招财进宝合体字:

买春军团招财进宝 www.pbejj.club 基于BIM与GIS技术在某高速公路地质勘察中的应用

2019-08-13 10:45  来源:岩土网  阅读:1922
随着BIM技术的发展与应用,在公路地质勘察中,传统的地质勘察存在信息传递不畅,资料共享利用不足,地质信息表达不明确,成果展示不立体等问题。本项目引入BIM+GIS技术后,地质基础资料管理更方便,资料的查阅、传递、利用更有效,建立的三维地质模型具有丰富地质信息体,让地质表达更直观,并优化了隧道支护设计和快速校核了桥梁桩基的桩长等。

基于BIM与GIS技术在某高速公路地质勘察中的应用

赵飞

(四川省交通勘察设计研究院有限公司,成都 610017)

摘要:随着BIM技术的发展与应用,在公路地质勘察中,传统的地质勘察存在信息传递不畅,资料共享利用不足,地质信息表达不明确,成果展示不立体等问题。本项目引入BIM+GIS技术后,地质基础资料管理更方便,资料的查阅、传递、利用更有效,建立的三维地质模型具有丰富地质信息体,让地质表达更直观,并优化了隧道支护设计和快速校核了桥梁桩基的桩长等。

关键词:BIM+GIS技术;高速公路;地质勘察;三维地质模型

中图分类号:U412.22         文献标示码:A          文章编号


0 引言

BIM(建筑信息模型)提出始于上世纪七十年代[1],它是以工程项目的各项相关信息数据作为基础,通过数字信息仿真模拟构筑物所具有的真实信息[2]。

GIS(地理信息系统)是用于管理地理空间分布数据的系统,以直观的地理图形方式获取、存储、管理、计算、分析和显示与地球表面位置相关的各种数据。BIM应用对象往往是单个建筑物,利用GIS宏观尺度上的功能,可将BIM应用范围扩展到道路、铁路、隧道、水电、港口等工程领域[3]。

近年来,BIM技术作为交通领域一项重要的技术手段已在相关工程中逐步展开,根据2017年《BIM的国际前沿及国内外发展现状》、2016年《中国BIM行业发展报告》等调查报告数据显示,从2014年到2016年,BIM技术“高使用率单位”在设计领域由19%提升至36%、在施工领域由25%提升至52%。但在大多数设计院仅利用BIM技术进行展示汇报,翻模,建设管理等。根据调研部分单位使用BIM技术情况,近两年来,BIM技术在交通行业的应用仍未突破瓶,传统的展示、汇报及翻模等,已经进入“审美疲劳阶段”,投入产出比(ROI)不高;在建设管理上,开发的平台问题较多,如工程算量不是基于实际建模体积而得,而是人为手动输入每个构建的工程量;但部分单位开始尝试正向三维设计,三维分析,优化建设管理平台等,深入挖掘BIM技术的价值。

在公路的地质勘察中,相比传统的二维勘察存在信息传递不畅,地质意图表达不明确,资源调配不均匀,成果展示不直观等问题。BIM技术让地质条件真实的数字化展现,地质模型不仅仅是一个三维图形,更重要的是具有地质信息,让地质体具有了生命[4]。GIS技术让其具有了地理属性[5],具有全生命周期的一致性和共享性,可以实现地质基础数据在不同专业、不同阶段之间共享。

1 工程概况

某高速公路全长约17km,其中两座特长隧道长约15.5km,两座桥梁长约1.5km,基本无路基,桥隧比极高。该项目位于川西高原山地与东部盆地西缘山地接触带的大雪山中段,属于典型的高山峡谷地貌,山岭高峻,大渡河深切,地表破碎,谷坡陡峭,山谷相对高差1000m~3000m;地表以第四系块石为主,沟谷分布卵石、砂等,下伏基岩以岩浆岩花岗岩、闪长岩及变质岩片岩、千枚岩、板岩为主;地质构造复杂,位于松潘—甘孜地槽褶皱系和扬子准地台两个一级大地构造单元附近,构造上属于鲜水河NW向构造带,以东属于龙门山NE向构造带,以南为川滇SN向构造带,三大构造带共同组成了中国西南著名的“Y”字形构造格局,又称“三岔裂谷系”。

2 基于BIM+GIS的应用

2.1 勘察资料的管理

本项目采用了工程地质测绘、钻探和坑探、物探(V8、EH4、高密度电法、声波测井)、原位测试、室内试验等综合勘察手段,其中钻探约5000m,物探35km,勘察成果丰富。

图1

图1 勘察资料管理

Fig.1 the Management of Surveying Material

通过三维地质数据管理平台(如图1),实现地质数据的综合管理,便于地质数据的查找与利用,特别是数据的统一储存管理,便于在以后不同项目、不同阶段的再利用。

2.2 三维地质模型

2.2.1建立三维地面模型

本项目为高山峡谷地貌,河谷与山顶高差约2000m,交通不便,无人机飞行条件较差,项目仅对河谷附近的重要构筑物(隧道进出口、桥梁等)进行无人机激光雷达测量;高程较高位置为隧道洞身段,用精度较低的2000地形图和卫星影像代替。

从图2可知,对于重要构筑物位置利用点云生成DEM,数字地表影像经处理生成DOM,二者叠加生成带数字正射影像的三维地面模型;对于高程较高,隧道洞身段位置利用2000地形图生成三维曲面,再把公共卫星影像与之叠加生成三维地面模型。

图2

图2 建立三维地质模型

Fig.2 the Establishment of 3D Geological Model

2.2.2建立三维地质模型

目前,部分地质软件可根据钻孔数据快速生成三维地质模型,不需人为干预,其现实的基本原理是根据钻孔地层分层数据,采用相邻钻孔数据通过插值算法连接实现[6]。该方法仅能适用于地形条件好,岩土体成层性好,地层简单的工程,如东部沿海、平原、盆地等地带。对于西部高山峡谷地带,地层多样,层面走向变化大,构造复杂,在建立三维地质模型时,应人为的控制地层分界的走向和趋势。

本项目建立三维地质模型主要通过不同的剖面绘制地质分界线,通过剖面控制地层的走向(如图3),剖面之间通过克里金(kriging)插值方法连接,生成每层地层的地层面。最后通过地层面切割三维实体生成三维地质模型(图4)。

图3

图3 剖面控制地层走向

Fig.3 Profile Chart Controls the Trend of Stratum

图4

图4 全线三维地质模型

Fig.4 the Whole Highway of 3D Geological Model

2.3 地质模型应用

2.3.1直观反映地质信息

图5

图5 局部地质模型

Fig.5 Part of 3D Geological Model

如图5,该地质模型发育两条断裂,断裂带之间发育变质岩,地表为覆盖层,可以通过不同角度、不同断面等全方位的反映场地的工程地质条件。

三维地质模型能让地质信息不再是一句话,一张二维图,让地质信息的表达更直观、更立体,且每个地质体均有地质属性。

2.3.2隧道支护优化设计

某隧道进口段发育几组裂隙,传统的勘察评价,采用赤平投影(如图6)和裂隙展布图(如图7)等进行稳定性分析、展示裂隙与隧道的关系。

图6

图6 赤平投影图

Fig.6 Chart of Stereographic Projection

图7

图7 右洞裂隙展布图

Fig.7 the Crevice Distribution Map of Right Tunnel

以上评价仅能整体反映裂隙对隧道稳定性的影响,导致支护设计人员对裂隙的空间展布、稳定性控制性因素理解不够,隧道衬砌支护设计常按最不利断面设计,对全段落无差别的加强支护,虽然设计方案能保证支护安全,但也会大大增加工程费用。

如图8,该隧道利用BIM技术建立裂隙与隧道的三维模型,能直观反映裂隙与隧道的立体关系,特别是裂隙的具体走向和延伸情况,辅助评价,指导衬砌支护方案的优化。

图8

图8 裂隙与隧道的关系

Fig.8 the Relationship between Crevice and Tunnel

在裂隙影响段落,全段落采用Ⅴ级围岩整体支护方案支护,裂隙对稳定性影响较大的位置采用增加锚杆长度,使锚杆穿过裂隙面进入稳定岩层一定深度,同时加密锚杆间距,增加衬砌厚度等手段。

可以看出,传统二维设计,不能直观反映裂隙与隧道的关系,掌握裂隙与隧道的空间关系,设计人员只能对全段落采用加强支护方案,以此保证支护安全。将BIM技术引入隧道的支护设计,让设计更精细化,更有针对性,减少工程投资费用。

2.3.3桥梁桩长校核

传统桥梁桩基的桩长校核,需要将桥梁断面叠合到地质断面上(如图9),再判断桩基础的选择是否合理,是否需要进一步调整桩长。

图9

图9 桥梁与地质断面叠合

Fig.9 the Overlap of the Profile in Bridge and Geology

传统桩长校核较为麻烦,且常提供的地质断面以路线中线的二维地质纵断面为主,辅以少量地质横断面,但图件无GIS信息,需手动调整融合地质断面和桥梁断面,这个过程需要大量的时间。当工期紧,设计任务重的时候,常只用路线中线地质纵断面进行校核,但本项目为高山峡谷地貌,地形条件复杂,斜坡坡度大,路线左右幅地质条件差异性巨大,中线地质断面完全代表不了项目区的地质条件,真的是“差之毫厘,谬以千里”,桩长校核精度不够,导致桥梁桩基设计不合理,后期施工设计变更工作量大,甚至影响桥梁设计方案。

本项目的桥梁和地质模型均具有GIS信息,只需把桥梁和地质模型放到实际地理坐标,就实现二者之间的数据共享。如图10,某桥梁和地质模型融合后,发现部分桥梁的桩基置于强风化岩层中,未穿过该层,桩长的长度不够,应进一步优化其桩长的长度。

图10

图10 桩长校核

Fig.10 the Check of Pile Length

根据本项目的实践效果来看,很好的解决了传统校核费时费事的问题,实现了“一秒融合模型,一分钟完成校核”,大大提高了桥梁桩长校核的效率[7],即使调整了各专业的模型,也能快速完成模型融合,快速完成校核工作。

3 结论与展望

3.1结论

本文分析了BIM技术在交通行业的发展现状与进展,虽然近两年来,BIM技术在交通行业的应用仍未突破瓶,但部分单位开始深入挖掘BIM技术的价值。

在公路地质勘察中,本文探索了BIM技术的应用价值,首先是有效的管理地质勘察资料,解决了传统资料管理混乱,利用不足等问题;其次BIM三维地质模型能更好的表达地质信息与隧道的关系,利用其优化隧道支护设计,让设计更精细化,更有针对性;最后利用模型快速校核桥梁桩长,解决了传统校核繁琐、效率低的问题,大大提高设计效率。

3.2展望

三维地质模型不仅仅是一个模型,能把地质信息数字化,还具有GIS信息。如图11,地质体信息丰富,今后可提取信息进行分析计算、评价等[8],如隧道围岩级别自动评价,桥梁桩长自动计算,自动算量[9]等。

图11

图11 地质信息

Fig.11 Geological Information

可以看出,基于BIM+GIS技术在交通行业的地质勘察应用已取得了一定的成绩,随着BIM技术的大力推广应用[10],相信在不久的将来,其在交通行业中的应用会越来越广泛,越来越更有价值。



参考文献(References):

[1] Fazio P. IFC-based framework for evaluating total performance of building envelopes[J]. Journal of Architectural Engineering, 2007,13 (1):44~53.

[2] 秦海洋.BIM在隧道设计中的应用现状与展望[J].公路,2016(11):174~175.

Qin Hanyang. Current situation and expectation in the application of tunnel design by BIM[J]. Highway,2016 (11):174~175.

[3] 王宝军.基于GIS与虚拟现实的三维地质建模方法[J].岩石力学与工程学报,2008(27):3563.

Wang Baojun. 3D geological modeling method based on GIS and virtual reality modeling[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering[J], 2008 (27):3563.

[4] 王志杰.BIM技术在铁路隧道设计中的应用[J].施工技术,2015(18):59~60.

Wang Zhijie.BIM Technology and its application in the railway tunnel design[J]. construction technology , 2015(18):59~60.

[5] 王丽园.基于BIM的公路勘察设计与实践[J].中外公路,2016(3):343.

Wang Liyuan. The application in highway surveying and design based on BIM[J]. Journal of China & Foreign Highway,2016(3):343.

[6]于凤树.基于BIM技术地质体三维模型构建关键技术的研究[J].工程勘察,2018(8):39.

Yu Fengshu.Establish a 3D geological model based on BIM technology[J]. Geotechnical Investigation & Surveying,2018(8):39.

[7] 饶嘉谊.基于BIM的三维地质模型与桩长校核应用[J].土木建筑工程信息技术,2017(3):38.

Rao Jiayi. BIM Based Application of 3D Geological Model and Pile Length Checking[J]. Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture,2017(3):38.

[8] 周福军.铁路工程地质BIM建模技术与应用初探[J].铁道建筑技术,2014(5):65.

Zhou Fujun. Preliminary Study on Technology and Application of BIM Engineering Geological Modeling in Railway[J]. Railway Construction Technology,2014(5):65.

[9] 王浩.基于地质BIM的叶巴滩水电站深卸荷分析[J].水电站设计,2017(33):20.

Wang Hao.Analysis of deep unloading on Ye Batan hydroelectric Power Station based on BIM[J]. Design of Hydroelectric Power Station, 2017 (33):20.

[10] 蒋雅君.BIM技术在隧道衬砌病害信息可视化中的应用[J]. 地下空间与工程学报, 2018 (8):1115.

Jiang Yajun. Application of BIM Technology on the Visualization of Tunnel Lining Defects Information[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2018 (8):1115.



(0)
(1)
附件: 文章word

我有话说

全部评论(3)

  • lqlyllq发表于 08月15日 10:06这家伙很懒,没有个性签名!
  • 三维地质模型为概念化模型,大量的地质信息反映于模型中尚存困难,尤其是地质构造、岩体结构等;隧道衬砌支护是围岩强度、结构特征、地下水发育特征等综合因素控制下的围岩稳定性问题而非单一的裂隙空间展布问题;GIS是一种基于计算机对空间信息进行分析和处理的工具,其无法作为勘察方法服务于勘察工作,但其强大的数据处理和分析功能可作为勘察资料后处理分析工具服务于勘察成果的进一步分析和展示,如何将BIM和GIS技术有机结合服务于勘察仍需进一步探索。
zfclassic发表于08月15日 17:56

谢谢宝贵意见,我们现在也是在摸到石头过河,相信不久的未来BIM技术肯定是可以服务于勘察设计的。

点评:
  • lqlyllq发表于 08月15日 10:05这家伙很懒,没有个性签名!
  • 文章题目“基于…在…中的应用”欠妥;文章主题为BIM和GIS在公路地质勘察中的应用,核心宜为BIM和GIS作为勘察手段应用于勘察工作为妥,而文章核心内容是BIM和GIS用于隧道设计优化和桥梁桩长校核,实际服务于设计工作。
点评:
  • zfclassic发表于 08月13日 11:48冰之尽,热之源!男人应该一辈子拥着老婆睡觉!
  • 欢迎同行相互讨论学习
点评:

赵飞

赵飞+加关注被关注:1594访问量:11877
TA的评论分类经验心得(1)行业观察(0)热点解读(0)岩土杂谈(1)
TA发表的最新评论
基于BIM与GIS技术在某高速公路地质勘察中的应用
随着BIM技术的发展与应用,在公路地质勘察中,传统的地质勘察存在信息传递
阅读(1921)2019-08-13
赵飞个人成果
王少强,赵飞.监测技术在高速公路高边坡治理中的应用[J].公路工程.20
阅读(1708)2012-11-22
最新关注TA的人1594人关注
扫一扫,关注微信