Bentley软件:岩土三维勘察设计系统在地铁工程中的应用

摘要：文章介绍了基于MicroStation平台的岩土三维勘察设计系统GeoStation岩土版的研究开发与应用，重点阐述了该系统组成架构、关键技术，并以杭州地铁4号线南星桥站为例，分析了系统在岩土三维建模上的优势和准确性，这些研究成果可为三维建摸技术在地铁中的应用提供借鉴。

关键词：岩土；三维；地铁；

1引言

BIM（BuildingInformationModeling）技术是创建并利用数字模型对工程项目进行设计、建造、运营管理的协同工作过程。BIM的实施避免了信息孤岛的存在，有效地提高效率、节省资源、降低成本、实现绿色科技与建筑融合的目标。2015年6月，国家住房和城乡建设部发布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，将BIM应用提升到了国家层面。BIM在建筑行业的发展已蔚然成风，同时也深刻影响着工程界的其他行业。

近年来，岩土勘察项目大幅增多，尤其大型的岩土勘察项目不断涌现，如大型桥梁、地铁、隧道、大型化工厂等，然而对岩土工程勘察三维成图和计算分析的要求越来越高。目前国内外已出现多种三维地质建模软件，比较有影响的有GoCAD、GeoEngine、GeoMo3D，但对于岩土工程领域而建立的地质三维软件并不多，对岩土勘察项目中岩土层多且薄以及尖灭、透镜等地质体发育现象不能很好支持。如何开发利用现有BIM技术实现岩土体与工程对象的空间耦合，加强岩土工程勘察成果的表达能力，并将岩土工程勘察融入工程全生命周期管理进程中，是值得研究的课题。

华东勘测设计研究院（以下简称“华东院”）业务范围涵盖水利水电、新能源、市政、交通、工民建等领域，目前开发了地质三维勘察设计系统GeoStation[1]，该系统已在水利水电行业取得广泛应用，随着华东院岩土项目的不断增多，对岩土三维勘察设计软件有极大的内在需求。基于华东院三维设计主平台MicroStation提供工程各类数据的三维可视化、动态展示、空间属性计算、超限预警等分析手段，以及开发GeoStation的成功经验，2013年启动了系统研发，经过长期调研和开发，研制出岩土三维勘察设计系统——GeoStationforCity。该系统主要由数据管理、三维建模与分析、辅助绘图、查询统计、计算分析等模块构成，组成框架如图1-1所示。

图1-1GeoStationforCity系统组成框架

城市地铁建设是当前城市建设的热点，大量工程实践表明，地质条件分析结果的准确性是决定城市地铁规划与建设成败的重要因素之一[2]。为了更好地将GeoStationforCity服务城市地铁，对杭州地铁4号线南星桥站台进行三维地层建模，并将三维剖面与二维钻孔剖面结果连线进行对比分析，得出二者地层划分基本趋于一致，三维地层延展性更好等结论。该研究成果可为地铁站三维可视化研究提供一种借鉴。

2系统关键技术

2.1钻孔三维地层自动建模技术

对于根据钻孔数据生成地层面进而生成地质体的方法研究的学者比较多，并且大多数都是对钻孔土层分界面的高程进行处理，得到各个土层面，再通过面与面的剪切、缝合运算得到最终的地质体。

为了使地层建模过程更加简单，应用更加方便，本文提出一种新的建模思路，没有用到面与面的剪切和缝合运算，而是先建立钻孔区地层实体，然后利用钻孔数据建立地层网格面，直接利用三维面剪切体技术，从上至下依次将地层实体切分，从而最终实现钻孔三维地层有序建模。该技术能较好处理尖灭、透镜体等特殊地层，基本满足实际工程需要。图2-1、2-2分别是尖灭、透镜体示意图。

2.2钻孔二维智能连线技术

为了实现钻孔之间地层界线的自动连接，从各种地层结构中抽象出地层连续分布、地层透镜体、地层间断缺失和地层尖灭等四种地层空间分布类型，分别用不同的连线规则进行连接处理。

钻孔地层连线时，可根据MicroStation软件提供的B样条绘制方法对地层连线进行圆滑处理，效果更美观，其连线效果如图2-3所示。连线完成后，把相邻钻孔之间，上下相邻地层界线之间具有相同属性的地层区域使用MicroStation软件提供的泛填充方法填充为地层面，并在面的中心位置标注地层编号，其填充效果如图2-4所示。至此，完成了二维剖面钻孔地层智能连线。

图2-3钻孔二维智能连线线框效果图