深圳市秉睦科技有限公司
工程实例与启示
朱焕春郭福钟陈晓雪
2019年09月24日
中国●石家庄
目录
◼概述
◼工程实录
◼核心技术与发展状态◼认识与总结
1.1 简介
秉睦科技：深工勘收购Itasca 在华开发业务
朱焕春：1985年本科、1993年博士毕业
工作经历：
☐2018~：秉睦科技技术总监
中国科学院大学人工智能学院客座教授
☐2002~2018：Itasca集团高级岩石力学专家
Laurentian大学访问教授
☐1985~2004：武汉大学，教授（工程地质）
技术特长：地学领域工程问题计算机技术应用和软件开发
采用计算机图形学技术、以三维可视化方式服务岩土体工程前期和施工运维全生命周期的数据处理
◼提高成果质量
☐勘察专业：描述和画图~工程适应性分析，提高分析深度
☐设计专业：利用场地条件，优化方案的安全和经济平衡关系
☐监测专业：从体检到诊断
☐…
◼提高工作效率
☐个人：降低重复、低效工作
☐专业团队：协同和信息共享
☐跨专业：三维可视化，易读性强化人的主导性！
目录
◼概述
◼工程实录
◼核心技术与发展状态◼认识与建议
2. 工程实例
◼地质三维建模案例
◼模型应用案例：
☐矿山：资源分析
☐水电：围岩质量分级
☐地灾：地灾评估
◼岩土BIM技术深度应用案例
2.1 案例一：地质三维建模不需要额外实物工作量
◼工作目标：
☐利用一张平面地质图创建三维模型
☐对其中的详勘区进行资源评价
2◼大区域地质体建模内容：
☐平缓地层：起伏褶曲、地表剥蚀分散布置☐陡立断层：扭曲，倾向变化
☐侵入界面：不规则
数据准备：导入资料、利用产状推测地下形态
实施：创建模型—褶曲的平缓地层
对象特点：层厚较小的
褶曲起伏地层；
建模难度：褶曲的实现
且避免与上下层穿插；
核心要求：正向建模，
利用勘察数据、允许推
测，但无需成果性资料
（辅助剖面）
实施：创建模型—扭曲的陡立断层
对象特点：陡立、扭曲；
建模难点：非专业算法
依赖“辅助剖面”，难以
保证质量和效率；
核心要求：正向建模，
仅利用已知资料的正向
建模，效率的保障！
实施：创建模型—推测的侵入体边界
对象特点：高度不规则，
且无可靠的产状信息进行
合理推测；
建模难点：人工推测和干
预（不规则起伏、岩脉）
的编辑实现和模型成果的
地质合理性（平顺光滑）；
核心要求：人工干预的编
辑和成果的平顺光滑
实施：模型封装产状点
◼2012年完成
◼时间消耗：
☐熟悉和整理资料：1.5天
☐三维建模：0.5天
☐模型封装：0.5天技术手段和熟练程度
是质量和效率的保障
2.2.1 模型应用案例：矿山资源评估
2.2.2 模型应用案例：围岩质量分级
2.2.3 模型应用案例：地灾评估—依据
地灾评估—成果
◼参数指标：
☐最大坝高250米:
☐6台机组总装机容量420万千瓦
◼关键节点：2004年截流，2009年3月下闸蓄水
◼现象：蓄水导致近坝库岸块状花岗岩边坡产生变形，迄今10年，最大变形量50m、变形方量10亿方，但未形成严重破坏，
迄今为止未处理
◼相关工作内容：
☐是否具备整体失稳的地质边界条件
☐变形特征（含监测结果）的地质解译
1#梁2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
☐2009年发现
☐补充勘探和系统性监测
顶部平台
800m 3000m 2452m
随着变形的发展，坡顶形成的清晰的边界，包括后缘边界。
坡顶也出现多条拉裂缝和形成相应的变形区。
这些边界的贯通性如何、是否成为整体失稳所需要的地质边界条件，成为工程分析、判断和决策最重要的基础。
◼后缘边界LF1延伸肯定不足360，判断不足260m。
◼变形体无贯通性后缘边界
地表拉裂缝空间不连续，未形成统一的边界
2.3.3 监测结果的地质解译：三维可视化处理
外观点布置与某个时刻监测结果变形量三维动态云图
2.3.3 监测结果的地质解译：与节理分布的关系
2.3.4 应用小结
内容小结关键技术效果
利用平面地质图可以不损失精
度地完成三维建模
效率：建模时间为3人.天
矿山：模型基础上的品位分析
水电：模型基础上的围岩质量
分级统与评价
地灾：地质三维模型基础上的
快速“普查”
数据运算与处理能力提高效率
技术应用无可替代性先进技术综合应用工程判断关键依据
1、DSI算法是关键
2、行业定制性功能
3、操作熟练程度三维建模
模型应用升级成果质量和适应性提高分析深度
场数据处理能力
复杂案例可能不具备工程普适性，但检验了技术手段所具备的能力！
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◼概述
◼工程实录
◼核心技术与发展状态◼认识与总结
3.1 岩土工程BIM的核心技术要求
◼计算机图形学基础（GIM+BIM）
☐几何：规则和不规则对象的建模算法
☐信息：场数据的处理
◼专业方法的BIM实现
☐几何：边坡洞室等岩土工程轮廓形态设计（矿山、交通、工民建、水电…）☐信息：
➢通用：跨专业信息交互和应用
➢专用：行业标准与方法不规则：地质建模与施工期更新（地质三维）规则：岩土工程轮廓和支档结构（BIM）
行业性、专业性
岩土力学参数取值、传递与合理应用
3.2.1 研发历程与状态
电子化编录
资料导入勘探解译含属性三维建模
结构面统计
结构面溯源分析岩体质量分级岩体参数取值
地应力查询…
隧洞变形分析
高应力破坏风险分析围岩支护设计边坡稳定分析与设计
地质GIM
(地质三维)
内业整理洞室施工过程数字化仿真与安全预警
厂房、边坡运行过程数字仿真与安全预警
施工与运行仿真三维
2011~
2011~
2016年商业发布
2019年11月Alpha 版发布
2020年6月Alpha 版发布
岩土BIM
(岩土三维设计)
2002~
国内
北美
3.2.2 岩土BIM 中的关键技术（边坡）
◼双引擎底层（GIM+BIM ）
☐连续和离散数学的建模算法
☐不规则约束和规则约束的编辑方式☐大量图形几何和空间数据的快速渲染能力
◼全三维的岩土工程对象CAD 设计
☐边坡和洞室整体轮廓的全三维设计和编辑☐细部结构对象的参数化设计与编辑
◼多种分析方法的合理应用
☐经验性地质方法为继承
☐针对性的解析法为重点☐复杂问题提供数值解
GIM ：兼容地质模型和对应的操作
BIM ：岩土工程设计对象的参数化操作
3.2.3 岩土BIM中技术路线（边坡）
创建等坡比的“理想”三维边坡模型根据地形地质条件平面变
化的平面轮廓形态调整
根据边坡类型和结构特征
的剖面轮廓形态调整
自动调整
手工调整
配图配图配图
3.2.4 岩土BIM 中的计算分析（边坡）
边坡基本特点土坡复合岩坡
块状
层状顺向
反向
横向和斜向边坡稳定分析土坡岩坡经验：Hoek 图解法
解析：瑞典圆弧、BiShop 、MP 块状层状经验：岩体结构解析：MP 、Sarma 、三维块体
经验：赤平投影
解析：单滑面（顺坡）、倾倒
（反向）、Slide 和块体（其他）
◼强调边坡基本条件（边坡类型和边坡结构）对计算分析方法选择、工况设计的指导意义◼避免计算与实际条件脱节的简单/常见错误
技术路线技术特点
3.2.5 岩土BIM边坡模块开发成果
4 认识与结论
◼“岩土工程BIM”是我国实现经济转型宏观战略大背景下、旨在实现“弯道超车”的概念和需求，迄今为止的技术积累具备条件；
◼本报告案例旨在揭示岩土工程BIM技术的基本目标是提高工作效率和成果质量，能否实现这一目标取决于三个要素：
☐底层技术：软件工具核心技术的先进性
☐产品化效果：软件应用功能的行业适应性
☐应用能力：应用者的熟练程度
◼尽管艰险重重，掌握核心技术的自主研发仍然是目前唯一可行路线，没有捷径！。