BIM参数化地质模型在桩基工程中的应用.pdf

施工技术（中英文）年 月上第 卷 第 期：参数化地质模型在桩基工程中的应用梁孟孟，钱光耀，建阳阳，李志刚，龙祝仙（中建七局国际工程建设有限公司，广东 广州）摘要 基于 建模软件，批量提取地质勘察报告 柱状图中的数据，生成三维地质模型，可精准模拟土层和岩层分布，实现地质条件可视化。同时，通过 技术校核设计参考桩长，保证数据准确性，为施工入岩、终孔决策提供支持。通过对比参考桩长和实际桩长数据，进行成本管理。结合三维地质模型，将工程桩按照不同区域进行归类，辅助划分工程桩检验批，以直观表现各区地质情况，确定桩检测值。关键词 桩基；三维地质模型；参数；可视化；建筑信息模型；检测中图分类号；文献标识码 文章编号（），（，）：，：；（）；山东省科技计划项目（）作者 简 介 梁 孟 孟，西 南 经 理 部 总 工 程 师，工 程 师，：收稿日期 引言 采用桩基的建（构）筑物具备很高的稳定性，桩基高承载力成为基础选型的优势，故应不断提高工程桩设计、施工和检测等环节的管控水平。项目实施过程中，由于桩基数量众多，定量精细化分析和控制工作量巨大，应引入新技术对桩基进行系统化管理。同时，桩基设计与施工场地地质情况关系密切，此过程需制作精细的三维地质模型进行辅助分析。利用数字智能化可有效提升桩基模型和地质模型的建模效率及精度，并可通过模型整合，为桩基工程数据统计分析和过程控制提供基础。本文以安宁官厢街更新改造项目为依托，利用 对桩基进行分析与应用，提出通过参数化建模插件 创建三维地质模型的技术方法，详细论述将其应用于桩基建模、地质建模、模型整合及数据提取的操作方法，并总结与提炼操作步骤和应用效果。在基于 的桩基优化和施工过程模拟与参数控制应用中，通过 可视化、参数化，可直观判断桩基入岩情况，辅助桩基现场施工人员进行放线定位，统计分析桩基工程量。通过三维模型可视化交底，为资料整理及巡检提供帮助，简化传统桩基施工中的外业工作，有效提高桩基成型质量和施工管理水平。岩土数据提取 基于 软件开发地质建模系列插件，以批 梁孟孟等：参数化地质模型在桩基工程中的应用 量提取勘察报告中 钻孔柱状图的岩土数据，形成地质数据表。地质勘察资料收集与整理 整理地质勘察资料及相关图件，将 钻孔柱状图转化为 文件，并处理图中图件，确保图中无重复线段，尽量保证图中线段与线段形成闭环区域，并将同类型点图元置于同一图层中，做好对应图层的命名和分类备用。数据提取与转化 在 软件中打开数据提取插件，导入事先准备的钻孔柱状图，选择需提取的目标图元或图层，指定导出格式和地址。将钻孔柱状图岩土数据导出为 形式，并调整和适当补充表格格式，使之符合三维建模格式要求。地质模型创建 三维地质模型创建 通过 软件自动读取地质数据表中的岩土参数，采用自动插值方式生成满足预定精度要求的钻孔建模参数表，将参数表直接导入参数化建模 插件，生成三维地质模型，转到三维模式后即可查看和编辑各岩土层及地下水的空间分布情况，如图 所示。图 三维地质模型示意 三维地质模型检查与校核 由于地质体的复杂性，三维地质模型中存在固有不确定性。在提取地质数据后，计算机建模过程中难免产生误差甚至错误，故必须在模型应用前予以检查和校核。经插值处理创建的模型是通过计算机得到的最大概率模型，故首先要对比模型与岩土勘察报告中的钻孔柱状图数据，尽量降低模型的不确定性，以地质勘察报告为准，修改数据存在明显冲突的位置。其次，模型中的整个场地模型为闭合实体，但地质勘察报告仅提供具有代表性的特征点数据，故点与点间的数据是通过计算所得。建模过程中难免机械性地直线连接数据相近特征点，与实际岩土分层和地质构造划分存在较大不同，故需检查建模过程中的地层划分和边界设定，并调整异常点模型，且可直接反向导出新的建模数据表，此过程需结合工程经验和工程地质学基础进行综合判别，以保证模型合理性与可靠性。典型剖面导出 模型调整校核完毕后可直接用于三维地质模型展示和应用。根据项目需要，在平面视图下通过设置不同倾向和倾角的剖切面，可得到三维地质剖面图，满足场地内对岩土模型和地质数据的直接需求。桩基模型创建 首先将桩基施工图纸单独提取到一个 文件中，删除非必要的图件和数据，做好建模准备工作。通过建模插件，在已知计算规则及约束条件下，将 三维地质模型作为底层数据，导入设计桩基图纸，批量生成 桩基模型，并赋予各类桩基相关信息，如桩类型、桩编号、设计参考桩长、参考桩长、桩长理论差值等，由此得到带有各类参数标注的桩基三维模型。如此可减少手工建模工作量，降低模型出错率，提高 桩基模型工作质量与效率。模型整合与校正 通过控制点及给定的叠图规则，整合 三维地质模型与桩基模型，如图 所示。图 地质模型与桩基模型整合 分别切换到平面视图和三维视图对模型进行整体检查和调整，可直观查看各桩基在地质模型内的分布情况，同时结合各桩顶设计荷载复核设计桩长和桩径。选择特征工程桩进行复核计算，打开复核插件，点选目标工程桩，选择承载力复核命令，该插件 施工技术（中英文）第 卷可自动拾取桩基坐标，结合三维地质模型数据，直接导出桩位处的岩土参数表。通过预先写入的规范计算公式，计算该桩承载力数值，进而对比设计承载力，并显示该桩设计参数值复核结果，突出显示不符合设计意图的桩基，也可根据计算规则显示调整值及其对应模型。同时，根据项目需要点选任意桩基，导出该桩的地质剖面效果图，可精确掌握每根工程桩的地质情况，对施工机械选型、工艺参数确定、施工进度管控、施工质量控制具有重要指导意义。整合三维地质模型与工程桩模型后，可同时提取 桩长数据和桩位处的岩土数据，精确复核桩径、桩长参数，并同时赋予设计参考桩长，对比分析设计图中的桩基信息明细表，以最大限度保证工程桩设计安全储备，并提高设计精度，为工程桩设计和施工成本管理提供真实有效的指导数据和优化方案。同时，在桩基施工过程中如实记录钻孔地层揭露情况，可实时调整三维地质模型，进一步拟合地质模型与实际地层，通过施工反向提高桩基设计精度，有效提升施工效率。施工进度管理 基于三维地质模型和工程桩整合模型进行施工进度管理应用，在既有 模型基础上赋予工期参数，为进度管理提供参考。结合单桩地质剖面图和施工机械工效可计算单桩施工进度，并通过批量操作统一提取工程桩施工工期数据表格。结合施工部署安排桩基施工顺序并附着在目标构件上，在模型中自动导入并关联项目进度数据，通过三维立体模型动态演示和更新模型在时间维度上的进程。在项目实施过程中，模型会对进度偏差部分显示不同颜色，更直观地显示进度延误构件、部位，便于管理人员精准定位延误部分，迅速制定改进措施。基于地质模型和工程桩整合 模型，演练和模拟整个地基基础阶段的施工过程，有助于推演整个施工方案，还可在此基础上借助 技术进行虚拟现实展示，协助管理人员、技术人员审查论证施工方案。通过反复模拟核心环节、关键部位、关键点，试验各种可能发生的情况，预测可能面临的风险，评估风险程度和影响范围，最后根据模拟决策调整施工方案，从而提高施工进度管控方案的可行性、科学性、合理性。基于 模型制作施工模拟交底视频，如图 所示，使管理人员及工人在较短时间内快速熟悉整个施工工艺，知晓需要完成的工作内容，并可截图和存储关键点，或打印成图片，作业人员提供现场指导。图 工程桩施工三维交底示意 施工成本管理 结合最终的整合模型进行工程桩施工成本管理，该技术将工程桩所有相关数据、模型集成在一个平台上，避免平台不同造成错误和遗漏，根据 模型的计算规则、图集、规范等要求，借助 软件自动分析数据功能，导出工程量清单，结合企业定额、施工定额等标准，得到带岩土分级信息的工程量清单。在计量与计价时，只需将已完工期、尚未完成工期数据输入平台，便可自动得到相应成本内容核算结果，可避免由于人工计算产生的偏差和记录错误。在 模型搭建初期，工程桩模型中含有材料类型、材料用量等需求，因此施工后可自动化运算材料需求计划，结合材料库存信息编制需求计划，平台可根据计划与实际情况偏差及时进行反馈与调整。当工程发生变更时，仅需优化 模型指标和参数，便可自动化调整系统计算方式。可借助三维地质模型、工程桩整合模型对比分析现场施工情况，借助平台统一收集整个施工过程中的资料，可实现各参建方信息共享，促进传统成本管理工作的信息化、自动化。经过汇算和分析，在该桩基工程中应用 参数化地质模型的效益如下：优化桩基尺寸后节约 万元，缩短设计周期折算费用 万元，缩短施工工期折算费用 万元，材料节约 万元，合计 万元。桩基检测与验收 结合三维地质模型，根据土层和岩层分布情况，将工程桩按照不同区域进行归类，辅助划分工程桩检验批、确定桩检测值，如图 所示。同时，整合三维地质模型和工程桩模型后，可提取单桩的岩土参数和桩基参数，因此可直接由软件计算结果辅助完成桩基检测所需的试桩桩位选取、压重计算、终压值确定等工作，并可将具体参数直接标注在模型图元上。梁孟孟等：参数化地质模型在桩基工程中的应用 图 桩基检验批划分示意 通过整合模型，导出各工程桩的三维模型剖面，标注所需参数信息，作为工程桩验收的支撑资料。最终将整体三维地质模型移交给施工方，作为地下管线增改、建筑物监测、地下水监测的应用基础，以及城市信息模型（）的基础。结语 创建 参数化地质模型可为项目提供精确可靠的三维地质信息模型，使得在工程桩设计、施工、检测等各阶段轻松获取所需坐标处的岩土数据，并能便捷通过岩土基础参数计算获取各项设计和施工数值，明显提高工程桩设计和施工效率，同时保障基础数据的可靠性、合理性。参数化地质模型成功应用于安宁官厢街更新改造项目桩基工程，极大地提高施工信息化、数字化、智能化水平，拓展各参建方对 技术应用的范畴，并取得良好的经济效益。参考文献：陈志钊，祝国梁，陈景镇，等 技术在复杂地基桩基施工过程中的应用 石油化工建设，（）：，（）：韦永丽 技术在桩基工程中的应用黑龙江科学，（）：，（）：洪恩钦，王碗，李兴鲁，等 应用 技术辅助判定工程桩入岩深度建筑施工，（）：，（）：范祎博 谈钻孔灌注桩的入岩判断山西建筑，（）：，（）：李玉玲 建筑工程造价管理中的 技术应用分析房地产世界，（）：，（）：刘恣含 技术在土木工程中的应用策略住宅与房地产，（）：，（）：彭媛，陈国奇，韦谋基于 的岩溶复杂地质条件下桩基工程施工关键技术施工技术（中英文），（）：，（）：，向卫国，王富章，赵鲁东，等 桩基工程 智能化建模及数据提取方法铁道建筑，（）：，（）：