一种岩土工程勘察方案动态优化方法与流程

本发明属于岩土工程地质勘察技术领域，具体涉及一种工程地质勘察方案动态优化方法。

背景技术：

岩土工程结构的日益复杂和规模的增大，对岩土工程地基承载力、变形控制、基坑工程等提出了更高的要求。这要求工程勘察能够准确查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，为岩土工程的设计、施工、管理提供决策支持。另一方面，岩土工程勘察普遍存在工期紧、任务重的情况，在有限的时间内弄清建设场地的工程地质条件和岩土工程特点是岩土工程勘察面临的新情况，在这种情况下勘察方案的设计与优化至关重要。

勘察方案的制定通常是结合具体的场地和建筑工程条件，按相关技术规范制定勘探点位和勘察技术手段。中国实用新型专利cn201510969579.7发明公开了一种岩土工程快速勘察方法，该方法将岩土勘察区域分割为若干个圆形工作区，在每个工作区进行环形定向钻孔的布设，并在所形成的环形孔道内布设可供工程物探仪及接收仪穿行的管道，在管道内安装物探仪和接收仪，将工程物探仪与接收仪在管道中进行角速度相同的环形运动，从而检测获取区域内岩土勘察数据。中国实用新型专利cn201310305447.5发明了一种岩土工程勘察方法，该方法沿工程走向将岩土勘察区域分割为若干个工作段，在每个工作段被测区域进行水平定向钻孔，在所形成的孔道内布设沿工程走向可供工程物探仪及接收仪穿行的管道，被测区域内至少要存在两根管道，其中一根管道中放置工程物探仪，在另一根管道中放入接收仪，使工程物探仪与接收仪由管道的同一端移动至另一端，从而检测获取各区域岩土勘察数据。

在这两种方法中，勘察方案的设计与优化主要是从技术规范和勘察成本的角度考虑，更多的是勘察工作成本的控制，对岩土工程设计方案的考虑不足，勘察工作的成果不能很好的地满足拟建工程所涉及的各项岩土工程特性的需要。勘察方案的优化设计如果能够使工程设计、钻探、原位测试、检测技术人员共同介入，才能使勘察方案优化设计的结果成为能够在现场条件下的易于实现、勘察成果易于使用的方案。

技术实现要素：

本发明要提供了一种工程勘察方案动态优化技术，是以三维可视化技术为基础，以岩土工程的建筑信息模型(buildinginformationmodeling，bim)为参照，将动态产生的工程勘察信息集成到建筑信息模型中，结合建筑模型和地质信息模型，分析下一阶段的勘察重点和需要，对勘察方案进行优化设计。其具体的实现步骤包括：

本发明解决其技术问题所采用提供的岩土工程勘察方案动态优化方法包含如下步骤：

s1、接受勘察任务之后，利用现有的资料和现场踏勘的结果，建立勘察区域初始的三维地质信息模型；

s2、将三维地质信息模型和拟建工程的bim模型进行集成，建立统一的三维信息模型，作为数据集成的载体和综合分析的框架，实现拟建工程自身建筑信息和周围地质环境信息的关联；

s3、基于统一的三维信息模型，对拟建工程的建筑结构和周围地质环境条件进行综合分析，在相关规范和技术规程的指导下，制定初步的勘察方案；

s4、根据勘察方案进行现场作业，对作业后得到的岩芯进行判读和识别后，进行钻孔孔口高程、钻孔坐标、掘进深度、回次进尺、岩芯采取率、标贯次数、初见水位、稳定水位这些基本信息的编录；同时，根据需要进行岩样、土样及水样的提取，并及时将样品传输到试验中心对样品开展试验；然后对所述编录的结果进行校核，出现奇异情况进行时，查看岩芯和原始记录进行参数的重新确定，经过校核的编录数据和试验结果被传输给由三维地质信息模型和bim模型组成的综合分析中心；

s5、综合分析中心依据现场勘查信息、试验信息，以及该地区的已有资料和地质背景，在统一的三维信息模型上实现钻孔三维岩芯模型及地层结构模型的构建，更新勘察区的三维地质信息模型，进行三维地质分析；

s6、将三维地质分析结果与建筑的bim模型结合，对三维地质信息模型进行受力分析以确定地质条件是否满足建筑工程的需要，若计算结果显示某区域的受力超过了承载力则表示不满足，此时进行建筑设计方案的修改或采取措施对地质条件进行改造，然后返回步骤s4并在下一步的勘察方案中增大对该区域的勘察力度，直至地质条件能够满足建筑工程的需要能够满足工程建设的需要，此时输出最新的勘察方法作为最终的结果。

进一步地，在本发明的岩土工程勘察方案动态优化方法的步骤s1中，所述现有的资料是指基础地质图和对应的等高线。

进一步地，在本发明的岩土工程勘察方案动态优化方法的步骤s4中，所述对样品开展试验具体是指：

对于水样，进行侵蚀二氧化碳含量、ph值、硫酸根含量、氯离子含量、钙离子含量、镁离子含量、总碱度这些参数的确定；

对于土样，进行天然含水量、重力密度、天然孔隙比、饱和度、液限、塑限、压缩系数、渗透系数这些参数的确定；

对于岩样，进行比重、密度、单轴极限抗压强度这些参数的确定。

进一步地，在本发明的岩土工程勘察方案动态优化方法的步骤s4中，所述对所述编录的结果进行校核是指：查找钻孔坐标、地层深度、地层厚度这些信息中的明显错误。

进一步地，在本发明的岩土工程勘察方案动态优化方法的步骤s5中，在统一模型框架上实现钻孔三维岩芯模型、地层结构模型，逐步更新勘察区的三维地质信息模型，进行三维地质分析，具体是指：

生成地质构造、勘探对象的三维几何模型，拟合生成物性信息的分界面，进行虚拟钻孔和虚拟平洞的开挖这些地质分析；其中，勘探对象是指钻孔、平洞、探坑以及探槽，物性信息是指风化、地下水及卸荷。

进一步地，在本发明的岩土工程勘察方案动态优化方法中，勘察区域的初始的三维地质信息模型是一个仅包含数字高程模型的空壳；勘察区域的三维地质信息模型需要集成勘探布置、地质点、勘探对象和实测剖面数据；

勘察对象的三维几何模型文件只包含了地层对象或勘探对象的唯一标识码和面积、体积这些基本几何信息，详细的试验信息或其它属性信息存储在关系型数据库中，两者通过唯一标识码进行关联，实现其属性信息的提取和分析；

三维地质信息模型构建时，采用地质结构和地质属性特征相耦合的方式进行，几何结构建模时，采用地质统计学和克里格的插值方法实现；

地质属性建模时，采用地质对象属性数据的内插或外推方法实现。

本发明通过岩土工程勘察数据建立三维地质信息模型，并将其与建筑bim模型集成，实现建筑与其周围地质环境的耦合，以此作为分析平台，结合技术规范对勘察方案进行优化，能有效地提高工程勘察的效率和结果的实用性。同时，该方法能够使工程勘察的相关人员共同介入方案的制定中，充分考虑建筑本身对地质环境的需求，有利于提高勘察方案的可行性和勘察成果的易用性，降低勘察成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的勘察方案优化设计流程图；

图2是本发明的地质信息耦合建模过程及其与建筑bim模型的集成流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1与图2，其中图1是本发明的勘察方案优化设计流程图，图2是本发明的地质信息耦合建模过程及其与建筑bim模型的集成流程图。本发明的岩土工程勘察方案动态优化方法包含如下步骤：

s1、接受勘察任务之后，利用现有的资料(基础地质图和对应的等高线)和现场踏勘的结果，建立勘察区域初始的三维地质信息模型。

s2、将三维地质信息模型和拟建工程的bim模型进行集成，建立统一的三维信息模型，作为数据集成的载体和综合分析的框架(即综合分析中心)，实现拟建工程自身建筑信息和其周围地质环境信息的关联。

s3、基于统一的三维信息模型，拟建工程的建筑结构和周围地质环境条件进行综合分析，在相关规范和技术规程的指导下，制定初步的勘察方案。

s4、根据初步的勘察方案，控制钻机进行现场施工，对得到的岩芯判读和识别后，进行钻孔孔口高程、钻孔坐标、掘进深度、回次进尺、岩芯采取率、标贯次数、初见水位、稳定水位这些基本信息的编录。同时，根据需要进行岩样、土样、水样的提取，并及时将样品传输到试验中心及时对样品开展试验(对于水样，主要进行侵蚀二氧化碳含量、ph值、硫酸根含量、氯离子含量、钙离子含量、镁离子含量、总碱度这些参数的确定；对于土样，要进行天然含水量、重力密度、天然孔隙比、饱和度、液限、塑限、压缩系数、渗透系数这些参数的确定；对于岩样，要进行比重、密度、单轴极限抗压强度这些参数的确定)。然后对钻孔编录结果进行校核(如查找钻孔坐标、地层深度、地层厚度这些信息中的明显错误)，出现奇异情况进行时，要查看岩芯和原始记录进行参数的重新确定，经过校核的编录数据和试验结果被传输给由三维地质信息模型和bim模型组成的综合分析中心。

s5、综合分析中心依据现场勘查信息、试验信息，以及该地区的已有资料和地质背景，在统一的三维信息模型上实现钻孔三维岩芯模型及地层结构模型的构建，逐步更新勘察区的三维地质信息模型，进行三维地质分析。如生成地质构造及勘探对象(钻孔、平洞、探坑、探槽)的三维几何模型，拟合生成物性信息(风化、地下水、卸荷)的分界面，进行虚拟钻孔和虚拟平洞的开挖这些地质分析。

s6、将三维地质分析结果与建筑的bim模型结合，对三维地质信息模型进行受力分析以确定地质条件是否满足建筑工程的需要，若计算结果显示某区域的受力超过了承载力则表示不满足，此时进行建筑设计方案的修改或采取措施对地质条件进行改造，然后返回步骤s4并在下一步的勘察方案中增大对该区域的勘察力度，直至地质条件能够满足建筑工程的需要能够满足工程建设的需要，此时输出最新的勘察方法作为最终的结果。

如此能够在在符合相关规范的前提下，尽可能减少生产任务，缩短勘察工期，使勘察结果能够更好地被岩土工程的设计专业使用。

勘察区域的初始的三维地质信息模型是一个仅包含数字高程模型的空壳，但不影响其作为集成工程勘察数据的载体。勘察区域的三维地质信息模型需要集成勘探布置、地质点、勘探对象(钻孔、平洞、探坑、槽坑及探井)和实测剖面数据；

勘察对象的三维几何模型文件只包含了地层对象或勘探对象的唯一标识码和面积、体积这些基本几何信息，详细的试验信息或其它属性信息存储在关系型数据库中，两者通过唯一标识码进行关联，实现其属性信息的提取和分析。

三维地质信息模型构建时，采用地质结构和地质属性特征相耦合的方式进行，这主要是为了顾及地质属性信息对几何结构框架的指示作用、地质几何结构框架对地质属性参数场的约束作用，使建立的三维信息模型具有地质合理性。几何结构建模时，采用地质统计学和克里格的插值方法实现。

地质属性建模时，采用地质对象属性数据的内插或外推方法实现。

由于岩土工程领域的建筑、结构、机电、暖通等专业的bim软件(如revit，civil3d)都支持ifc标准，因此为了实现地质信息和建筑信息的集成，需要将三维地质信息模型的格式转换为ifc格式。

这种工程勘察方案的优化方式，以三维地质信息模型和bim模型为工作平台，以工程勘察数据和建设设计方案为基础，以工程勘察技术规范为指导，有利于提高工程勘察方案的合理性和效率，降低工程勘察的成本，提高工程建设的科学性。

以确保勘察成果的技术工作质量。同时为勘探样品的采取、原位测试、观测、监测等现场的技术工作满足相应技术要求和工作质量要求提供保证措施。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。