BIM技术在岩土工程中应用研究

BIM技术在岩土工程中应用研究

王一全

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摘　要:近年来，BIM技术突飞猛进，其对建筑业的深刻影响已经不言而喻。在建筑、水电、设备以及结构等专业领域内，BIM技术展现出了显著的效果。然而，在岩土工程专业中，BIM的应用尚处于萌芽阶段。目前市场上的BIM软件对于岩土工程的专业需求所提供的功能模块相对有限，且部分功能在BIM平台上实现时存在一定技术难度。但这并不意味着BIM不适用于岩土工程领域，通过软件的二次开发、版本升级等手段，这些难题有望被逐步克服。本文深入研究BIM在岩土工程中的实际应用，发现BIM技术不仅能在岩土工程的多个领域得到有效运用，而且相较于传统方法，BIM技术展现出了诸多独特的优势。

关键词:BIM;建筑信息模型;岩土工程;应用

1　BIM技术在岩土工程中的运用

1．1　在岩土工程勘察上的运用

1．1．1　建立三维地质模型

在推动实际工程项目顺利进行的过程中，三维地质模型具有极其重要的地位，其重要性不容忽视，对于项目的成功实施起着至关重要的作用。传统的勘察报告往往通过柱状图、剖面图以及钻孔平面信息来展示地质情况，然而，这种展示方式需要报告使用者自行根据这些信息进行地质情况的重构，由于重构过程的主观性，可能会导致报告结果存在人为误差，进而影响整体的质量。通过引入三维地质模型，我们可以将复杂的地层信息直观地融入模型中，不再局限于点和面的展示方式，而是能够完整地呈现整个场地的地质情况。

在当前的BIM平台上，有多种方法可以实现三维地质建模，每种方法都有其独特的优势。相较于之前使用体量法建立模型的方法，我将介绍两种相对简便且高效的建模方式，这些方式可以根据具体工程需求进行灵活选择。

(1)利用Civil3D最新的曲面建模的方法,将每个地层的层顶标高和坐标导入生成三维的曲面数据,再由曲面之间的相互关系生成实体,即为每层土(岩)层实体。所生成的实体可以进行布尔运算,可以对基坑开挖进行模拟。该方法支持钻孔信息的批量导入,使用方便,对于局部透镜和剪灭土(岩)层,须事先计算限制边界和标高后方可导入。

(2)利用Revit平台中构建楼板的功能模拟地层的方法构建三维地质模型,采用修改子图元功能增加钻孔点位,对每层土(岩)的分界面标高信息进行定义,该方法生成的三维地质模型为体模型,同样可以进行编辑、统计、分析、剖切等操作。但是Revit平台的剪切功能,剪切后须保留辅助图元,但如果剪切过多时,会导致辅助图元过多,容易混淆,并且在各个视图中需隐藏辅助图元,操作繁琐。

1．1．2　对三维地质模型的运用

(1)对模型可以任意剖切,生成地质剖面图。开挖模拟后的地质模型结合支护模型或者基础模型,可以清晰地了解基坑支护结构和基础底面处相应标高处的地质情况。方便设计人员对方案进行下一步的设计优化工作.

(2)土石方开挖(填方)量的统计,BIM的一个最大的优势是模型的每个图元中都附带有详细的属性信息,其中当然也包括了体积信息。我们可以根据原始的三维地质模型建筑地坪的需要进行剪切,而所剪切出去的部分则为需开挖的土方量,而对于原始地形低于建筑地坪的范围可以进行整平。如此只需查看开挖部分或者回填部分体单元体积信息,即可获得开挖或回填的土石方量,甚至不同土(岩)层的开挖量,这使得土石方工程的造价预算计算更为精准。

1．2　在岩土工程设计上的运用

1．2．1　碰撞检测

碰撞检测功能在BIM平台中是运用得最为广泛的功能之一,该模块可以验证我们设计方案的合理性,减少设计错误带来的成本浪费,同样在岩土专业中也用得上这个功能。如桩基础与持力层模型进行碰撞检测,可计算出桩群桩端进入持力层的深度,根据碰撞结果再调整桩长保证在满足设计要求的前提下,桩长按最经济的方案定,减少工程造价。

1．2．2　三维可视化与快速出图

利用BIM平台强大的建模功能,对基坑支护平台进行详细的三维建模。在基坑设计方案的展示和评审中,三维模型的运用可以更好地让专家和业主了解到方案最终建成后的效果和整体的设计意图。将模型导入游戏引擎中进行渲染后,可以达到在模型中以第一人称视觉进行漫游的效果,可以从任意视角观察模型,并且模型附带材质,视觉效果直观。

基坑前期出初步方案时,时间较为紧迫,留给技术人员计算出图的时间有限。设计方案经常修改,只要方案一变动,设计图中的平面图和剖面图就必须联动修改,设计人员通常须花很多时间在画图工作上。而在BIM平台上做设计和调整方案,可以提高技术人员的工作效率。复杂的基坑方案可以一次建模,多面出图;修改方案时直接修改三维模型,平面图和剖面图联动更新,避免以往剖面图修改了平面图上还没更新的情况,减少图纸的错误。

1．2．3　与其他专业联合设计

BIM平台的出现使得建筑的多专业之间的联通与配合不再局限于平面图纸上,各专业设计人员可以依据统一的设计原始资料在同一个BIM平台上进行设计。模型结合了地质、基坑支护、基础和主体结构多个模型。通过多专业模型的整合和碰撞,消除不同专业之间的设计冲突,可最大限度地优化设计方案。当出现方案变更时,各专业人员可及时调整方案,实现多方协调工作的效果。

2　BIM在岩土工程中运用的要点

(1)岩土工程中BIM软件的运用

BIM并不是一个软件的事,严格地说BIM不是一类软件的事,而且每一类软件的选择也不止是一个产品。要充分发挥BIM价值为项目创造效益,涉及常用的BIM软件数量就有十几个到几十个之多。这对技术人员的软件熟悉程度和操作能力有着较高的要求,合理选择BIM软件,通过不同的软件组合实现理想的工程目的成为关键。

(2)参数化构件的制作与积累

参数化构件是BIM模型的基础,在Revit中也叫族库。Revit族库就是把大量Revit图元赋予特性、参数等属性,并分类归档以数据库的形式保存。岩土工程不同于建筑和结构工程,有很多图元须另外制作,随着项目的开展和深入积累一套自己独有的族库对企业自身BIM的推广和发展有很重要的作用。在以后的工作中,这些族库数据可直接被调用,根据实际情况修改参数,便可以提高工作效率。可以说Revit族库是一种无形的知识生产力,族库的质量,是岩土工程企业核心竞争力的一种体现。

3　结　论

(1)BIM技术的推广须同时结合国家BIM相关技术标准制定,良好的市场需求,BIM软件持续发展,企业积极配合。现今国家相关标准已在计划中,某些地方政府部门已制定相关政策,有针对性地强制使用BIM技术,甲方对BIM带来的效益也越来越肯定,这都表明BIM技术的广泛使用将成为趋势,作为企业须做好应对准备。

(2)随着软件进步和技术人员的努力,证明了BIM技术完全可以运用在岩土工程的多个领域中,并且具有以往传统方法所没有的优势。

(3)岩土工程中对BIM的应用大多基于三维地质模型,包括土方量计算,基坑支护建模,多专业模型结合等。现有软件建立三维地质模型功能尚不是很完善,寻找更精确、方便的建模方法也是目前岩土工程领域推广BIM须考虑的问题。

(4)尽管BIM在岩土工程专业中有大作为,但仍需广大岩土工程技术人员不断探索新的用途,结合实际项目才能让BIM给企业带来真正的效益。

参考文献

[1]梁之凡,付杰. 水文地质勘查技术在岩土工程中的具体应用研究[J]. 现代测绘工程,2024,7(4).

[2]孙歆硕.数字化技术在岩土工程勘察中的应用分析[J].城市建设理论研究(电子版),2024(12):175-177.

[3]周 玮. 岩土工程勘查技术在地下隧道设计中的应用与实践[J]. 工程技术研究,2024,6(6).