【BIM应用】BIM滑坡地质灾害监测

滑坡是常见的地质灾害类型。由于滑坡体体积大、水平位移大，危害十分严重。我国发生滑坡规模大、频率高，滇西北、滇东北、川西、陕南、辽东、甘南都是滑坡多发地区。

我国地质条件复杂，地震洪水频发，更加重了滑坡的发生。2017年08月08日，四川九寨沟发生地震，震后滑坡不断，对道路造成了严重破坏。

搜救队挺进九寨沟滑坡体

滑坡往往造成滑坡体覆盖轨道，甚至掩埋列车，对行车安全构成极大的威胁，因此，滑坡是对铁路线路威胁最大的地质灾害。

加拿大Frank大滑坡导致83人死亡，危及4km铁路

滑坡地质灾害监测预警是一项复杂的系统工程，随着大数据和云计算等技术的发展，GIS三维地质建模监测预警、信息技术地质灾害监测系统、云计算地质灾害监测数据共享机制逐渐应用到地质灾害监测中。

构建BIM模型为基础的云计算框架，实现对地质灾害多源监测数据的快速集成与分析，可提高地质灾害预警的时效性。

模型构建

CATIA具有强大的曲面造型功能，可快捷利用基础工程地质信息创建三维地质模型。

地表曲面模型

根据勘察范围内的工程地质平面图，提取反映滑坡区域的地形数据。利用CATIA中的DSE模块，导入离散点数据生成点云。

通过对点云数据进行编辑优化得到地表模型网格面，在QSR模块中得到地表曲面模型数据。

地表面曲面模型

滑坡体模型

在GSD模块中，将地表曲面模型拉伸得到实体模型。

通过分析钻孔数据、剖面数据和其他地质资料，得到地层分界面的点数据或者岩体分界面的产状等数据信息。

通过插值处理，得到不同地层分界面或岩体分界面。

按照从新到老的规则依次将各套地层从实体模型上剥离。

地层实体模型

切割得岩体模型

构建完初期的BIM模型，要根据地质经验复核和修正，直到符合实际情况为止。

数据库系统

地质灾害GIS数据库系统

地质灾害GIS数据库系统采用ORACLE数据库作为后台数据库。同时搭配ArcSDE（空间数据库引擎），用于ArcGIS对数据库信息的访问和管理。

后台数据库包括基础空间数据库和专业信息数据库。

地质灾害GIS数据库

地质灾害变量字典

地质灾害变量字典建立本地端及与之相关的SCADA节点或工作站的系统实时数据库的源。提供对地质灾害与防治项目监测数据的实时报表与实时趋势分析。地质灾害变量字典还建立本地端及与之相关的SCADA节点或工作站的系统历史数据库的源，对RTDB进行历史数据库的转储和相关的数据处理。

地质灾害变量字典

BIM能在工程全生命周期各阶段迭代地进行数据增量处理，构建的BIM模型主要具有以下功能：

• 滑坡区域工程地质信息管理

• 现场监测数据在线实时查看和预警速报

• 滑坡体动态变化模拟

  工程应用

  用CATIA软件建立松潘滑坡区域三维地质模型，将模型空间几何信息导入数据库系统，在浏览器中重构滑坡地质模型。

  

  BIM滑坡模型

  滑坡区域工程地质信息查看

  BIM滑坡监测模型除反映地形地貌和地质构造信息外，通过点击三维模型上的钻孔或测线图标，还可查看钻孔信息、剖面信息等其他地质要素，支持虚拟钻孔和任意角度剖切地质体模型。

  现场监测信息展示

  在三维地质模型上通过放大和旋转操作，可方便地查看监测仪器的空间布置情况。

  

  三维模型剖面信息

  

  三维模型钻孔信息

  滑坡体动态变化模拟

  滑坡体稳定性因素达到预警阈值时，通过有限元分析计算得到网格节点位移信息。

  通过更新节点位移数据库，实现BIM模型的协同变化；当节点位移持续增大，可看到BIM滑坡模型滑坡边缘产生微小裂缝。

  

  位移云图

  地质灾害监测是一个长期的系统工程，随着物联网技术的发展，利用传感器进行长期的自动化精密监测具有诸多优势。将BIM模型应用于地质灾害监测中，不仅实现了传统物联网系统的实时监测预警，而且实现了根据现场监测数据变化的三维地质模型的协同动态变化，体现了BIM模型的可视化、协调性、模拟性等特点。

  参考文献：

  张菖，等.《基于BIM的三维滑坡地质灾害监测方法及应用》.

  李永伟.《滑坡对铁路工程的危害及防范措施探究》.

  王涛，等.《国内外典型工程滑坡灾害比较》.

  

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