周 偉

(1.太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024； 2.山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024)

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BIM技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用探微

周 偉1,2

(1.太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024； 2.山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024)

介紹了BIM技術(shù)可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性的優(yōu)點(diǎn)，從巖土工程勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等階段，闡述了BIM技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用，指出應(yīng)用BIM技術(shù)有利于優(yōu)化施工方案，確保工程質(zhì)量。

BIM技術(shù)，巖土工程，三維地質(zhì)模型，施工動(dòng)態(tài)模擬

目前，在我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域，已經(jīng)不乏BIM技術(shù)的運(yùn)用?？傮w上來講，BIM技術(shù)在建筑、水電、設(shè)備和結(jié)構(gòu)專業(yè)的應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。而BIM技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用尚且不夠成熟。因此，為了將BIM技術(shù)順利的應(yīng)用到巖土工程的實(shí)際項(xiàng)目中，還需要進(jìn)行一番深入探究。

1 BIM技術(shù)概述

BIM，即Building Information Modeling,確切來講，就是利用數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的過程[1]。作為多維模型信息集成技術(shù)，BIM借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達(dá)。由此，BIM特征也非常明顯，其特征大致為可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性。其中，BIM技術(shù)的可視化，即模型三維的立體實(shí)物圖形可視、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)等整個(gè)建設(shè)過程可視，這一特點(diǎn)方便進(jìn)行更好的溝通、討論與決策。針對(duì)工程項(xiàng)目中管道與結(jié)構(gòu)沖突、各個(gè)房間出現(xiàn)冷熱不均、預(yù)留的洞口沒留或尺寸不對(duì)等情況，BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性就能夠通過協(xié)調(diào)流程以減少不合理變更方案或問題變更方案[3]。

2 BIM技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

2.1 巖土工程勘察階段的具體運(yùn)用

在巖土工程勘察上，建立三維地質(zhì)模型是實(shí)際工程的運(yùn)用中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。利用BIM技術(shù)建立三維地質(zhì)模型，不僅可以避免重構(gòu)模型出現(xiàn)的差異，還可以更直觀,更完整地將場(chǎng)地地質(zhì)情況展示。以往的以柱狀圖、剖面圖與鉆孔平面信息為基礎(chǔ)構(gòu)建的地質(zhì)模型過于粗略，容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。而利用BIM技術(shù)建立三維地質(zhì)模型在一般工民建項(xiàng)目中非常實(shí)用，且借助軟件建立實(shí)現(xiàn)起來也不會(huì)過于繁瑣?？v觀一般工民建項(xiàng)目的三維地質(zhì)模型，其實(shí)現(xiàn)方法有許多種。一般情況下，在現(xiàn)有BIM平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)建模，需要考慮工程的概況進(jìn)行選擇。在眾多建模方法中，有兩種相對(duì)簡(jiǎn)單的建模方法，第一個(gè)是利用Civil3D最新的曲面建模，第二個(gè)是利用Revit平臺(tái)中構(gòu)建樓板的功能模擬地層的方法建模。以第一個(gè)建模方法為例，需要導(dǎo)入每個(gè)地層的層頂標(biāo)高和坐標(biāo)，得出三維的曲面數(shù)據(jù)→由曲面之間的相互關(guān)系生成每層土(巖)層實(shí)體→進(jìn)行布爾運(yùn)算→對(duì)基坑開挖進(jìn)行模擬。之后，可以以任意剖切的方式將三維地質(zhì)模型分割，展現(xiàn)出地質(zhì)剖面圖(見圖1)。通過觀察地質(zhì)剖面圖就能夠?qū)㈨?xiàng)目基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)底面處相應(yīng)標(biāo)高處的地質(zhì)情況一一了解。以此就能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。另外，由于三維地質(zhì)模型生成后，其每個(gè)圖元中都附帶有詳細(xì)的屬性信息,因此，對(duì)于進(jìn)行下一步非常有利。譬如，明確開挖部分或者回填部分體單元體積信息,就可以獲得開挖或回填的土石方量,這使得土石方工程的造價(jià)預(yù)算計(jì)算更為精準(zhǔn)。

2.2 巖土設(shè)計(jì)階段的具體運(yùn)用

在巖土工程設(shè)計(jì)上，運(yùn)用BIM技術(shù)，具體有三項(xiàng)用途:其一，進(jìn)行碰撞檢測(cè)。巖土工程中進(jìn)行碰撞檢測(cè)的目的是驗(yàn)證預(yù)先設(shè)計(jì)方案的合理性。利用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)可以減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，避免成本浪費(fèi)。以樁基礎(chǔ)與持力層模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)為例,就能及時(shí)調(diào)整樁長(zhǎng)，以減少設(shè)計(jì)失誤，確保樁長(zhǎng)既滿足設(shè)計(jì)要求，又確保樁長(zhǎng)選用最經(jīng)濟(jì)的方案。其二，利用BIM平臺(tái)強(qiáng)大的建模，能夠?qū)崿F(xiàn)三維可視化與快速出圖。巖土工程設(shè)計(jì)中，基坑設(shè)計(jì)至關(guān)重要。借助三維模型能夠展示基坑設(shè)計(jì)方案最終建成后的效果和整體的設(shè)計(jì)意圖，方便技術(shù)人員調(diào)整不恰當(dāng)之處(圖2為基坑三維計(jì)算建模及開挖模擬)。另外，由于模型中附帶材質(zhì),視覺效果直觀,因而要修改設(shè)計(jì)方案也非常便利。其三，運(yùn)用BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)與其他專業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì)。三維可視化模型使得建筑的多專業(yè)之間的聯(lián)通與配合更加密切，避免了平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)帶來的不便。如此一來，在BIM平臺(tái)上進(jìn)行巖土工程設(shè)計(jì),便可最大限度地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

2.3 巖土施工階段的具體運(yùn)用

在巖土施工中，利用BIM技術(shù)能夠進(jìn)行施工動(dòng)態(tài)模擬。在巖土工程中借助軟件實(shí)現(xiàn)施工動(dòng)態(tài)模擬，巖土工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人就能夠掌握整個(gè)工程的施工進(jìn)度。同時(shí)，還能合理的調(diào)配資源，保證項(xiàng)目質(zhì)量安全。BIM技術(shù)在巖土工程施工上的運(yùn)用，一則能夠幫助施工方進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制；二則能夠優(yōu)化和改善原有的施工方案。其中，優(yōu)化和改善原有的施工方案于巖土工程施工而言，是至關(guān)重要的。優(yōu)化后的施工方案，就能夠省去一些復(fù)雜的施工步驟。另外，BIM模型可以將復(fù)雜的鋼筋布置建模,這是指導(dǎo)復(fù)雜的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵所在。由此就能夠驗(yàn)證施工的準(zhǔn)確性,避免施工的質(zhì)量出現(xiàn)問題。在施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，BIM模型的虛擬建筑和實(shí)際的施工或管理現(xiàn)場(chǎng)就是操控現(xiàn)場(chǎng)施工。另外，在現(xiàn)場(chǎng)跟蹤中，激光掃描、GPS移動(dòng)通訊、RFID和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)結(jié)合工程項(xiàng)目的BIM模型就能夠達(dá)到兩項(xiàng)目的：其一，保證施工期間不產(chǎn)生重大事故，避免發(fā)生火災(zāi)等不良事件；其二，提供準(zhǔn)確、直觀的BIM數(shù)據(jù)庫。

2.4 巖土監(jiān)測(cè)階段的具體應(yīng)用

巖土工程監(jiān)測(cè)中BIM技術(shù)也能起到輔助作用。傳統(tǒng)的巖土工程監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)數(shù)據(jù)表格與圖表的匯報(bào)，這種監(jiān)測(cè)方式容易出現(xiàn)偏差，而利用BIM技術(shù)可以以三維圖示展現(xiàn)。以用三維圖像展示基坑沉降變形，再將現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入軟件計(jì)算，以得出變形量，生成整個(gè)場(chǎng)地的沉降云圖。如此一來，場(chǎng)地的沉降變形情況就能夠被清楚的掌握。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用意義

在工程項(xiàng)目上，涉及規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各環(huán)節(jié)[2]。將BIM技術(shù)應(yīng)用于這些環(huán)節(jié)之中，便能夠?qū)崿F(xiàn)建筑全生命期各參與方在同一多維建筑信息模型上的數(shù)據(jù)共享，如此一來，工程項(xiàng)目建造就有了技術(shù)支撐。與此同時(shí)，BIM技術(shù)也是優(yōu)化項(xiàng)目方案的一個(gè)便利方法。此外，BIM技術(shù)能夠進(jìn)行項(xiàng)目虛擬建造和精細(xì)化管理，是減少建筑業(yè)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的有利因素。BIM技術(shù)被應(yīng)用于我國(guó)香港地鐵項(xiàng)目、南水北調(diào)工程等多個(gè)大工程之中。BIM技術(shù)未來迅猛發(fā)展是勢(shì)不可擋的，巖土工程借此也將發(fā)生極大的變化。BIM面臨的新一輪挑戰(zhàn)就是如何以其特征凸顯國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)特色。由此可見，為了積極應(yīng)對(duì)更多未知的挑戰(zhàn)，BIM技術(shù)的應(yīng)用還需要更多的思考和實(shí)踐。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)是現(xiàn)階段巖土工程上一大重要技術(shù)，運(yùn)用BIM技術(shù)就能夠使得巖土工程的勘察環(huán)節(jié)、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)以及監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)大大受益。由此，巖土工程實(shí)現(xiàn)協(xié)同合作的目標(biāo)也就更進(jìn)一步。同時(shí)，利用BIM技術(shù)建立三維可視化模型對(duì)于提高巖土工程質(zhì)量很有幫助。因此，當(dāng)前在巖土工程中要重視BIM技術(shù)的應(yīng)用，做好相應(yīng)的人員培訓(xùn)、開發(fā)軟件、硬件升級(jí)等工作，以此推動(dòng)BIM技術(shù)在建筑業(yè)的拓展應(yīng)用。

[1] 張 芳,鄭山霖,張秀蓮,等.巖土工程信息技術(shù)及其工程應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2016(5):1336-1343.

[2] 崔年治.巖土工程勘察BIM及其應(yīng)用[A].2016年全國(guó)工程勘察學(xué)術(shù)大會(huì)論文集(上冊(cè))[C].2016.

[3] 楊 敏.BIM技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用探討[A].2014年全國(guó)工程地質(zhì)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C].2014.

Inquiry on the application of BIM technology in geotechnical engineering

Zhou Wei1,2

(1.CollegeofBuildingandCivilEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ShanxiZhongfangSenteEngineeringDesignAcademy,Taiyuan030024,China)

The paper introduces advantages of BIM technology, such as visible, coordinate, simulation, optimal and drawing. Starting from aspects of geotechnical engineering survey, design, construction and operation maintenance, it describes the application of BIM technology in geotechnical engineering, and points out that: applying BIM technology will be good for optimizing construction scheme and guaranteeing engineering quality.

BIM technology, geotechnical engineering, 3D geological model, construction dynamic simulation

1009-6825(2017)09-0069-02

2017-01-16

周 偉(1987- )，男，在讀碩士，工程師

TP319

A