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买春军团招财进宝 www.pbejj.club 基于BIM與GIS技術在某高速公路地質勘察中的應用

2019-08-13 10:45  來源:巖土網  閱讀:743
隨著BIM技術的發展與應用,在公路地質勘察中,傳統的地質勘察存在信息傳遞不暢,資料共享利用不足,地質信息表達不明確,成果展示不立體等問題。本項目引入BIM+GIS技術后,地質基礎資料管理更方便,資料的查閱、傳遞、利用更有效,建立的三維地質模型具有豐富地質信息體,讓地質表達更直觀,并優化了隧道支護設計和快速校核了橋梁樁基的樁長等。

基于BIM與GIS技術在某高速公路地質勘察中的應用

趙飛

(四川省交通勘察設計研究院有限公司,成都 610017)

摘要:隨著BIM技術的發展與應用,在公路地質勘察中,傳統的地質勘察存在信息傳遞不暢,資料共享利用不足,地質信息表達不明確,成果展示不立體等問題。本項目引入BIM+GIS技術后,地質基礎資料管理更方便,資料的查閱、傳遞、利用更有效,建立的三維地質模型具有豐富地質信息體,讓地質表達更直觀,并優化了隧道支護設計和快速校核了橋梁樁基的樁長等。

關鍵詞:BIM+GIS技術;高速公路;地質勘察;三維地質模型

中圖分類號:U412.22         文獻標示碼:A          文章編號


0 引言

BIM(建筑信息模型)提出始于上世紀七十年代[1],它是以工程項目的各項相關信息數據作為基礎,通過數字信息仿真模擬構筑物所具有的真實信息[2]。

GIS(地理信息系統)是用于管理地理空間分布數據的系統,以直觀的地理圖形方式獲取、存儲、管理、計算、分析和顯示與地球表面位置相關的各種數據。BIM應用對象往往是單個建筑物,利用GIS宏觀尺度上的功能,可將BIM應用范圍擴展到道路、鐵路、隧道、水電、港口等工程領域[3]。

近年來,BIM技術作為交通領域一項重要的技術手段已在相關工程中逐步展開,根據2017年《BIM的國際前沿及國內外發展現狀》、2016年《中國BIM行業發展報告》等調查報告數據顯示,從2014年到2016年,BIM技術“高使用率單位”在設計領域由19%提升至36%、在施工領域由25%提升至52%。但在大多數設計院僅利用BIM技術進行展示匯報,翻模,建設管理等。根據調研部分單位使用BIM技術情況,近兩年來,BIM技術在交通行業的應用仍未突破瓶,傳統的展示、匯報及翻模等,已經進入“審美疲勞階段”,投入產出比(ROI)不高;在建設管理上,開發的平臺問題較多,如工程算量不是基于實際建模體積而得,而是人為手動輸入每個構建的工程量;但部分單位開始嘗試正向三維設計,三維分析,優化建設管理平臺等,深入挖掘BIM技術的價值。

在公路的地質勘察中,相比傳統的二維勘察存在信息傳遞不暢,地質意圖表達不明確,資源調配不均勻,成果展示不直觀等問題。BIM技術讓地質條件真實的數字化展現,地質模型不僅僅是一個三維圖形,更重要的是具有地質信息,讓地質體具有了生命[4]。GIS技術讓其具有了地理屬性[5],具有全生命周期的一致性和共享性,可以實現地質基礎數據在不同專業、不同階段之間共享。

1 工程概況

某高速公路全長約17km,其中兩座特長隧道長約15.5km,兩座橋梁長約1.5km,基本無路基,橋隧比極高。該項目位于川西高原山地與東部盆地西緣山地接觸帶的大雪山中段,屬于典型的高山峽谷地貌,山嶺高峻,大渡河深切,地表破碎,谷坡陡峭,山谷相對高差1000m~3000m;地表以第四系塊石為主,溝谷分布卵石、砂等,下伏基巖以巖漿巖花崗巖、閃長巖及變質巖片巖、千枚巖、板巖為主;地質構造復雜,位于松潘—甘孜地槽褶皺系和揚子準地臺兩個一級大地構造單元附近,構造上屬于鮮水河NW向構造帶,以東屬于龍門山NE向構造帶,以南為川滇SN向構造帶,三大構造帶共同組成了中國西南著名的“Y”字形構造格局,又稱“三岔裂谷系”。

2 基于BIM+GIS的應用

2.1 勘察資料的管理

本項目采用了工程地質測繪、鉆探和坑探、物探(V8、EH4、高密度電法、聲波測井)、原位測試、室內試驗等綜合勘察手段,其中鉆探約5000m,物探35km,勘察成果豐富。

圖1

圖1 勘察資料管理

Fig.1 the Management of Surveying Material

通過三維地質數據管理平臺(如圖1),實現地質數據的綜合管理,便于地質數據的查找與利用,特別是數據的統一儲存管理,便于在以后不同項目、不同階段的再利用。

2.2 三維地質模型

2.2.1建立三維地面模型

本項目為高山峽谷地貌,河谷與山頂高差約2000m,交通不便,無人機飛行條件較差,項目僅對河谷附近的重要構筑物(隧道進出口、橋梁等)進行無人機激光雷達測量;高程較高位置為隧道洞身段,用精度較低的2000地形圖和衛星影像代替。

從圖2可知,對于重要構筑物位置利用點云生成DEM,數字地表影像經處理生成DOM,二者疊加生成帶數字正射影像的三維地面模型;對于高程較高,隧道洞身段位置利用2000地形圖生成三維曲面,再把公共衛星影像與之疊加生成三維地面模型。

圖2

圖2 建立三維地質模型

Fig.2 the Establishment of 3D Geological Model

2.2.2建立三維地質模型

目前,部分地質軟件可根據鉆孔數據快速生成三維地質模型,不需人為干預,其現實的基本原理是根據鉆孔地層分層數據,采用相鄰鉆孔數據通過插值算法連接實現[6]。該方法僅能適用于地形條件好,巖土體成層性好,地層簡單的工程,如東部沿海、平原、盆地等地帶。對于西部高山峽谷地帶,地層多樣,層面走向變化大,構造復雜,在建立三維地質模型時,應人為的控制地層分界的走向和趨勢。

本項目建立三維地質模型主要通過不同的剖面繪制地質分界線,通過剖面控制地層的走向(如圖3),剖面之間通過克里金(kriging)插值方法連接,生成每層地層的地層面。最后通過地層面切割三維實體生成三維地質模型(圖4)。

圖3

圖3 剖面控制地層走向

Fig.3 Profile Chart Controls the Trend of Stratum

圖4

圖4 全線三維地質模型

Fig.4 the Whole Highway of 3D Geological Model

2.3 地質模型應用

2.3.1直觀反映地質信息

圖5

圖5 局部地質模型

Fig.5 Part of 3D Geological Model

如圖5,該地質模型發育兩條斷裂,斷裂帶之間發育變質巖,地表為覆蓋層,可以通過不同角度、不同斷面等全方位的反映場地的工程地質條件。

三維地質模型能讓地質信息不再是一句話,一張二維圖,讓地質信息的表達更直觀、更立體,且每個地質體均有地質屬性。

2.3.2隧道支護優化設計

某隧道進口段發育幾組裂隙,傳統的勘察評價,采用赤平投影(如圖6)和裂隙展布圖(如圖7)等進行穩定性分析、展示裂隙與隧道的關系。

圖6

圖6 赤平投影圖

Fig.6 Chart of Stereographic Projection

圖7

圖7 右洞裂隙展布圖

Fig.7 the Crevice Distribution Map of Right Tunnel

以上評價僅能整體反映裂隙對隧道穩定性的影響,導致支護設計人員對裂隙的空間展布、穩定性控制性因素理解不夠,隧道襯砌支護設計常按最不利斷面設計,對全段落無差別的加強支護,雖然設計方案能保證支護安全,但也會大大增加工程費用。

如圖8,該隧道利用BIM技術建立裂隙與隧道的三維模型,能直觀反映裂隙與隧道的立體關系,特別是裂隙的具體走向和延伸情況,輔助評價,指導襯砌支護方案的優化。

圖8

圖8 裂隙與隧道的關系

Fig.8 the Relationship between Crevice and Tunnel

在裂隙影響段落,全段落采用Ⅴ級圍巖整體支護方案支護,裂隙對穩定性影響較大的位置采用增加錨桿長度,使錨桿穿過裂隙面進入穩定巖層一定深度,同時加密錨桿間距,增加襯砌厚度等手段。

可以看出,傳統二維設計,不能直觀反映裂隙與隧道的關系,掌握裂隙與隧道的空間關系,設計人員只能對全段落采用加強支護方案,以此保證支護安全。將BIM技術引入隧道的支護設計,讓設計更精細化,更有針對性,減少工程投資費用。

2.3.3橋梁樁長校核

傳統橋梁樁基的樁長校核,需要將橋梁斷面疊合到地質斷面上(如圖9),再判斷樁基礎的選擇是否合理,是否需要進一步調整樁長。

圖9

圖9 橋梁與地質斷面疊合

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

傳統樁長校核較為麻煩,且常提供的地質斷面以路線中線的二維地質縱斷面為主,輔以少量地質橫斷面,但圖件無GIS信息,需手動調整融合地質斷面和橋梁斷面,這個過程需要大量的時間。當工期緊,設計任務重的時候,常只用路線中線地質縱斷面進行校核,但本項目為高山峽谷地貌,地形條件復雜,斜坡坡度大,路線左右幅地質條件差異性巨大,中線地質斷面完全代表不了項目區的地質條件,真的是“差之毫厘,謬以千里”,樁長校核精度不夠,導致橋梁樁基設計不合理,后期施工設計變更工作量大,甚至影響橋梁設計方案。

本項目的橋梁和地質模型均具有GIS信息,只需把橋梁和地質模型放到實際地理坐標,就實現二者之間的數據共享。如圖10,某橋梁和地質模型融合后,發現部分橋梁的樁基置于強風化巖層中,未穿過該層,樁長的長度不夠,應進一步優化其樁長的長度。

圖10

圖10 樁長校核

Fig.10 the Check of Pile Length

根據本項目的實踐效果來看,很好的解決了傳統校核費時費事的問題,實現了“一秒融合模型,一分鐘完成校核”,大大提高了橋梁樁長校核的效率[7],即使調整了各專業的模型,也能快速完成模型融合,快速完成校核工作。

3 結論與展望

3.1結論

本文分析了BIM技術在交通行業的發展現狀與進展,雖然近兩年來,BIM技術在交通行業的應用仍未突破瓶,但部分單位開始深入挖掘BIM技術的價值。

在公路地質勘察中,本文探索了BIM技術的應用價值,首先是有效的管理地質勘察資料,解決了傳統資料管理混亂,利用不足等問題;其次BIM三維地質模型能更好的表達地質信息與隧道的關系,利用其優化隧道支護設計,讓設計更精細化,更有針對性;最后利用模型快速校核橋梁樁長,解決了傳統校核繁瑣、效率低的問題,大大提高設計效率。

3.2展望

三維地質模型不僅僅是一個模型,能把地質信息數字化,還具有GIS信息。如圖11,地質體信息豐富,今后可提取信息進行分析計算、評價等[8],如隧道圍巖級別自動評價,橋梁樁長自動計算,自動算量[9]等。

圖11

圖11 地質信息

Fig.11 Geological Information

可以看出,基于BIM+GIS技術在交通行業的地質勘察應用已取得了一定的成績,隨著BIM技術的大力推廣應用[10],相信在不久的將來,其在交通行業中的應用會越來越廣泛,越來越更有價值。



參考文獻(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在隧道設計中的應用現狀與展望[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] 王寶軍.基于GIS與虛擬現實的三維地質建模方法[J].巖石力學與工程學報,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技術在鐵路隧道設計中的應用[J].施工技術,2015(18):59~60.

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

[5] 王麗園.基于BIM的公路勘察設計與實踐[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]于鳳樹.基于BIM技術地質體三維模型構建關鍵技術的研究[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] 饒嘉誼.基于BIM的三維地質模型與樁長校核應用[J].土木建筑工程信息技術,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] 周福軍.鐵路工程地質BIM建模技術與應用初探[J].鐵道建筑技術,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.基于地質BIM的葉巴灘水電站深卸荷分析[J].水電站設計,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] 蔣雅君.BIM技術在隧道襯砌病害信息可視化中的應用[J]. 地下空間與工程學報, 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.



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我有話說

全部評論(3)

  • lqlyllq發表于 08月15日 10:06這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 三維地質模型為概念化模型,大量的地質信息反映于模型中尚存困難,尤其是地質構造、巖體結構等;隧道襯砌支護是圍巖強度、結構特征、地下水發育特征等綜合因素控制下的圍巖穩定性問題而非單一的裂隙空間展布問題;GIS是一種基于計算機對空間信息進行分析和處理的工具,其無法作為勘察方法服務于勘察工作,但其強大的數據處理和分析功能可作為勘察資料后處理分析工具服務于勘察成果的進一步分析和展示,如何將BIM和GIS技術有機結合服務于勘察仍需進一步探索。
zfclassic發表于08月15日 17:56

謝謝寶貴意見,我們現在也是在摸到石頭過河,相信不久的未來BIM技術肯定是可以服務于勘察設計的。

點評:
  • lqlyllq發表于 08月15日 10:05這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 文章題目“基于…在…中的應用”欠妥;文章主題為BIM和GIS在公路地質勘察中的應用,核心宜為BIM和GIS作為勘察手段應用于勘察工作為妥,而文章核心內容是BIM和GIS用于隧道設計優化和橋梁樁長校核,實際服務于設計工作。
點評:
  • zfclassic發表于 08月13日 11:48冰之盡,熱之源!男人應該一輩子擁著老婆睡覺!
  • 歡迎同行相互討論學習
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