基于BIM技術(shù)在三維地質(zhì)與樁長分析中的應(yīng)用

熊自斌 丁國強 王成龍 陳明法 游齊錦

(中建四局建設(shè)發(fā)展有限公司 福建廈門 361001)

0 引言

BIM被認為是繼CAD技術(shù)后，建筑行業(yè)的第二次革命性技術(shù)。我國的BIM技術(shù)應(yīng)用剛剛起步，起點較低，但發(fā)展速度快。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中明確提出，在“十二五”期間，將大力推廣BIM技術(shù)等在建筑工程中的應(yīng)用，并于2018年1月發(fā)布BIM國家標(biāo)準《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準》[1]。近年來，國內(nèi)各大高校紛紛設(shè)立BIM相關(guān)專業(yè)，基于BIM理念的三維化設(shè)計已經(jīng)被越來越多的設(shè)計院，施工企業(yè)和業(yè)主所接受。本篇主要探討利用BIM中的Revit、Civil 3D等軟件建立模擬出真實的土層巖層分布情況，并對每一根工程樁進行分析，從而得到準確的樁長數(shù)據(jù)。

1 BIM三維地質(zhì)模型建立流程

1.1 數(shù)據(jù)采集

珠海湖心金茂悅城市花園項目位于珠海斗門區(qū)錦湖路西側(cè)、騰逸路南側(cè)。項目用地面積為34.5萬m2，總建筑面積59.68萬m2，擬建33棟高層住宅。合同造價約15億元。合同工期：計劃開工2019年10月30日，計劃竣工2022年10月10日，共計1077日歷天。項目總共劃分為8個地塊。A、B、C、D區(qū)域均為住宅樓，E區(qū)域為商業(yè)，F(xiàn)區(qū)域為中學(xué)、G區(qū)域為小學(xué)，I區(qū)域為公園及售樓部。住宅設(shè)置一層地下室。本項目的樁基礎(chǔ)工程一共有554個鉆孔勘探點位、23層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)合同超前鉆探下達的任務(wù)要求，本次勘察采用工程地質(zhì)鉆探，結(jié)合原位測試，室內(nèi)巖石、土工試驗等多種方法手段。

按照補充地質(zhì)勘察方案批復(fù)表放點孔位，即依據(jù)設(shè)計提供的鉆孔坐標(biāo)及里程樁號，用全站儀沿線測設(shè)控制點、導(dǎo)線點，采用極坐標(biāo)法施測定位，施工完成后進行了復(fù)測?？碧綑C械采用XY-1型及150型工程鉆機，鉆進工藝采用泥漿或套管護壁，開孔孔徑≥110mm，終孔孔徑一般≥91 mm，個別地質(zhì)條件較復(fù)雜地段為75mm。

各孔按要求獲取了地質(zhì)巖土芯，孔內(nèi)原位試驗、巖土試驗樣品等資料，絕大部分鉆孔按設(shè)計孔深終孔，少量鉆孔根據(jù)構(gòu)造物大小和實際地質(zhì)情況，進行了加深或提前終孔的調(diào)整。

在數(shù)據(jù)采集后所形成的地質(zhì)報告中，用地質(zhì)巖層頂板等高線圖和勘探孔工程地質(zhì)柱狀圖來表達現(xiàn)場的地質(zhì)情況，可以大致了解現(xiàn)場地質(zhì)分布情況。但是圖紙可讀性比較差，不夠直觀。如果想要掌握地質(zhì)各巖層的走向，需要依賴讀者豐富的想象力在腦海中構(gòu)建出各巖層的三維空間位置關(guān)系，這對部分人而言并不是一件輕松的事情。

為此，下文將利用Civil 3D、Revit軟件將地質(zhì)報告轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化、形象化的三維地質(zhì)模型。

1.2 數(shù)據(jù)整理

將勘察所形成的工程地質(zhì)柱狀圖中的各土層、巖層的坐標(biāo)及深度，輸入到EXCEL表格中，如圖1所示。

圖1 形成的Excel數(shù)據(jù)表格

由于Civil 3D軟件無法直接從excel表格中提取數(shù)據(jù)，需要再將每一土層(巖層)的數(shù)據(jù)拆分出來，單獨導(dǎo)出為Civil 3D軟件能夠識別的csv文件，各土層(巖層)的CSV文件如圖2所示。

圖2 各土層(巖層)的CSV文件

1.3 三維模型的創(chuàng)建

打開Civil 3D軟件(圖3)，將整理的csv文件導(dǎo)入到軟件中的“點文件”內(nèi)，即可生成三維地質(zhì)模型，如圖4所示。再設(shè)置三維模型的“曲面樣式”，從而控制等高線、坡度等參數(shù)信息，使三維模型更加真實反映現(xiàn)場實際情況。

圖3 Civil 3D操作界面

圖4 Civil 3D生成的三維地質(zhì)模型

通過此模型得出施工范圍內(nèi)各土層的平均高程，可以快速計算出土石方、淤泥工程的工程量，對業(yè)主控制造價極具價值，也為基坑開挖的機械臺班和進度計劃提供數(shù)據(jù)支持[2]。

接下來，將Civil 3D生成的三維地質(zhì)模型導(dǎo)入到Revit中。

2 BIM樁長分析流程

2.1 三維地質(zhì)模型上色和標(biāo)注

將Civil 3D生成的模型導(dǎo)入到Revit中，通過Revit中的過濾器功能，將不同的土層(巖層)分別用其他顏色區(qū)分出來，同時給各土層(巖層)做出標(biāo)注，以便進行樁長分析，如圖5所示。

圖5 上色和標(biāo)注后的Revit三維地質(zhì)模型

2.2 創(chuàng)建工程樁模型

根據(jù)項目工程樁設(shè)計要求，工程樁樁端持力層為中風(fēng)化粗?；◢弾r巖層，樁端應(yīng)深入持力層2m。依據(jù)此要求，可在Revit中建立工程樁模型。需要注意的是，地質(zhì)模型與工程樁模型設(shè)置相同的項目基點和原點，以確保地質(zhì)模型與工程樁模型的坐標(biāo)一致。

2.3 調(diào)整樁長及配樁

整合地質(zhì)模型和工程樁模型后，將每根工程樁進行調(diào)整，直至符合工程樁設(shè)計所要求的樁端進入持力層深度，如圖6所示，圖中標(biāo)注灰色的巖層為持力層。

圖6 整合后的地質(zhì)模型和工程樁模型

通過分析本項目的樁長分布范圍，探討總結(jié)出一套經(jīng)濟、有效且合理的配樁方案。結(jié)合本項目實際情況，配置7m、8m、9m、12m的工程樁，通過組合，基本能滿足本項目樁基礎(chǔ)工程所需，如圖7所示。

圖7 局部樁長配樁圖

2.4 生成明細表

通過Revit明細表功能(圖8)，自動統(tǒng)計出工程樁的樁頂標(biāo)高、配樁、樁長、截樁標(biāo)高等數(shù)據(jù)，以供現(xiàn)場參考。

圖8 局部樁長明細表

2.5 三維模型展示

傳統(tǒng)的工程樁樁長分析，更多為依賴現(xiàn)場施工人員對大量繁瑣的柱狀圖、等高線、鉆孔平面圖的分析理解能力，如圖9所示，各施工單位施工人員的經(jīng)驗?zāi)芰⒉畈积R，當(dāng)現(xiàn)場施工人員經(jīng)驗不足時，便難以對工程樁進行準確分析，若樁長不夠極易發(fā)生質(zhì)量安全事故，若樁長過長則會造成人工、材料的浪費。形象具體的三維模型可以查看任意一個剖切面的地質(zhì)情況，也可以分析任意一層巖土的分布和走向，有效提高了現(xiàn)場施工人員對樁長預(yù)判的準確性。

圖9 局部三維地質(zhì)樁長模型效果圖

通過BIM三維可視化的優(yōu)勢，可以減少專業(yè)人員內(nèi)部溝通，提高工作效率。對于非專業(yè)與專業(yè)人員之間的溝通更為顯著。

3 結(jié)語

本文探討了以地勘報告數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用BIM技術(shù)建立三維實體模型；通過Civil 3D、Revit軟件，實現(xiàn)對工程樁樁長進行科學(xué)、精準的分析，并與設(shè)計樁長進行對比，使施工方在施工時，降低因設(shè)計誤差而導(dǎo)致的施工樁長數(shù)據(jù)誤差[2]。把傳統(tǒng)地勘成果資料厚重的文本實現(xiàn)無紙化，通過三維模型的直觀展示，方便各類人員查看，極大的提高效率，降低了對現(xiàn)場施工人員的經(jīng)驗?zāi)芰σ蟆?/p>