基于BIM建模實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察成果三維可視化的初步研究

王瓊，謝良衛(wèi)，蔣進(jìn)，陳聰，劉澤瀟

(成都市勘察測(cè)繪研究院，四川 成都 610081)

1 引 言

目前BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)專業(yè)的應(yīng)用相對(duì)成熟，而在巖土工程勘察專業(yè)中的應(yīng)用尚處于起步階段，現(xiàn)階段工程勘察信息管理仍是基于傳統(tǒng)CAD二維模型的構(gòu)建，其表現(xiàn)形式比較單一，可視化表達(dá)不夠形象。隨著建筑信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，以BIM技術(shù)為代表的三維協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性特征。在縮短建設(shè)周期，降低工程成本，提高工程質(zhì)量等方面發(fā)揮著巨大優(yōu)勢(shì)，能覆蓋建筑的全生命周期，現(xiàn)已成為全行業(yè)共識(shí)。為此，住建部將BIM確定為未來(lái)建筑業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力，并認(rèn)為BIM技術(shù)的應(yīng)用必將極大地推動(dòng)建筑領(lǐng)域生產(chǎn)方式的變革，這將是建筑行業(yè)的第二次革命。

截至目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)BIM模型在巖土勘察中的應(yīng)用研究較少。關(guān)于巖土工程勘察的BIM建模方法和專業(yè)應(yīng)用特性的研究，任彧等人從軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)著手進(jìn)行了詳細(xì)的闡述[1]；黃勛等人針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)巖土工程勘察領(lǐng)域BIM的發(fā)展現(xiàn)狀，論述了運(yùn)用BIM技術(shù)可以構(gòu)建工程勘察模型、模擬與分析、信息共享的發(fā)展方式[2]；黃佳銘、鄭先昌等人通過(guò)對(duì)BIM在巖土工程中的運(yùn)用進(jìn)行了研究，證明BIM技術(shù)完全可以運(yùn)用在巖土工程的多個(gè)領(lǐng)域中，并且具有以往傳統(tǒng)方法所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)[3]；林孝城、王仕強(qiáng)等[4，5]在深入理解BIM理念的基礎(chǔ)上采用建筑設(shè)計(jì)專業(yè)廣泛使用的Revit Architecture核心建模軟件對(duì)金山勘察綜合試驗(yàn)廠房項(xiàng)目巖土工程勘察成果進(jìn)行三維可視化的初步實(shí)踐表明：借助BIM技術(shù)靈活使用則將BIM應(yīng)用于巖土工程勘察領(lǐng)域是可行的[4]。

成都鳳凰山體育中心作為對(duì)標(biāo)建設(shè)世界一流場(chǎng)館，承接國(guó)際頂級(jí)賽事及國(guó)內(nèi)頂級(jí)聯(lián)賽，用地規(guī)模約655畝。該項(xiàng)目是為貫徹落實(shí)成都市委、市政府建設(shè)“三城三都”的總體戰(zhàn)略部署，加快推進(jìn)體育賽事名城建設(shè)步伐，彌補(bǔ)成都市大型場(chǎng)館設(shè)施短板，完善城市功能布局、提升成都城市品質(zhì)、塑造特色風(fēng)貌地標(biāo)而建設(shè)的，是極具代表性的建筑。

2 數(shù)據(jù)處理與BIM模型創(chuàng)建

圖1 BIM模型建模流程圖

2.1 數(shù)據(jù)處理

文中以理正勘察軟件為平臺(tái)，依據(jù)詳勘數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件建模功能，利用不同的顏色將巖土層逐一標(biāo)注出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)鉆探資料的三維可視化，直觀地將巖層分布規(guī)律反映出來(lái)，使展示方式不再局限于鉆孔柱狀圖和鉆孔剖面圖。

在理正勘察軟件中依次錄入勘探點(diǎn)表數(shù)據(jù)，包括取土試樣孔和鑒別孔的基本數(shù)據(jù)、室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、原位測(cè)試數(shù)據(jù)、水文試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)勘探點(diǎn)數(shù)據(jù)生成地層統(tǒng)計(jì)表，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)入庫(kù)。在生成統(tǒng)計(jì)表時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)該數(shù)據(jù)表進(jìn)行數(shù)檢，并在下方顯示數(shù)檢信息，可根據(jù)數(shù)檢出的錯(cuò)誤信息對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和修改，防止錯(cuò)誤的發(fā)生。利用已生成的統(tǒng)計(jì)表，在CAD中根據(jù)設(shè)定的比例尺、連層方式等自動(dòng)生成剖面圖，并進(jìn)行剖面圖批量入庫(kù)。由于該軟件生成的剖面圖交叉線、斷線等較多，需人工介入進(jìn)行處理。建模過(guò)程對(duì)剖面圖的要求比較高，不能存在交叉線、斷線等瑕疵。

經(jīng)過(guò)前期數(shù)據(jù)處理，通過(guò)導(dǎo)出BIM接口，生成P-BIM數(shù)據(jù)。前期數(shù)據(jù)的處理對(duì)于后期BIM模型的建立至關(guān)重要，BIM模型中線條與線條之間不能有重疊或斷線的情況發(fā)生，否則將無(wú)法生成BIM模型。

2.2 BIM模型建立

模型建立的第一步需創(chuàng)建一個(gè)新的模型名稱，然后在LzGeo3D理正三維建模軟件中，導(dǎo)入P-BIM接口數(shù)據(jù)，導(dǎo)入數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)顯示效果見(jiàn)圖2，各地層信息的編輯如圖3所示，用不同的顏色顯示不同的地層。

圖2 P-BIM數(shù)據(jù)顯示效果

圖3 工程地層表

數(shù)據(jù)檢查。使用軟件的“數(shù)據(jù)預(yù)處理”功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二維和三維檢查，然后針對(duì)數(shù)檢結(jié)果對(duì)剖面圖進(jìn)行修改，主要是對(duì)不滿足建模要求的地質(zhì)線進(jìn)行編輯。此處對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維數(shù)據(jù)檢查和二維數(shù)據(jù)檢查的工作相當(dāng)重要，將影響后期模型是否能夠成功建立。

分組。編輯完地質(zhì)線后，需要對(duì)地質(zhì)線進(jìn)行分組，分組目的是為了確保在俯視狀態(tài)下，無(wú)地質(zhì)線重疊的情況發(fā)生。

創(chuàng)建地表地形。導(dǎo)入鳳凰山體育中心平面圖，依據(jù)軟件功能，點(diǎn)擊導(dǎo)入原始圖，底圖初始化，在底圖初始化過(guò)程中盡量選擇對(duì)角線坐標(biāo)，然后畫一條范圍線，用于建立“地形面”，創(chuàng)建地表地形模型。以鳳凰山為例，數(shù)據(jù)源為“鉆孔”和“已知剖面地面線”，模型范圍為已畫好的范圍線，模型地面選擇底高程，此處底高程的設(shè)置值要比所有鉆孔中最底層的高層矮 7 m～ 8 m，設(shè)置完后點(diǎn)擊“確定”按鈕。

地層體建模。依據(jù)地質(zhì)要素建模，從地層(體)、地層出露點(diǎn)等繪制地層邊界線，然后根據(jù)已畫好并保存的地層邊界線逐層進(jìn)行地質(zhì)體建模，如圖4所示。

透鏡體建模。依據(jù)地質(zhì)要素建模，從透鏡體、出露點(diǎn)等繪制透鏡體邊界線，然后根據(jù)已畫好并保存的透鏡體邊界線逐層進(jìn)行透鏡體建模，如圖5所示。

水位面建模。根據(jù)地下水(面)，創(chuàng)建水位面模型，模型如圖6所示。

創(chuàng)建三維模型。利用自動(dòng)創(chuàng)建三維模型功能，創(chuàng)建模型，然后導(dǎo)出IFC文件，作為其他軟件的接口，進(jìn)行展示和查看。

該區(qū)域的地質(zhì)情況復(fù)雜，地層碎化，透鏡體特別多，含50多個(gè)，增大了建模難度。剖面圖附屬性時(shí)，特別注意地質(zhì)線的分組，三維模型如圖7所示。

圖4 地層體模型

圖5 透鏡體模型

圖6 水位面模型

圖7 BIM模型

3 結(jié) 語(yǔ)

利用理正三維建模軟件為平臺(tái)，以成都鳳凰山體育中心為例，建立鳳凰山體育中心的BIM模型，初步實(shí)現(xiàn)其三維可視化。從BIM模型中可以直觀清晰地看到地層的分布情況，可根據(jù)需要對(duì)模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行任意調(diào)取與查看，能夠使工程技術(shù)人員可以充分理解建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)巖土層在三維空間上的分布特征，便于做出合理的工程判斷，對(duì)于地基與基礎(chǔ)方案和地下結(jié)構(gòu)的正確選型具有顯著的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在縮短建設(shè)周期，降低工程成本，提高工程質(zhì)量等方面發(fā)揮著巨大優(yōu)勢(shì)，能覆蓋建筑的全生命周期，現(xiàn)已成為全行業(yè)共識(shí)。對(duì)BIM建模技術(shù)在巖土勘察行業(yè)的應(yīng)用研究，將為成都市城市規(guī)劃發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。