Инженерно-геологические основы BIM-технологий

И. А. Бусел
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  
BIM-ТЕХНОЛОГИЙ 
Монография  
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 

УДК 624.131.1 
ББК 26.3 
Б92 
Р е ц е н з е н т ы : 
доктор геолого-минералогических наук, профессор,   
академик Национальной академии наук Беларуси А. А. Махнач; 
доктор технических наук, профессор М. И. Никитенко 
Бусел, И. А. 
Б92     Инженерно-геологические основы BIM-технологий : монография /  
И. А. Бусел. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 408 с.  
ISBN 978-5-9729-0658-1 
Дана характеристика инженерно-геологических изысканий для строительства. 
Освещены концептуальные положения комплексной методологии инженерногеологических исследований и их оптимизации. Предложен подход к разработке методологии стройинжиниринга на основе объединенной технологии изыскательских,  
проектных, строительных и эксплуатационных работ в рамках единой организационнотехнической системы. Изложены основные аспекты применения BIM-технологий и закономерности трансформации модели как объекта управления строительным проектом 
на всех этапах жизненного цикла. 
Для инженеров-геологов, проектировщиков и специалистов строительной отрасли. Может быть полезно студентам, аспирантам и преподавателям вузов. 
УДК 624.131.1 
ББК 26.3 
ISBN 978-5-9729-0658-1 
© Бусел И. А., 2021 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

Посвящается светлой памяти 
моих учителей:
- Комарова Игоря Сергеевича, доктора геолого-минералогических наук, профессора, Лауреата Ленинской
премии;
- Лободенко Владимира Григорьевича, главного геолога БелГИИЗа (Геосервиса), члена-корреспондента Белорусской  инженерной академии

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................... 7
Глава 1. ФАКТОРЫ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ....................... 12
1.1. Общие положения ................................................................................................................ 12
1.2. Геоморфологические условия ............................................................................................. 14
1.3. Геологическое строение ...................................................................................................... 19
1.4. Гидрогеологические условия .............................................................................................. 27
1.5. Геологические и инженерно-геологические процессы .................................................... 40
1.6. Инженерно-экологические условия ................................................................................... 45
1.7. Некоторые особенности строения грунтовых толщ и физико-механических свойств грунтов  64
1.8. Категория сложности инженерно-геологических условий .............................................. 75
Глава 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ 
ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ............................................................................................ 79
2.1. Вертикальная зональность ледниковых толщ ................................................................... 79
2.2. Особенности методики моделирования показателей свойств грунтов ........................... 82
2.3. Геологические поля ледниковых отложений и реконструкция условий их формирования 85
2.4. Симметрия ледниковых отложений ................................................................................... 93
2.5. Пространственно-временные закономерности изменчивости свойств ледниковых 
отложений в связи с загрязнением геологической среды  
....................................................... 99
Глава 3. РЕГИОНАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 
ГРУНТОВ ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ  
........................................................................ 102
3.1. Основные теоретические и методические принципы региональной оценки свойств грунтов102
3.2. Исследование связей механических свойств грунтов с их косвенными признаками 
и составление региональных таблиц показателей свойств грунтов  
.................................... 105
3.3. Прогноз прочностных и деформационных характеристик моренных грунтов 
при изменении их влажности  
..................................................................................................107
Глава 4. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ 
ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ..............................................................................................111
4.1. Основы методики типологического инженерно-геологического районирования 
ледниковых отложений для целей массового строительства  
................................................111
4.2. Классификация ледниковых отложений .......................................................................... 118
Глава 5. МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ  
........ 121
5.1. Общие положения .............................................................................................................. 121
5.2. Визуальные наблюдения  
................................................................................................... 121
5.3. Аэрокосмические методы  
................................................................................................. 121
5.4. Геофизические методы ...................................................................................................... 123
5.5. Проходка горных выработок  ............................................................................................ 133
5.6. Полевые опытные инженерно-геологические работы  
................................................... 135
5.7. Гидрогеологические исследования  
.................................................................................. 146
5.8. Стационарные наблюдения ...............................................................................................149
5.9. Лабораторные исследования ............................................................................................. 154
5.10. Обследование и геотехническая диагностика оснований ............................................ 156
Глава 6. КА
ЧЕСТВО И ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ 
ПОЛУЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ  
......................... 159
6.1. Точность определения показателей физико-механических свойств грунтов ............... 159
6.2. Эффективность методов получения информации о свойствах грунтов ....................... 164
6.3. Объединение результатов измерений  
.............................................................................. 167
6.4. Управление качеством инженерно-геологической информации ................................... 168
5

Г
лава 7. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ  
..... 172
7.1. Общие положения .............................................................................................................. 172
7.2. Инженерно-геологическая рекогносцировка  
.................................................................. 175
7.3. Инженерно-геологическая съемка  
................................................................................... 176
7.4. Инженерно-геологическая разведка 
................................................................................. 186
7.5. Изыскания (работы) в период строительства и по его окончании ................................ 202
7.6. Изыскания в период эксплуатации  .................................................................................. 206
7.7. Изыскания для реконструкции зданий 
............................................................................. 209
7.8. Инженерно-экологические изыскания ............................................................................. 216
7.9. Комплексная диагностика зданий и сооружений, эксплуатирующихся 
при динамических воздействиях ............................................................................................. 228
7.10. Камеральные работы  
....................................................................................................... 243
7.11. Отчет (заключение) об инженерно-геологических изысканиях .................................. 250
Глава 8. ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОЙ МЕТОДОЛОГИИ ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ МАССОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА 
... 253
8.1. Основные положения системного подхода  
..................................................................... 253
8.2. Типовые схемы геолого-технических объектов .............................................................. 256
8.3. Методика изучения и оценки геолого-технических объектов ....................................... 261
8.4. Комплексирование методов определения свойств грунтов  
........................................... 268
8.5. Инженерно-геологические основы комплексной технологии изыскательских, 
проектных и строительных работ . 
.......................................................................................... 272
Глава 9. ОПТИМИЗАЦИЯ ОБЪЕМОВ 
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 
.................................................. 279
9.1. Структура стратегии управления процессом изучения и оценки геологотехнических объектов  .............................................................................................................. 279
9.2. Принципиальная технологическая схема оптимизации процесса инженерногеологического изучения и оценки геолого-технических объектов  
.................................... 284
9.3. Оптимизация проектно-изыскательных работ нулевого цикла  .................................... 287
9.4. Геотехногенные системы  
.................................................................................................. 295
9.5. Оптимизация функционирования геолого-техногенных систем 
................................... 299
9.6. Основы методологии прогнозирования геотехногенных систем .................................. 304
Глава 10. ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ СТРОЙИНЖИНИРИНГА 
............................. 313
10.1. Общие положения ............................................................................................................ 313
10.2. Объект и предмет стройинжиниринга. Определение научного направления ............ 317
10.3. Предметная область стройинжиниринга ....................................................................... 320
10.4. Жизненный цикл строительной продукции как объект управления  
.......................... 323
10.5. Методологические принципы стройинжиниринга ....................................................... 332
10.6. Разработка моделей систем управления стройинжинирингом  ................................... 334
10.7. Концепция разработки систем управления бизнес-процессами стройинижиниринга 
.... 342
10.8. Методологические основы комплексной информатизации систем управления 
строительными проектами ....................................................................................................... 350
Г
лава 11. ОСНОВЫ BIM-ТЕХНОЛОГИЙ .............................................................................. 369
11.1. Общие положения ............................................................................................................ 369
11.2. Основные принципы BIM-технологий 
........................................................................... 378
11.3. Жизненный цикл строительной продукции и BIM-технологии .................................. 381
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................................ 388
ЛИТЕРАТУРА  
........................................................................................................................... 395
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ  ............................................................................................... 402
6

ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Для закладки фундаментов храмовых зданий
следует рыть до глубины твердых пород,
если они могут быть найдены,
и закладывать фундамент в твердых пластах,
на глубине, сообразной с величиной
сооружения … 
Если же не окажется твердых земляных пород,
а место будет до самой глубины с наносной
землей или болотистое, то нужно раскопать
это место, освободить его от земли и забить
ольховые,  или оливковые, или  дубовые
обожженные сваи; эти сваи надо вбивать
механическими средствами как можно чаще …
Витрувий,  Об архитектуре
Каждое здание  или сооружение, большое  или малое, в городе или 
сельской местности, передает нагрузки, которые они несут, основанию. 
Для гарантии безопасности всех зданий и сооружений необходимо точно 
знать инженерно-геологические условия строительной площадки. Однако в этом случае, как и для многих других очевидных вещей, оказывается справедливой английская пословица: «Близкое знакомство обнажает 
недостатки», что подтверждается примерами длительной истории строительства. На указанной « очевидности» следует остановиться еще раз, 
поскольку планирование городских и сельских поселений, размещение 
промышленных предприятий и другое инженерно-хозяйственное освоение территорий должно начинаться с оценки влияния инженерно-геологических особенностей на все то, что возводится на поверхности.
В настоящее время, когда во всех странах мира происходит стремительный рост числа больших и малых городов, территориально-промышленных комплексов и инженерных сооружений, их реконструкция, проблемы строительства и их связь с инженерно-геологическими условиями 
становятся исключительно актуальными.
В последнее время практике проектно-строительных работ все активнее применяются технологии BIM.
Аббревиатура BIM означает Building Information Modeling и с английского языка переводится как «информационное моделирование зданий.»
Пока нет однозначного толкования, что понимается  под BIM- 
 
модель как результат деятельности, или это процесс моделирования, 
поэтому аббревиатуру BIM используют в двух случаях: для процесса и 
для модели. 
7

Анализ использования BIM-технологий в проектировании и строительстве показывает, что практически во всех построениях не учитывается такой важный этап жизненного цикла  здания, как изыскания и создание на 
их основе нулевых циклов, затраты на возведение которых в современных 
условиях достигают  до 30 и более процентов от стоимости строительномонтажных работ.
В связи с этим, представляется важными инженерно-геологические 
аспекты получения информации о грунтовых основаниях и последующего 
использования ее в информационном моделировании зданий и сооружений.
В настоящей работе рассмотрены подходы к оценке инженерно-геологических условий для строительства, ибо от методологии организации 
технологического процесса инженерных изысканий зависит качество и 
достоверность получения геотехнических параметров, используемых при 
информационном моделировании зданий, в процессе которого должны выделятся следующие структурные уровни: геотехнические конструкции, геолого-технические объекты, геолого-техногенные системы ( определение 
терминов дано в главе 10, раздел 10.1).
Изложенные в работе методологические основы инженерно- геологических изысканий для строительства и разработки информационных систем управления строительными проектами могут быть полезны изыскателям, проектировщикам и строителям в принятии оптимальных решений 
при внедрении BIM-технологий в практику проектирования и строительства зданий и сооружений. 
В последние годы в геотехнике разработан ряд ТНПА (см. приложение Нормативные ссылки), которые по сути являются повторением существовавших ранее нормативно-методических документов и не вносили существенного прогресса в инженерно-геологические изыскания, т. к. они в основном распростроняются на правила 
проектирования и устройства фундаментов и оснований.
В своем стремлении к созданию детерминированных моделей, позволяющих делать изящные геометрические построения, геотехники наталкиваются 
на ряд реальных и редко преодолимых трудностей. Главная из них удручающая неоднородность состава, строения и свойств грунтовых массивов, служащих основаниями зданий и сооружений, а не однородное упругое полупространство, как это выглядит в упрощенных математических построениях.
Необходимы принципиально новые решения как по извлечению инженерно-геологической информации о грунтах и ее представлению проектировщикам, так и по методологии расчетов оснований и фундаментов с 
привлечением статистической механики композитов и других методов расчета, позволяющих учитывать реальные свойства грунтов в каждой точке 
исследуемого массива и их изменчивость в пространстве и времени.
8

В контексте сказанного, к инженерно-геологическим изысканиям должны предъявляться особые требования, т.к. их областью исследования является самая непредсказуемая часть будущей геотехнической конструкции.
Инженерно-геологические изыскания для строительства должны выполняться в порядке, установленном законодательными и техническими 
нормативными и правовыми актами (ТНПА), а также на основе широкого 
использования научно-технических разработок в этой области знания.
Особую актуальность приобретает достоверность оценки различных 
факторов инженерно-геологических и экологических условий площадок 
строительства и реконструкции, оценки особенностей строения грунтовых 
толщ и физико-механических свойств грунтов.
С целью получения максимально точных результатов, необходимо из имеющегося арсенала методов и средств изучения и оценки природных условий 
выбрать наиболее оптимальный комплекс, который в каждом конкретном случае позволит получить необходимый и достаточный объем инженерно-геологической информации для принятия наиболее эффективных проектных решений.
Инженерно-геологические изыскания как вид строительной деятельности 
должны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий территорий проектируемого строительства (района, пункта, площадки, 
участка, трассы) с целью получения материалов и данных, необходимых и достаточных для обоснования возможности размещения объектов, решения задач их проектирования, строительства и эксплуатации, составления прогноза 
изменения инженерно-геологических и инженерно-геоэкологических условий 
в сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой и другими существующими или проектируемыми объектами, обоснования, при необходимости, инженерной защиты, а также мер по охране окружающей среды.
Ибо «Всякое рукотворное создание, нарушающее равновесие природной 
системы, подвергается разрушению и тем быстрее, чем оно менее рационально в данных природных условиях» (Эжен-Эммануил Виолле ле Дюк).
Выполнение изысканий, отдельных видов работ или их комплексов в 
период строительства, по его окончании и при эксплуатации объекта должно 
предусматриваться в разрабатываемой проектной документации, приведенной в таблице:
Стадия изысканий
Стадия разработки проектной документации
Изыскания для предпроектной 
документации
Обоснование инвестиций в строительство объектов; градостроительный проект
Изыскания для проекта
Архитектурный проект «А»
Изыскания для рабочего проекта
Строительный проект «С» с утверждаемой 
архитектурной частью «АС»
Изыскания для рабочей документации Строительный проект «С»
9

Научно-методологические основы комплексного метода инженерногеологического изучения и оценки грунтовых толщ для массового строительства рассмотрены в данной работе применительно к отложениям ледникового комплекса, который является наиболее сложным  массивом как 
с точки зрения геологического строения, состава и физико-механических 
свойств, так и характерной для этих отложений чрезвычайно сложной изменчивостью свойств  грунтов, как по площади, так и по глубине.
Изложенные в работе методические принципы могут быть применены и при изучении и оценке и других видов грунтов с учетом их специфических особенностей.
Одной из мер эффективности методики инженерно-геологического изучения и оцен 
ки этих отложений может служить степень экономичности 
проектных решений и снижения стоимости строительства народнохозяйственных объектов, которая непосредственно связана с изучением и оценкой физико-механических свойств горных пород. Достоверные данные 
об этих свойствах и их изменчивости в пределах строительной площадки 
позволяют принять технические решения, наиболее экономичные с точки 
зрения стоимости и трудозатрат при выполнении работ нулевого цикла.
Перспективное планирование размещения территориально-промышленных 
ком 
плексов, различных видов строительства и другого хозяйственного освоения территории, разработка комплексных схем охраны окружающей среды, районных планировок и ген 
планов городов, создание государственного кадастра территорий, как 
целевой геоинфор 
мационной системы, требуют регионального изучения и оценки 
законов взаимосвязи ин 
женерно-геологических свойств пород, их пространственной 
изменчивости, инженерно-геологического районирования и типизации ледниковых 
отложений применительно к це 
лям и задачам массового строительства.
Точность и надежность прогноза механических свойств грунтов, служащих естественным основанием для объектов промышленного, гражданского 
и других видов строительства, обеспечивает высокую достоверность расчетов оснований зданий и сооружений,выполняемых проектировщиками.
В настоящее время в строительной практике назрела необходимость 
применять та 
кие инженерные решения, где выделение сооружения, фундамента и основания стало бы в известной мере условным, т.е. объединить 
их в единый геолого-технический объект, пред 
ставляющий собой сложную геотехногенную систему определенного структурного уровня.
Увеличение в последние годы темпов строительства и задача снижения его стоимости влечет за собой необходимость оп 
тимизации процесса инженерно-геологического изучения застраиваемых территорий 
и ре 
конструируемых зданий. Одна из основных проблем оптимального 
инженерно-геологического изучения геолого-технических объектов - координация локальных проектно-изыскательских решений для достижения 
10