BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用

BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用

王佩仪 

深圳市勘察研究院有限公司

摘要：岩土工程是土木工程领域的一个重要分支，涉及土壤和岩石的力学特性、工程地质和地下水等方面。岩土工程的勘察成果对于工程设计和施工至关重要。传统的勘察成果以纸质文档或二维图纸的形式存在，存在着信息交流不畅、难以理解和效果呈现不直观等问题。BIM技术是一种基于数字化建模的工程方法，已经在岩土工程勘察中得到广泛应用。本文旨在探讨BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用，以提高勘察成果的可视化效果和信息交流效率，为工程设计和施工提供支持。

关键词：BIM；岩土工程；勘察成果；三维可视化；应用

引言：近年来，建筑信息模型（BIM）技术的兴起为岩土工程勘察成果的三维可视化提供了新的途径。BIM技术是通过将建筑或工程项目的各个组成部分以及相关信息进行集成和协调，实现对项目全生命周期的综合管理。BIM技术具有数据共享、多方协同、可视化展示等特点，可以有效地解决传统勘察成果存在的问题。

一、岩土工程传统的勘察成果的问题

1.信息交流不畅

纸质文档和二维图纸的局限性导致了在岩土工程勘察成果交流过程中的信息传递困难。纸质文档往往仅能提供静态的文字描述和平面图示，无法准确地表达复杂的地质信息和勘察结果。地质信息的复杂性使得在纸质文档中难以充分展示地层的连续性、厚度和变化趋势等关键特征。此外，二维图纸也存在缺乏实时更新的问题，使得勘察成果无法及时反映最新的数据变化。这种信息交流不畅会导致团队成员之间理解的偏差和误解，对工程设计和施工带来不必要的风险和延误。

2.难以理解

纸质文档和二维图纸对于非专业人士来说，尤其是没有岩土工程背景的人员，难以理解和解读。这些文档往往包含大量的专业术语、复杂的图解和技术细节，使得非专业人士难以正确地理解勘察成果的含义和重要性。此外，二维图纸无法提供空间感知，使得非专业人士无法准确把握地质构造和土壤分布的特点。这种难以理解的情况会阻碍非专业人士对勘察成果的有效参与和决策，增加了工程团队之间的沟通和协作的困难。

3.效果呈现不直观

纸质文档和二维图纸在呈现地质构造、土壤分布等信息方面效果不直观。由于二维图纸无法提供真实的三维空间感知，人们很难从中准确地感知和理解地质和土壤的立体形态。此外，纸质文档和二维图纸往往只能提供有限的视角和局部信息，无法全面地展示勘察成果的综合特征。这种效果呈现的不直观性使得人们无法准确评估地质和土壤的分布范围、连续性以及与工程设计的相互关系。因此，纸质文档和二维图纸的限制导致勘察成果的呈现效果不够直观，给工程设计和施工带来不必要的挑战和风险。

二、BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的意义

1.提高信息传递效率

传统的纸质文档和二维图纸难以准确地表达复杂的地质信息和勘察结果。而BIM技术能够将岩土工程勘察成果以三维模型的形式进行可视化展示，从而提高信息传递效率。参与者可以通过旋转、缩放等操作自由地查看和分析模型，直观地了解地质特征和工程信息，减少信息交流的误解和偏差。

2.增强非专业人士的理解

纸质文档和二维图纸对于非专业人士来说难以理解和解读，限制了他们对勘察成果的正确理解。而BIM技术的三维可视化展示可以提供更直观、可视化的信息呈现方式。通过BIM模型，非专业人士可以更好地理解地质构造、土壤分布等关键信息，促进对勘察成果的正确理解和准确参与。

3.增强空间感知能力

纸质文档和二维图纸无法直观地展示地质构造、土壤分布等信息，缺乏空间感知。而BIM技术的三维可视化展示可以在虚拟环境中呈现地质构造、土体层位和变化趋势等信息，使参与者能够更好地理解岩土体的空间关系。这有助于提高对地质和土壤特征的准确把握，为工程设计和施工过程中的决策提供更全面的空间信息。

三、BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用方法

1.建模

在岩土工程勘察成果的三维可视化中，建模是关键步骤之一。通过专业的建模软件，可以将勘察成果以三维模型的形式进行建模。在建模过程中，需要考虑地质构造、土壤分布、地下水位等因素，以尽可能真实地呈现勘察成果的特征。通过建模，可以将复杂的地质和土壤信息转化为直观的可视化模型，便于工程团队和相关利益相关者的理解和交流。

图一BIM建模

2.数据集成

岩土工程勘察成果涉及各种数据来源，如地质调查报告、土壤力学参数、地下水位数据等。利用BIM技术，可以将这些数据进行集成和整合。通过数据集成，可以实现不同数据源之间的关联，并将其与建模结果相连接。这样一来，相关数据可以共享和一体化管理，使得勘察成果的数据来源更加清晰，减少信息碎片化和重复性工作。

3.可视化展示

BIM软件提供了强大的可视化功能，可以将岩土工程勘察成果以三维模型的形式进行展示。参与者可以通过旋转、缩放、漫游等操作，自由地查看和分析模型。这种可视化展示使得勘察成果更加直观，能够准确呈现地质构造、土壤分布、地下水位等信息（如图二所示）。同时，可视化展示也有助于发现问题和提出改进意见，促进团队成员之间的交流和协作。

图二BIM可视化展示

4.分析和优化

利用BIM软件提供的分析工具，可以对岩土工程勘察成果进行深入分析和优化。例如，可以通过模拟不同工况下的土体变形和稳定性，评估工程的安全性和可行性。这些分析结果可以帮助工程团队更好地理解勘察成果的工程特性，并根据需要进行相应的调整和优化。通过BIM技术的支持，分析和优化过程更加直观、准确，有助于提高岩土工程设计的质量和效率。

5.协同设计

BIM技术提供了协同设计的平台，使得不同专业领域的工程师可以共享数据和信息，并进行协同设计。在岩土工程勘察成果的三维可视化中，协同设计可以实现不同领域专家之间的数据交流和协同工作。通过BIM模型，各专业可以同时对勘察成果进行查看、分析和修改，减少了信息传递的误差和延误。协同设计有助于提高设计效率和准确性，促进团队成员之间的密切合作和有效沟通。

四、BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用案例

1.地质调查模型

在岩土工程勘察成果的三维可视化中，地质调查模型起着关键的作用。通过将地质调查中获取的地层信息和地质构造数据转化为三维模型，可以更加直观地展示地质情况。地质调查模型可以准确地呈现地层的连续性、厚度、倾角等关键特征，从而为工程设计提供重要的参考依据。通过对模型进行旋转和分析，工程团队可以更好地理解地质情况，如断层、岩体性质、岩土层分布等，从而为工程设计和施工过程中可能遇到的地质问题提前做出相应的应对措施。

2.土体力学参数模型

土壤力学参数在岩土工程中起着重要的作用。将土壤力学参数（如抗剪强度、压缩模量等）转化为三维模型，并将其与地质调查模型进行关联，可以有效地评估土体的力学性质。通过对模型进行分析，工程团队可以定量地评估土体的稳定性和变形特性。例如，可以模拟不同加载条件下土体的变形情况，预测土体的变形程度和可能出现的沉降或滑移等问题。这样的模拟分析有助于为工程设计和施工过程中选择适当的土体处理方法和土工材料，提高工程的安全性和可靠性。

3.地下水位模型

地下水位是岩土工程中一个重要的影响因素。将地下水位数据转化为三维模型，并与地质调查模型进行关联，可以更好地了解地下水位的分布和变化趋势。通过对模型进行分析，工程团队可以确定地下水位对工程的影响范围、稳定性以及可能引发的水文地质问题。例如，可以模拟不同季节或工况下的地下水位变化，预测可能出现的地下水涌出或渗流问题。这样的模拟分析有助于制定合适的防水措施、设计地下水排水系统，并提供必要的参考信息以确保工程的稳定性和可持续性。

4.工程变形模拟

岩土工程中的土体变形是一个重要的考虑因素。基于岩土工程勘察成果的三维模型，利用BIM软件提供的分析工具，可以进行工程变形的模拟。通过对模型进行不同工况下的加载和边界条件的设定，可以模拟土体在实际施工和使用过程中的变形情况。这样的模拟分析可以定量地评估土体的变形程度、可能出现的沉降或变形模式，并为工程设计和施工提供指导。例如，在地基处理和支护结构设计中，可以根据模拟分析的结果调整工程方案，确保工程的稳定性和安全性。

结束语：

本文探讨了BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用。通过BIM技术，可以将岩土工程勘察成果以三维模型的形式进行可视化展示，提高信息交流效率和理解准确性。然而，BIM在岩土工程领域的应用仍面临一些挑战，如数据整合和模型精度等方面的问题。未来，需要进一步研究和探索BIM技术在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用方法，并加强与其他技术的融合，以推动岩土工程领域的数字化转型和创新发展。

参考文献：

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