吳海祥

（廣東省建筑設計研究院有限公司）

1 引言

BIM技術廣泛應用于建筑設計行業(yè)的信息化過程中，已在國際范圍內(nèi)得到認可。很長時間以來，由于勘察專業(yè)工作性質(zhì)的特殊性，其成果交付以二維柱狀圖及相關報告為主。設計單位、建設單位、施工單位對勘察成果難以形成全面有效的認知，難以了解到工程地質(zhì)條件帶來的工程地質(zhì)風險，以及易產(chǎn)生的各類工程問題和安全隱患。BIM技術可運用于勘察成果的三維地質(zhì)模型中，有利于增強上下游信息交流，減少工程地質(zhì)風險。

三維地質(zhì)模型可以直觀反映地層、地質(zhì)構造、巖性的空間分布，在采礦、水利、交通、油藏等行業(yè)已得到廣泛應用[1-3]。其有多種建模方式[4-7]，以基于鉆孔數(shù)據(jù)的建模方式為主。EVS（Earth Volumetric Studio）軟件是一款功能強大的三維地質(zhì)建模軟件，有多年的發(fā)展歷史，能夠建立可實現(xiàn)數(shù)據(jù)篩選的真三維地質(zhì)模型，可對模型進行切割、旋轉觀察，可反映復雜地質(zhì)體、特殊地質(zhì)構造的真實情況并進行動畫展示。

本文采用Earth Volumetric Studio 軟件(以下簡稱EVS)對廣州市某工程進行三維地質(zhì)建模，建立場地及溶洞三維地質(zhì)模型，根據(jù)溶洞概率分析，為溶洞風險性分析和處理提供參考和依據(jù)。

2 BIM建模步驟及模塊組合

EVS軟件內(nèi)置了諸如評價、地層、展示、分析、標注、子集化等具有不同功能的模塊，模塊間的組合類似于可視化編程。不同模塊的組合可以建立差異化的地質(zhì)模型，基于復雜勘察項目建立的地質(zhì)模型可具有層次化的展示效果。鉆孔數(shù)據(jù)文件主要包括各地層的深度標高等，可以通過excel轉換而來，主要數(shù)據(jù)格式為PGF等。

表1是將鉆孔數(shù)據(jù)Excel導入到EVS中，通過軟件自帶的工具生成PGF文件。圖1為EVS軟件基本模塊組合。

Post samples：導入鉆孔數(shù)據(jù)生成的PGF文件。

Krig 3d geology：根據(jù)鉆孔PGF文件設置場地擬建模型的網(wǎng)格形式、范圍和網(wǎng)格精度。

Indicator geology：建立三維地質(zhì)模型，建模方法為指示克里金方法。在此模塊中可選擇估算類型Estimation Type。估算類型有多種，主要利用到自然臨近點法Nearest Neighbor和克里金法Kriging。自然臨近點法可以快速建立起場地的粗糙模型用于比對實際數(shù)據(jù)觀察模型是否合理?？死锝鸱山⒑?jié)點數(shù)據(jù)的平滑巖性模型，但用時較長。

Explode and scale：可對模型進行炸開和縮放，具有較好的展示效果。

External faces：輸出模型的外表面，如需對數(shù)據(jù)進行篩選，需要選擇其他模塊。

Legend：模型的圖例。

Viewer：所有需要展示的模型內(nèi)容都可以通過連接線連接到viewer模塊。Post samples模塊連接viewer可將鉆孔可視化，External faces模塊連接到viewer可展示模型外表面。Legend模塊連接到viewer可展示模型的圖例。

3 BIM技術特點

3.1 數(shù)據(jù)集成及可視化

外業(yè)鉆孔等數(shù)據(jù)可以通過三維地質(zhì)建模軟件EVS生成場地三維地質(zhì)模型，提供給業(yè)主、設計、施工人員使用。三維地質(zhì)模型的精度直接取決于數(shù)據(jù)量，鉆孔基本數(shù)據(jù)、原位測試數(shù)據(jù)、水文地質(zhì)信息、特殊性巖體等數(shù)據(jù)越多，模型集成的信息越豐富，設計、施工人員便能最大限度利用勘探工作提供的資料。

表1 根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)生成的PGF文件

圖1 EVS軟件基本模塊組合

3.2 優(yōu)化性

基于BIM技術的三維地質(zhì)模型包含的眾多信息能直觀反映建設工程場地地質(zhì)構造、特殊性巖土層及周邊不良地質(zhì)的發(fā)育情況。依據(jù)上一階段的勘察成果建立的三維地質(zhì)模型對下一階段的勘察方案有指導作用，可優(yōu)化場地不良地質(zhì)作用較發(fā)育地段鉆孔布置，合理確定鉆探的位置和范圍。設計和施工亦可根據(jù)三維地質(zhì)模型確定地質(zhì)構造、特殊性巖土、場地不良地質(zhì)作用發(fā)育的重點區(qū)域，優(yōu)化設計和施工方案，減少工程造價。

3.3 風險管控

三維地質(zhì)模型可以較好地反映對場地影響較大的地質(zhì)構造、特殊性巖土、不良地質(zhì)作用在場地的發(fā)育情況，直觀揭示場地地質(zhì)條件可能帶來的工程地質(zhì)風險，能夠提高業(yè)主、設計、施工對工程地質(zhì)風險的認識，做好工程風險規(guī)避措施，加強風險管控。

4 工程實例

4.1 工程概況

以廣州市某巖土工程勘察項目為例，利用EVS軟件建立項目的三維地質(zhì)模型。該項目場地為珠江三角洲沖洪積地貌，交通較便利，地勢較平坦。根據(jù)場地61個鉆孔的揭露情況，本場地上部第四系覆蓋土層主要有人工堆積成因的素填土（松散—稍壓實），沖洪積成因的粉質(zhì)黏土（可塑）、淤泥質(zhì)土（流塑）、粉細砂（稍密為主，局部松散）、中粗砂（稍密）；殘積成因的粉質(zhì)黏土（軟塑—硬塑）；下伏基巖為石炭系灰?guī)r（C）。

4.2 不良地質(zhì)作用

該項目的不良地質(zhì)作用主要為溶洞，在勘察的鉆探深度范圍內(nèi)，在共29個鉆孔中揭露41個溶洞，約半數(shù)鉆孔揭露溶洞。其中5個鉆孔揭露了2個溶洞， 2個鉆孔揭露了3個溶洞，1個鉆孔揭露了4個溶洞。洞頂標高-25.40m～-2.02m，洞頂埋深19.00m～40.50m，洞高0.24m～28.50m，平均洞高4.46m。

本次勘察揭露的溶洞大部分全充填或半充填軟塑狀的粉質(zhì)黏土，呈黃褐、褐黃色，主要由粉黏粒組成，夾較多灰?guī)r碎屑和碎塊，少量溶洞無充填，少數(shù)溶洞為串珠狀溶洞。

4.3 三維地質(zhì)模型

基于EVS軟件，結合項目實際情況，按照前述流程建立了三維地質(zhì)模型。在模型的使用過程中，可以任意查看項目鉆孔分布、整體地質(zhì)模型、各巖性空間分布、地表高程、溶洞概率模型等（見圖2—圖5）。EVS是真三維建模軟件，模型中每一個節(jié)點都存儲數(shù)據(jù)，所以能對數(shù)據(jù)進行篩選。本項目地表起伏較大，在地表高程模型中有所展示（見圖3）。EVS模型的概率跟鉆孔的分布有關，鉆孔越密集，模型越精確，模型局部區(qū)域的概率越高。模型概率為100%的區(qū)域一般是鉆孔位置，距離鉆孔越遠，模型的概率越?。ㄒ妶D3）。從而可知，三維模型的概率、可靠度取決于鉆孔的分布和密度。EVS溶洞概率模型能夠根據(jù)已有鉆孔資料判斷出場地最有可能是溶洞的區(qū)域，方便后期進行針對性處理。如圖5所示，在溶洞概率大于80%空間分布模型中，場地南側溶洞風險最大，須建議施工單位、設計單位注意風險。

5 結語

圖2 各巖土層空間分布

圖3 整體模型、考慮地表高程的整體模型、整體概率模型

圖4 溶土洞的空間分布

圖5 溶洞概率模型分析

BIM 技術對于工程建設具有重大影響，對已有的巖土工程勘察項目建立三維地質(zhì)模型是現(xiàn)有BIM技術應用的重要補 充。EVS（Earth Volumetric Studio） 是一款適用于地球科學領域的可視化3D建模分析軟件，可實現(xiàn)真三維的地質(zhì)體數(shù)據(jù)建模、分析及可視化，可積極運用于市政工程及隧道工程等大型復雜項目的勘察工作中，能夠?qū)辈煦@孔布置、設計和施工方案進行優(yōu)化，減少不良地質(zhì)作用等引起的工程地質(zhì)風險，為工程項目順利建設提供保障。