情況，對(duì)基礎(chǔ)的施工質(zhì)量控制起到很大作用。另外對(duì)勘察BIM模型進(jìn)行輕量化處理后，對(duì)勘察技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)持力層的判別也有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

在基坑支護(hù)施工對(duì)周邊建構(gòu)筑物保護(hù)方面，可以模擬出支護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的關(guān)系，支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的碰撞檢查，有效避免了對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響。

4 勘察BIM應(yīng)用情況

4.1 勘察BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

勘察BIM技術(shù)相對(duì)其他專業(yè)BIM技術(shù)起步較晚，技術(shù)難度大，目前仍處于探索發(fā)展階段[4]。地質(zhì)模型建立目前已有比較成熟的應(yīng)用軟件如秉睦科技的工程勘察三維信息化整體解決方案、北理理正公司的勘察BIM軟件以及南京庫(kù)倫的BIM軟件等軟件。這幾款都是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較多的勘察BIM軟件，也在很多項(xiàng)目中有應(yīng)用實(shí)踐。

根據(jù)《2020年深圳市建筑信息模型（BIM）產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究》調(diào)查中采用國(guó)內(nèi)外BIM軟件的調(diào)查分析，Revit占76.3%，是目前應(yīng)用最為廣泛的BIM平臺(tái)軟件，國(guó)產(chǎn)軟件勘察類軟件理正6.8%，秉睦3.4%。

目前勘察BIM成果可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)模型、管線模型、地理信息模型等的集成應(yīng)用，但是勘察BIM成果，與后續(xù)設(shè)計(jì)單位及施工單位之間的銜接問(wèn)題還有待提升，在后續(xù)的設(shè)計(jì)及施工單位的應(yīng)用中應(yīng)用率不高。主要原因是勘察BIM模型的集成平臺(tái)還有所欠缺，勘察BIM的軟件平臺(tái)和設(shè)計(jì)BIM軟件平臺(tái)的兼容性及數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中的數(shù)據(jù)丟失情況嚴(yán)重。

4.2 勘察BIM應(yīng)用難點(diǎn)

勘察BIM起步晚，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大主要應(yīng)用難點(diǎn)如下：1） 軟件平臺(tái)建設(shè)，目前國(guó)內(nèi)的BIM軟件平臺(tái)還主要依賴國(guó)外的軟件，各專業(yè)之間存在一定的技術(shù)壁壘需要突破，尤其是勘察BIM專業(yè)性強(qiáng)技術(shù)難度大更需要兼容性比較強(qiáng)的軟件平臺(tái)進(jìn)行支持，才能達(dá)到數(shù)據(jù)的協(xié)同管理。目前數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)丟失嚴(yán)重，例如勘察BIM模型導(dǎo)入Revit平臺(tái)中屬性信息會(huì)丟失。2） 勘察BIM技術(shù)人才缺乏，目前BIM整體技術(shù)人才缺乏，高校開(kāi)設(shè)BIM專業(yè)課程的也比較少[6]。目前應(yīng)用BIM人員均為各專業(yè)技術(shù)人員通過(guò)自學(xué)培訓(xùn)等方式發(fā)展起來(lái)的，勘察BIM普及核心是專業(yè)人才，需要既懂專業(yè)又精通軟件的復(fù)合型人才，因此除了高等院校開(kāi)設(shè)相關(guān)課程外，積極開(kāi)展勘察設(shè)計(jì)企業(yè)之間的BIM培訓(xùn)交流，提高BIM技術(shù)人員的技術(shù)水平和創(chuàng)新性。3） 勘察BIM技術(shù)的全過(guò)程協(xié)同性沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)，目前的BIM技術(shù)在勘察、設(shè)計(jì)、施工各階段各自獨(dú)立，信息的傳遞和協(xié)同性沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，由于軟件平臺(tái)、各單位建模目的不同，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，以至于目前存在為了做BIM而做BIM的現(xiàn)象。4） 缺乏統(tǒng)一的交付標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成統(tǒng)一的勘察BIM交付標(biāo)準(zhǔn)，雖然在北京、重慶、廈門、深圳等地區(qū)均發(fā)行了地方標(biāo)準(zhǔn)，但標(biāo)準(zhǔn)的可落地性還未得到有效驗(yàn)證[3]。

5 勘察BIM發(fā)展建議

關(guān)于BIM在平臺(tái)建設(shè)、人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)體系等方面的建議很多文獻(xiàn)都有介紹[2～3]，筆者提幾點(diǎn)對(duì)BIM發(fā)展的思考：1） 除了加大研發(fā)支持，加快建設(shè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的BIM全過(guò)程平臺(tái)外，數(shù)據(jù)的交換和傳輸應(yīng)該是BIM發(fā)展的關(guān)鍵制約因素，BIM要真正實(shí)現(xiàn)全流程協(xié)同數(shù)據(jù)管理，必須要解決數(shù)據(jù)交互問(wèn)題，同時(shí)解決數(shù)據(jù)的冗余問(wèn)題，尤其在勘察BIM模型中后續(xù)設(shè)計(jì)真正用到的數(shù)據(jù)應(yīng)該保證有效傳輸，對(duì)后續(xù)工作無(wú)用的數(shù)據(jù)應(yīng)該在建模過(guò)程中舍棄。2） 制定完善的取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，目前BIM發(fā)展還未達(dá)到人人都用BIM正向設(shè)計(jì)的階段，需要一定的經(jīng)費(fèi)及政策的支持，對(duì)BIM的發(fā)展是有利的，只有在項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中去完善BIM技術(shù)才是一條比較好的發(fā)展之路。3） 開(kāi)拓創(chuàng)新，走出符合中國(guó)國(guó)情的BIM之路，目前我們的BIM理念是建立在國(guó)外的軟件及理念基礎(chǔ)之上的，在應(yīng)用實(shí)踐中應(yīng)有用于開(kāi)拓的精神，通過(guò)創(chuàng)新融合，跨界融合等方式對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將BIM技術(shù)與AR/VR技術(shù)等技術(shù)融合，促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展，為后續(xù)的智慧城市建設(shè)打好基礎(chǔ)。