BIM技术在三维地质结构建模中的应用

中国是一个多山的国家，地质结构复杂，在交通建设中，为保障贯通，通常会进行隧道、翻山等等工程的建设。而除了轨道线路的选择问题之外，我们还必须要面对地质信息的问题。那么BIM技术作为一个新技术，让我们看看BIM技术在地质中的研究应用吧。
目前BIM技术运用最多的就是建筑行业，利用大数据，3D可视化技术，碰撞检测等技术手段实现设计统一化，施工过程可视化，施工自动检查，运营阶段模拟等。从而提早发现设计不协调，优化设计方案，调整施工工序等，为项目的建设提供有力保障。而该类工程大多位于同一地质单元内，厂区均有多条纵横断面控制，地质模型较为简。若能够合理选用三维可视化软件，根据水土参数信息建立3D空间地质模型，这样可以让设计人员清晰的看到地质概况，在进行结构设计时，能够根据结构荷载，变形要求，岩土参数等合理选用构筑物，从而优化设计，减少设计变更情况的发生。
地质体和地质信息是三维地质建模的基础，对地质体的认识，是建立在多种调查手段、勘探方法获取的各种地质信息的汇总，即综合地质信息。三维地质建模，就是利用软件平台，将地质体的所有地质信息在空间形态直观反应。研究发现，三维地质建模的核心内容之一是构建地质层面，仅依靠钻孔数据、地质界线等原始数据无法满足要求，需要科学的空间插值。三维地质建模的总体思路是从点到线、面、体的空间发展延伸理念。
常用的三维地质建模主要有两种实现方法：
第一种是根据原始勘察的点数据源直接建模，如观测点产状、岩性、构造信息，钻孔、试坑分层信息，试验和原位测试成果等；
第二种方法是利用二维线状成果构造地质层面，完成体建模。
地质建模：
1、点钻建模法该建模方法以现场地质勘察测绘原始点状数据为基础，主要有：观测点(包含地层岩性分布、地质产状、构造等)，钻探、挖探揭示的地层深度划分，原位测试的动探和标贯数据等，室内岩、土、水等试样的测试数据，将上述所有地质信息叠加到上一个BIM三维模型上，形成地质体三维模型。
根据勘察点数据源直接建模，其程序后台的实现方法是通过对相邻控制点的地层信息进行相互判别，判断不同地层面的连接关系，同一地层连结成线，多个钻孔间用插值运算连线，生成各自地层面，进而形成三维地质体。
2、剖切建模法目前二维设计过程中，传统勘察手段获取的地质成果资料主要通过地质平面图和剖面图进行表达，并配合工程地质报告进行说明。研究发现，二维平面图中点状地质信息(勘探点、产状点、时代等)，在二维和三维设计过程中都较易表达，且地质界线数量相对较少。
剖切建模法基于平纵横断面，首先将二维平面与剖面的地质界线进行三维空间投影换算，并在三维空间进行地质属性匹配，配合其他辅助剖面等信息，完成地质层面建立。根据地质层面的空间分布，结合模型边界范围与封底高程，完成三维地质体建立。
3、特殊地质体建模自然界中的地质现象和地质体由于其空间形态的复杂性、非线性和不规则性，存在部分实体难以用较规则几何算法或曲面直接表现，针对特殊地质现象和地质体，分析其特殊性，采用单独建模方法。对褶皱、断层、滑坡、溶洞、透镜体等特殊地质现象和地质体进行说明。
褶皱的地质建模主要受枢纽、轴面产状及两翼地层岩性和产状的控制。
断层建模应分析断层产状、两盘地层分布，并在后台处理断层与地层的相互切割关系。
滑坡建模主要由平面形态、主轴、横断面控制，并在自然界中经常遇到多次分级滑动的滑坡，各级滑坡存在相互覆盖和切割关系，对三维建模带来困难。当滑坡体分布于整个地质模型边界时，模型边界范围与滑坡体发生切割关系，即仅有部分滑体位于模型范围内，建模时应单独考虑。
溶洞(土洞) 建模时，根据勘探成果首先完成断面设计，且不同位置断面几何形态不同，再确定洞轴线空间分布，溶洞模型就是不同断面沿轴线的空间扫略。完成几何建模后，按溶洞实际充填情况和物质种类进行溶洞充填。
简单透镜体可在空间按近似椭圆盘建模，复杂透镜体建模与溶洞类似，先确定断面形态，后在空间扫略。
而目前看来，BIM技术在建筑工程中的应用大多集中在上部结构物的设计施工中，如何将BIM技术应用到此类工程的地下工程或岩土工程勘察阶段，是一个仍需讨论的问题。目前三维建模可以做较为简单的地质模型，较为复杂的地质模型则需要拆解分析之后，再进行整合分析，这就要求在未来，相应的地质工程BIM软件应该形成统一的作业格式，便于各相关专业之间的信息数据传递和共享，相关专业人员也应掌握和使用软件，从而促进BIM技术在工程地质行业的技术革新与长足发展。

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