CN105155461B - 基于bim的高边坡施工动态模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于BIM的高边坡施工动态模拟方法，该方法包括利用BIM平台，集成边坡勘测、设计成果，实时动态采集开挖、支护过程及进度信息、动态采集安全监测数据，利用参数化建模技术，实现综合形象展现与动态模拟，动态展现开挖、支护的施工进展形象、支护成果分布、同步展现安全监测的状态，并以此为基础跟踪边坡支护跟进与滞后情况，基于工程部位分析下层开挖、支护施工对安全监测状态的影响。本发明能够实现施工进度的动态可视化展现，反映任意时期的动态开挖、支护与安全监测形象，实现基于时间轴的过程动态模拟，对比分析下层开挖与上层支护形象，对比分析安全监测成果与开挖支护形象之间的变化规律，辅助作出边坡安全与稳定状态判断。

Description

基于BIM的高边坡施工动态模拟方法

技术领域

本发明涉及施工期动态数字化施工模拟，具体地指一种基于BIM(建筑物信息模型)的高边坡施工动态模拟方法。

背景技术

高边坡施工在大型的水利水电工程中十分常见，高边坡处理施工主要包括边坡的开挖、支护工程，边坡施工过程中的进度控制及施工过程中的边坡动态稳定与结构安全评价是边坡处理工程管理的核心，而施工过程中的支护及时跟进、实现动态安全监测与评价是保证工程进度与安全的重要技术手段与措施。

边坡施工中必须在保证工程施工进度的同时，确保边坡施工过程中的结构稳定，避免出现因边坡失稳而导致工程重大质量与安全事故发生。传统的分析手段包括埋设安全监测仪器(锚索应力计、多点位移计、位移观测桩等)进行动态安全监测，一旦发现异常，采取停工排险等紧急补救措施；基于有限元分析计算结果进行动态安全评价，根据评价结果优化施工方案，增加支护手段等；但这些手段存在直观性不强，无法实现进度与监测成果的集成分析，仿真计算结果与实际情况存在较大偏差等问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于BIM的高边坡施工动态模拟方法，该方法利用BIM技术，利用边坡勘测、设计成果，结合现场实时采集的施工进度信息、安全监测信息，实现基于三维可视化平台进行综合展示，为动态安全评判的提供有效的手段。

实现本发明目的采用的技术方案是一种基于BIM的高边坡施工动态模拟方法，该方法包括利用BIM平台，集成边坡勘测、设计成果，实时动态采集开挖、支护过程及进度信息、动态采集安全监测数据，利用参数化建模技术，实现综合形象展现与动态模拟，动态展现开挖、支护的施工进展形象、支护成果分布、同步展现安全监测的状态，并以此为基础跟踪边坡支护跟进与滞后情况，基于工程部位分析下层开挖、支护施工对安全监测状态的影响。

在上述技术方案中，利用BIM平台，集成边坡勘测、设计成果，包括边坡的原始地形信息，边坡设计结构面信息，梯段起止高程、分梯段的开挖体信息。

在上述技术方案中，所需的开挖、支护过程与进度信息，包括每个开挖施工单元的控制点坐标，收方控制点信息；喷锚支护的单元控制点，锚杆布置信息、喷砼厚度信息；锚索的空间布置信息、类型及吨位信息。

在上述技术方案中，所述的动态安全监测数据，包括锚索测力计、多点位移计、外观变形观测桩等仪器及测点的布置参数、埋设信息、实时的监测结果值。

在上述技术方案中，所述的参数化建模技术包括基于梯段模型的开挖形体动态分切、喷锚单元的动态锚索布置、锚索单元的动态布置、安全监测仪器的动态布置；支持基于参数数据的快速模型构建。

在上述技术方案中，在三维BIM平台中利用权利五所述的参数化建模技术，实现施工进度的动态可视化展现，反映任意时期的动态开挖、支护与安全监测形象，实现基于时间轴的过程动态模拟，并在此基础上，对比分析下层开挖与上层支护形象，对比分析安全监测成果与开挖支护形象之间的变化规律，辅助作出边坡安全与稳定状态判断。

附图说明

图1为本发明基于BIM的高边坡施工动态模拟方法的流程图。

图2为开挖单元参数化切割流程图。

图3为喷锚单元参数化布置流程图。

图4为锚索参数化布置流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明基于BIM的高边坡施工动态模拟方法包括：

根据边坡工程的特点及施工要求，首先实现对边坡原始地形、边坡开挖成型结构面、开挖梯段模型进行集成管理，形成边坡BIM模型；再在施工过程中动态收集开挖进度、喷锚进度、锚索施工进度信息，并在结构、空间上与BIM进行关联；同时，集成管理安全监测仪器布置信息及动态监测数据，在此基础上，利用一系列参数化的建模方法，实现边坡形象与监测状态的动态参数化显示，并基于时间轴实现过程展现与动态形象模拟。

其中，原始地形采用MESH网格记录，开挖体模型根据原始地形信息、梯段设计信息及开挖结构面信息事先分梯段构建，支护模型采用直接使用开挖结构面设计参数构建；在模型构建的同时，定义各个梯段的桩号控制点信息，用来描述开挖、支护施工的进度，并定位验收单元的分布。

针对开挖进度展示，如图2所示，以梯段为基础，结合施工单元的部位(起止桩号)，在梯段模型上进行参数化切割，形成开挖单元模型，根据实际的开始、结束、验收时间来确定当前单元在某一时刻的状态，包括未开始、施工中、已完成、已验收等。

边坡支护施工常见的包括喷混凝土、锚杆、锚索等。

喷锚单元的锚索一般按等间距布置、非常密集，无法对没一根锚杆进行量化管理，本方案采用根据布置参数示意性布置的方法来实现，主要流程未：获取喷锚单元的控制点信息，构建喷锚单元三维边界，利用纵向布置间距参数生成等间距的横向布置线，在横向布置线的基础上根据水平布置间距批量生成等间距的锚杆布置点，支持矩形与星形布置。在此基础上，利用不同的颜色、可见性设置方法来动态显示单元的施工状态，如图3所示。

锚索是边坡支护的重要手段，传统的锚索布置参数逐个物理建模的方式，工作量大、数据无法及时更新，本方案通过定义锚索标准结构模型，结合锚索的孔口空间坐标、方位角、倾角、长度等参数，实现参数化构建，一步批量生成，并通过颜色、透明度设置等手段实现单根锚索的类型、状态信息展现，如图4所示。

监测仪器的参数化布置与锚索的参数化布置过程类型，针对外观观测桩、锚索应力计、多点位移计等监测仪器定义不同的标准结构模型，实现布置形象展示，并在此基础上，支持测值信息的动态参数化显示。

参数化模型形成后，系统实现基于时间线的动态播放功能，动态获取任意时刻的边坡开挖、支护梯段、单元的进度信息及各个测点的安全监测测值数据，实时刷新三维场景界面，实现施工过程的动态模拟。

Claims (3)

1.一种基于BIM的高边坡施工动态模拟方法，其特征在于：利用BIM平台，集成边坡勘测、设计成果，包括边坡的原始地形信息，边坡设计结构面信息，梯段起止高程、分梯段的开挖体信息；

实时动态采集开挖、支护过程及进度信息，所需的开挖、支护过程与进度信息，包括每个开挖施工单元的控制点坐标，收方控制点信息；喷锚支护的单元控制点，锚杆布置信息、喷砼厚度信息；锚索的空间布置信息、类型及吨位信息；

动态采集安全监测数据，利用参数化建模技术，实现综合形象展现与动态模拟，动态展现开挖、支护的施工进展形象、支护成果分布、同步展现安全监测的状态，并以此为基础跟踪边坡支护跟进与滞后情况，基于工程部位分析下层开挖、支护施工对安全监测状态的影响；所述的动态安全监测数据，包括锚索测力计、多点位移计、外观变形观测桩及测点的布置参数、埋设信息、实时的监测结果值；

所述参数化建模技术包括：

原始地形采用MESH网格记录，开挖体模型根据原始地形信息、梯段设计信息及开挖结构面信息事先分梯段构建，支护模型采用直接使用开挖结构面设计参数构建；在模型构建的同时，定义各个梯段的桩号控制点信息，用来描述开挖、支护施工的进度，并定位验收单元的分布；

以梯段为基础，结合施工单元的部位，在梯段模型上进行参数化切割，形成开挖单元模型，根据实际的开始、结束、验收时间来确定当前单元在某一时刻的状态，包括未开始、施工中、已完成、已验收，以实现开挖进度展示；

边坡支护施工包括喷混凝土、锚杆、锚索，喷锚单元采用根据布置参数示意性布置的方法来实现，包括：获取喷锚单元的控制点信息，构建喷锚单元三维边界，利用纵向布置间距参数生成等间距的横向布置线，在横向布置线的基础上根据水平布置间距批量生成等间距的锚杆布置点，支持矩形与星形布置，在此基础上，利用不同的颜色、可见性设置方法来动态显示单元的施工状态；通过定义锚索标准结构模型，结合锚索的孔口空间坐标、方位角、倾角、长度参数，实现参数化构建，一步批量生成，并通过颜色、透明度设置的手段实现单根锚索的类型、状态信息展现；

针对外观观测桩、锚索应力计、多点位移计定义不同的标准结构模型，实现监测仪器的参数化布置形象展示，并在此基础上，支持测值信息的动态参数化显示；

参数化模型形成后，系统实现基于时间线的动态播放功能，动态获取任意时刻的边坡开挖、支护梯段、单元的进度信息及各个测点的安全监测测值数据，实时刷新三维场景界面，实现施工过程的动态模拟。

2.根据权利要求1所述基于BIM的高边坡施工动态模拟方法，其特征在于：所述的参数化建模技术包括基于梯段模型的开挖形体动态分切、喷锚单元的动态锚索布置、锚索单元的动态布置、安全监测仪器的动态布置；支持基于参数数据的快速模型构建。

3.根据权利要求1所述基于BIM的高边坡施工动态模拟方法，其特征在于：在三维BIM平台中利用所述的参数化建模技术，实现施工进度的动态可视化展现，反映任意时期的动态开挖、支护与安全监测形象，实现基于时间轴的过程动态模拟，并在此基础上，对比分析下层开挖与上层支护形象，对比分析安全监测成果与开挖支护形象之间的变化规律，辅助作出边坡安全与稳定状态判断。