BIM在岩土工程中的应用及教学改革研究探讨

一、前言

BIM的英文名全称是Building Information Modeling，中文名字是建筑信息模型。作为一种理念或思想，它以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[1]。随着BIM技术不断深化与拓展，其在我国很多领域例如建筑、水利水电、能源应用与结构等领域充分应用。可以将其仿真化、可视化、信息化的优势运用到岩土工程领域，对其研究作用越发重要，促进岩土工程发展[2]。

在岩土工程领域学科教学中，教师应该基于BIM技术平台，培养学生学会运用BIM技台设计工程方案，依据其他工程信息设计三维模型，并利用BIM技术的信息属性，学会计算工程所需参数信息。

二、BIM技术在岩土工程中的运用

（一）BIM技术在岩土工程勘察中的运用

1.基于BIM技术三维地质建模。BIM技术拥有强大的建模功能，主要应用于建筑方面，其三维可视化可以应用到岩土工程勘察领域，进行三维地质建模（图1）。三维地质模型对于岩土工程实际运用具有重要作用与意义[3]。三维地质模型可以将当地地质构造形态直观地呈现在岩土工程师与施工人员面前，并带领工程人员进行视觉漫游，可以进行施工的动态模拟，能准确地把地质构造、施工过程模拟出来，并且能随时进行调整，不断优化施工方案，有效节约了岩土工程的成本。

图1 基于BIM技术的三维地质建模

BIM技术相对于岩土工程实现三维建模的规模相对较小，针对比较小型的项目，可以建立起完善的三维地质模型，但对于较大范围的研究区域，地质岩层构造复杂的区域、多期次构造运动造成地层破坏严重的区域，例如西南地区的云贵高原等复杂构造区，基于BIM技术的三维地质构造建模技术尚处于起步阶段，实现起来需要攻克难题。

2.BIM技术与有限元软件结合。岩土工程领域需要用到的很多数值模拟软件，例如Ansys、RFPA、Abaqus等有限元软件，是否可以将BIM技术与岩土工程领域的有限元建模软件结合起来，实现三维岩土工程勘察可视化、信息化、智能化（图2）。

图2 BIM技术与RFPA有限元软件结合效果图

BIM技术与岩土工程的有限元数值建模软件结合起来可以实现三维地质模型任意方向的剖切分析，可以在模拟工程地基开挖以后的基础模型，BIM技术信息化的特点使得每个基质单元都带有体积信息，那么就可以根据工程需要计算出土方量，使得工程造价更为精准。

（二）BIM技术在岩土工程设计中应用

1.碰撞检测。BIM技术平台中使用最广泛的功能之一是碰撞检测，设计方案的过程中可以减少设计中出现的错误，有效节约生产成本。岩土工程中也能运用到这个技术，例如桩基础与持力层的碰撞检测，通过检测，就能计算出桩端进入持力层的深度，可以计算出桩的长度，并且进行合适的调整，确保设计方案的经济性，使岩土工程的造价得到有效控制，节约成本[4]。

2.三维可视化效果。BIM技术模型贯穿整个全寿命周期，其平台本身具有强大的模拟效果的功能，建立的三维模型可以经过一定的加工，形成立体的三维模型，与游戏引擎VR技术结合，可以在任何视觉、任何角度对建立的三维模型进行视觉漫游，达到多角度观察和分析的目的。同时BIM技术模型本身也是一个建筑结构信息数据库，该数据库包含了各专业的三维数据信息[5]。

3.与其他专业联合设计。通过工程的设计施工等传统经验，不同工种相互之间的沟通与协调过程复杂而烦琐。不同工种、不同专业之间的设计人员可以基于同一个BIM平台进行设计。在同一个BIM平台实现多专业协同，管网综合，空间利用净空优化。不同专业之间比如岩土、结构、电气、机械、给排水专业等一起结合，加快工程设计和施工进度。BIM成果与内装、外装的配合，提高准确性；减少重复施工和投资，并指导工程精确计算，合理安排施工工期及物料组织[6]。

（三）BIM技术在岩土工程监测中应用

传统的岩土工程监测是通过数据、简图和报表的形式，没有直观地呈现出岩土工程概况。BIM技术平台的运用使三维模式的岩土工程监测成为了现实，例如通过三维动态模拟技术呈现出基坑沉降过程，通过计算软件可以监测计算出相关数据，最后得出变形量，生成基坑的沉降云图，并且可以进行相关应力分析。

三、BIM在岩土工程学科中的教学改革探索

文章来源：《岩土工程学报》 网址: http://www.ytgcxb.cn/qikandaodu/2020/1225/458.html