前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的BIM技術(shù)在石料場開采規(guī)劃設(shè)計(jì)中模擬，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

［摘要］為解決新疆某水利工程壩體填筑強(qiáng)度較高，石料場規(guī)劃開采量大的問題，文中利用AutodeskCivil3D軟件中放坡和曲面等功能，快速實(shí)現(xiàn)了石料場簸箕狀開采體型的設(shè)計(jì)理念。結(jié)果表明，bim技術(shù)可以高效準(zhǔn)確地完成大型石料場三維動態(tài)開采模型建立，并復(fù)核計(jì)算出石料場開采量大于工程所需原巖量，劃定了料場開采征地及邊坡支護(hù)范圍，石料場能夠滿足開采規(guī)劃設(shè)計(jì)的要求。

［關(guān)鍵詞］BIM技術(shù)；AutodeskCivil3D；石料場；開采規(guī)劃

1工程概況

新疆某水利工程為Ⅱ等大（2）型工程，由混凝土面板堆石壩、左岸2號生態(tài)放水洞、右岸表孔泄洪洞、中孔泄洪洞、1號生態(tài)放水洞、發(fā)電引水系統(tǒng)和電站廠房組成。主要建筑物級別：永久性主要建筑物中，大壩壩高203.0m，壩頂長550.0m，為1級建筑物，泄水及沖砂建筑物（表孔泄洪洞、中孔泄洪洞、生態(tài)放水洞）和發(fā)電洞、廠房、尾水渠為2級，其他永久性次要建筑物為3級，臨時(shí)性建筑物為4級。工程所需天然建筑材料包含墊層料、過渡料、堆石料、土料及混凝土骨料等，結(jié)合工程土石方平衡并根據(jù)SL303-2017《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]“料源選擇與料場開采”相關(guān)規(guī)定，經(jīng)計(jì)算，料場開采有用層原巖需1584.4萬m3。工程位于河流上游地帶，河谷呈“V”型，兩岸山體雄厚，岸坡陡峭；工程區(qū)天然砂礫石料場較為匱乏，但塊石料源及儲量較為豐富，開采條件較好，質(zhì)量指標(biāo)基本滿足技術(shù)要求。根據(jù)料源選擇結(jié)果，P2料場為混凝土骨料和大壩堆石料主要塊石料場。工程壩體填筑總量達(dá)1363.4萬m3，壩體填筑強(qiáng)度較高，料場開采供應(yīng)問題比較突出。另外，塊石料場開采方案對確定分層施工交通布置、邊坡支護(hù)[2]及水土保持方案[3]均有影響。針對如何準(zhǔn)確計(jì)算塊石料場開采量，劃定開采范圍，確定邊坡支護(hù)范圍等問題，下文運(yùn)用BIM動態(tài)仿真技術(shù)來完成料場開采體型建模，以達(dá)到較好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案模擬。

2開采規(guī)劃設(shè)計(jì)

P2塊石料場位于上壩址右岸下游3.8km山梁，高程2500～2900m，地表覆蓋有薄層的風(fēng)積粉土層，厚0.2～1.0m。料場巖性主要為下古生界奧陶—寒武系西合休巖組，呈NE向條帶狀產(chǎn)出，巖性主要為灰深灰色黑云（二云）石英片巖、二長變粒巖、灰綠色陽起鈉長綠泥片巖、夾灰綠色綠簾鈉長片巖，片理產(chǎn)狀為290°～310°SW∠45°～70°，屬中硬巖，干抗壓強(qiáng)度63～76MPa；飽和抗壓強(qiáng)度47～53MPa，軟化系數(shù)0.70～0.74。該料場強(qiáng)風(fēng)化層厚度1.0～3.0m，弱風(fēng)化層厚度10.0～15.0m，無用層平均厚度按7.0m考慮。根據(jù)料場地形、地質(zhì)條件，進(jìn)行開采設(shè)計(jì)規(guī)劃后，確定施工期料場規(guī)劃開采范圍控制在有效勘探范圍之內(nèi)。料場規(guī)劃開采范圍內(nèi)剝離層開挖邊坡坡比為1∶1，采用手風(fēng)鉆鉆孔，2m3挖掘機(jī)挖裝15t自卸車運(yùn)棄；巖石開挖邊坡坡比為1∶0.5，臺階高15.0m，每4級邊坡設(shè)1級6.0m的清掃平臺，一般臺階設(shè)置寬2.0m的馬道，采用ROCD7液壓鉆造孔，分層臺階法深孔梯段擠壓爆破開采，Y-28手風(fēng)鉆進(jìn)行超徑石二次破碎解小，邊坡采用預(yù)裂爆破。邊坡采用噴混凝土、坡頂鎖口錨桿、系統(tǒng)錨桿及錨筋樁支護(hù)：噴C25混凝土厚10cm，掛鋼筋網(wǎng)，直徑8mm，網(wǎng)格20cm×20cm；系統(tǒng)錨桿長4.5m，直徑25mm，間距2.0m×2.0m。每級邊坡頂部布設(shè)2排長9.0m、直徑32mm鎖口錨桿，間距2.0m×2.0m。局部巖石破碎或斷層區(qū)以錨筋樁（3?28，L=15.0m）隨機(jī)錨固。根據(jù)地下水活動情況，邊坡坡面布置排水孔，孔徑45mm，孔深2.0m，上仰角10°。

3建模設(shè)計(jì)

3.1建模思路

結(jié)合P2料場地形地質(zhì)條件，料場開采大致體型為簸箕狀，三面臨山，一面臨空，中間一平坦底板。靠近山體一側(cè)為連續(xù)多級馬道的高邊坡，遠(yuǎn)離山體一側(cè)臨河，高程較開采底板逐步降低，左右兩側(cè)毗鄰沖溝，為保證料場不受沖溝洪水影響，預(yù)留一定寬度的行洪通道，行洪通道外側(cè)向料場底板由連續(xù)邊坡過渡至底板。因此，料場開采體型主要由底板和三面開挖邊坡組成。結(jié)合上述設(shè)計(jì)理念，利用AutodeskCivil3D放坡功能模擬三維動態(tài)料場開采體型。

3.2建模步驟

3.2.1創(chuàng)建地形曲面。利用料場區(qū)域地形圖中等高線、高程點(diǎn)、高程塊等圖形對象創(chuàng)建地形曲面。具體操作步驟：工具空間→創(chuàng)建曲面→定義中依次運(yùn)用“等高線”“圖形對象”功能，添加區(qū)域范圍內(nèi)等高線、高程點(diǎn)、高程塊等圖形對象。另利用定義中“邊界”功能添加曲面外部邊界，可對已建曲面做邊界修飾?；谏鲜霾僮?，運(yùn)用“對象查看器”可動態(tài)查看料場地形曲面，并檢查其準(zhǔn)確性。P2料場三維效果見圖1。3.2.2初擬料場開采底板范圍線。1）料場底板長邊的確定：料場開采頂部高程一般由料場擬開采范圍，施工交通布置等因素決定。因施工現(xiàn)場山脊高聳，易受施工交通所限，選取料場初擬開采頂部高程線往往是山脊某一高程處的高程線。將其轉(zhuǎn)化成要素線，利用放坡功能，放坡規(guī)則選擇“高程-挖填坡度”，坡度為考慮馬道后的綜合邊坡；由頂部高程線放坡至底板高程，此時(shí)可得到與山脊軸線成垂直方向的開采底面范圍線。2）料場底板寬邊的確定：山脊兩側(cè)為天然沖溝，為考慮后續(xù)溝道排洪，不影響料場邊坡穩(wěn)定安全，可在溝道兩側(cè)預(yù)留一定距離的行洪寬度。行洪寬度范圍外劃定料場邊界，將其轉(zhuǎn)化成要素線，“指定高程”功能中從地形曲面提取高程值并賦值于料場邊界線，邊界線在新建放坡組2下，按照上述放坡步驟確定料場底板寬度方向邊線。三面底板線確定后，手動勾勒劃定一條要素線作為起坡線。3.2.3放坡料場底板及坡面1）放坡料場底板：選中起坡線，采用“距離~斜率”的規(guī)則向遠(yuǎn)離山體方向進(jìn)行放坡，可放至料場底板。此處距離寬度設(shè)置應(yīng)足夠覆蓋底板高程線范圍，斜率可取1/9999，近似水平。2）坡面放置：選中起坡線，采用“相對高程~斜率”和“相對高程~距離”的規(guī)則，向靠近山體方向逐級放至坡比1/0.5、高差-15.0m的坡面和寬2.0m或6.0m的水平馬道；放置馬道時(shí)，“相對高程~距離”中“相對高程”值設(shè)置為0.0001m，近似水平。要素線放坡至初擬開采頂部高程時(shí)，選擇要素線采用“曲面~挖填坡度”規(guī)則放坡至地形曲面與原地面相交。3）設(shè)置料場開采曲面邊界：利用分析中“曲面之間的最小距離”功能，提取地形曲面和放坡曲面之間的三維相交線，將其轉(zhuǎn)化為二維多段線，修整成一閉合多段線，添加作為放坡曲面邊界。3.2.4計(jì)算料場開采量。利用“放坡體積工具”，計(jì)算料場開采總體積（含無用層）。復(fù)制地形曲面，作為一輔助曲面1；選擇“放坡料場底板及坡面”中放坡曲面邊界的多段線，添加作為輔助曲面的邊界，邊界類型選擇“外部”，可得到料場范圍內(nèi)原始地形曲面；“曲面特性”—“統(tǒng)計(jì)信息”—查看該區(qū)域“三維曲面面積”，該數(shù)值與無用層平均厚度乘積為無用層剝離量。開采體積與無用層剝離量差值，即為料場開挖總量。3.2.5料場三維效果展示復(fù)制地形曲面，作為一輔助曲面2；選擇“放坡料場底板及坡面”中放坡曲面邊界的多段線，添加作為輔助曲面的邊界，邊界類型選擇“隱藏”，可得到料場范圍扣除的地形曲面。利用輔助曲面中“編輯”—“粘貼曲面”粘貼放坡曲面，此時(shí)可得到開采后的料場形態(tài)，在“對象查看器”可閱。如果曲面粘貼不成功，在“對象查看器”亦可選擇“輔助曲面”和“放坡曲面”兩者的聯(lián)合效果，亦可反應(yīng)料場開采后效果圖。

3.3建模結(jié)果

利用“對象查看器”可動態(tài)查看各個(gè)視角下料場開采情況。圖2為料場開采三維效果圖，料場開采體型呈簸箕狀，開挖總量1923.3萬m3，表層剝離量約289.7萬m3，料場底板面積13.2萬m2，邊坡支護(hù)面積26.4萬m2。P2料場開采頂部高程2750m，最終開采底部平臺高程2330m，開采最大高差約420.0m，覆蓋層開挖坡比為1∶1，巖石邊坡開挖坡比為1∶0.5，每隔15.0m設(shè)2.0m寬的馬道，每4級邊坡設(shè)1級6.0m的清掃平臺，馬道共計(jì)22級，清掃平臺共計(jì)5級。經(jīng)AutodeskCivil3D復(fù)核，該料場開采范圍內(nèi)有效儲量1923.3萬m3，該值大于工程所需原巖1584.4萬m3，表明該料場能夠滿足工程供料需求。

4結(jié)語

針對新疆某水利工程料場開采供應(yīng)問題，結(jié)合料場地形地質(zhì)條件，運(yùn)用BIM技術(shù)建立了料場開采模型。結(jié)果表明：AutodeskCivil3D創(chuàng)建BIM模型能夠快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念，基于三維可視化模型可以直觀認(rèn)識理解分析地形和料場開采方案，能夠滿足料場開采方案設(shè)計(jì)的要求；運(yùn)用Au?todeskCivil3D軟件對料場開采和邊坡支護(hù)等工程量計(jì)算及劃定開采和邊坡支護(hù)范圍，較平行斷面法在時(shí)效性和精確度上具有明顯優(yōu)勢。

［參考文獻(xiàn)］

［1］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范：SL303-2017［S］北京：中國水利水電出版社，2017.

［2］水利部規(guī)劃計(jì)劃司.水利水電工程可行性研究報(bào)告編制規(guī)程：SL/T618-2021［S］.北京：中國水利水電出版社，2021.

［3］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范：SL575-2012［S］北京：中國水利水電出版社，2012.

作者:常勝 單位:新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司