姜雪亮

(山东港通工程管理咨询有限公司，山东 烟台 264000)

0 引 言

工程人员平时接触到的地质勘查报告大部分是以二维方式展现的，以图、表、文字形式进行说明。设计人员在进行设计时，需对照平面图的位置寻找与之对应的勘孔，来查看土层的分布状态，确定持力层，勘孔较多时，查询起来费时费力。

为增强地质勘查报告的表现方式，提高设计效率，拟对地质勘查报告三维表现方式进行研究，并进一步探索三维地质模型在设计中的应用。

1 地质勘查报告传统表现方式

工程地质勘查报告是工程地质勘查工作的总结。根据勘查设计的要求，考虑工程特点及勘查阶段，综合反映和论证勘查地区的工程地质条件和工程地质问题，做出工程地质评价。地质勘查报告一般包括正文、附图以及附表。附图一般是以二维形式表现的钻孔平面图、柱状图、剖面图等(图1～图3)。

图1 钻孔平面图

图2 钻孔柱状图

图3 钻孔剖面图

柱状图及剖面图不同土质通过填充图例区分，这种表现方式只能查看土层局部分布情况，无法整体展现，而且剖面图的位置为事先给定，无法展示任意剖切位置处土层的分布状态。

为了丰富勘查报告的表现方式，增加设计人员对土层分布的直观感受，需要对传统地勘报告的表现方式进行研究，从中寻找提高设计效率的方法，并为后续结构设计打好基础。

2 地质勘查报告三维表现方式研究

Autodesk Civil 3D软件是一款面向土木工程设计与文档编制的建筑信息模型(BIM)解决方案，能够帮助从事交通运输、土地开发和水利项目的土木工程专业人员更高效地探索设计方案、分析项目性能。Civil3D软件广泛应用于规划、交通、市政、水利等土木工程领域[1]。Geotechnical Module[2]是欧特克公司为解决Civil3D软件中地质建模功能而开发的插件，该插件能够将以往的二维勘查资料以三维方式呈现，生成三维地质模型供设计人员使用。钻孔平面布置图可由钻孔柱状图在俯视视图下得到，任意纵向剖面图可直接由三维模型剖切得到，效果如图4～图7所示。

图4 三维钻孔柱状图

图5 钻孔平面图

图6 三维地质模型

图7 钻孔剖面图

下面对研究过程进行具体介绍：

(1)数据处理。Civil3D地质模块用到的数据需进行特定的处理，用到的模板文件可从Autodesk官网上下载，为2个Excel文件(Field Geological Descriptions.csv和Location Details.csv)，文件中包含的内容分别如图8、图9所示。

图8 钻孔位置信息

图9 各钻孔土层信息

根据地质勘查报告和模板文件整理钻孔数据，对应的项的信息需填写完整，另外，对于钻孔剖面图中出现的间断夹层，需根据地质专业相关知识进行补孔，力求达到合理、准确。本工程样例中，根据A-A剖面图(图10)在LY07和LY08钻孔之间补充钻孔LY07B，根据2-2剖面图(图11)在LY05和LY08钻孔之间补充钻孔LY05B，这样处理后的数据能最大限度地保持土层的完整性。

图10 A-A剖面

图11 2-2剖面

(2)生成地质曲面。将整理好的数据文件导入Civil3D中，通过选择各土层的顶面及底面，生成三维地质曲面(图12)。

图12 地质曲面

对建立的地质曲面进行剖切，得到的剖面A-A和2-2如图13、图14所示。通过将得到的剖面与报告中对应位置的剖面进行比对，来校核建立模型的准确性。通过对比发现，模型准确性较好。

图13 A-A剖面(三维模型剖切)

图14 2-2剖面(三维模型剖切)

(3)生成三维实体。利用Civil3D软件自带的创建实体功能[3]，选择相应的曲面依次生成实体。

3 三维地质模型在设计中的应用

建立地质模型的目的是更好地为设计服务，通过BIM手段将钻孔以三维方式呈现出来，设计人员会更直观地看到地层的变化情况。这里介绍三维地质模型的一个应用点：利用Dynamo软件编制程序，将桩基自动延伸至持力层。

在传统二维桩基结构设计中，由于桩基需打到持力层，桩底高程应根据地质剖面图来确定，而持力层的剖面线是一条高低起伏的曲线，确定桩底高程时需根据曲线的变化一根一根调整桩长，烦琐，费时费力，若方案一改又需从头再来。

为解决这个设计问题，结合三维地质模型，利用Dynamo[4]软件编制了桩基自动延伸程序(图15)。该程序能够根据选择的持力层模型，将桩基底部自动延伸至该持力层(或持力层以下某一深度)，能够有效提高设计精确度。

图15 基于Dynamo的桩基自动延伸程序流程图

设计人员在设计时，首先将地质模型分层导入到Revit软件中，然后进行桩位的平面布置，布置完成后，通过运行程序并选择持力层，程序将在Revit软件中自动创建桩基构件(图16)，并将桩的底部延伸至选择的持力层(或持力层下某一规定深度)，较好的提高了工作效率(图17)。

图16 Revit中桩基布置图

图17 Revit中桩基自动延伸至持力层

此外，各桩的工程量可以通过Revit软件的明细表(图18)进行快速统计，方便快捷，方案调整后只需移动桩的位置即可，工程量会自动更新。另外还可根据统计的工程量进行方案比选，选出一个最经济的方案，这样大大提高了设计人员的工作效率。

图18 工程量明细表

4 结束语

通过对传统地质勘查报告的三维表现方式进行研究，不仅能将以前生涩难懂的图纸形象的展示出来，便于设计人员理解、分析整个项目区的土层结构，而且能够为下一步进行结构的受力计算提供基础模型。

本文也对地质模型的初步应用进行了探索，通过与桩基自动延伸程序相结合，能够将桩基底部自动延伸至持力层，比以往手动绘制要快速、准确，并且通过软件还能自动计算工程量，较好的提高了工作效率。