CN105625272B - 土石坝的3d建造系统及建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土石坝的3D建造系统，包括一工程建设调度模组及一3D建造流水线作业模组，所述工程建设调度模组用于对土石坝的建造过程进行调度，并将调度指令发送给3D建造流水线作业模组；所述3D建造流水线作业模组接收到调度指令后，按照调度指令完成土石坝的建筑；所述工程建设调度模组包括一工程建设3D数字模型模组、一3D数字模型分层切片处理模组及一调度和监控施工过程模组；所述3D建造流水线作业模组包括一坝料开采模组，一坝料配送模组以及一碾压成形模组。本发明进一步提供一种利用土石坝的3D建造系统建造土石坝的方法。

Description

土石坝的3D建造系统及建造方法

技术领域

本发明属于水利工程建造领域，涉及一种土石坝3D的建造系统及建造方法，特别涉及一种碾压土石坝、堆石坝的3D建造系统及建造方法。

背景技术

土石坝是历史最为悠久的一种坝型，目前，土石坝是世界大坝工程建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。近代的土石坝筑坝技术自20世纪50年代以后得到发展，并促成了一批高坝的建设，但大多还是处于在人工的组织管理和经验的参考下进行施工，在建造施工过程中有低效率、易误判、失精准、易发生安全事故等不足之处，所以有必要提出一种智能化的土石坝建造技术。

目前，国内外还没有研究者开展针对智能建坝技术方面研究。土石坝建造主要还是靠人工的组织管理及在使用施工机械的基础上进行，施工指导主要以二维工程设计为主，施工设计比较繁琐，人为干预量很大，从而导致人为的主观因素误差比较大，给工程师们和施工人员带来极其不便。而且，随着坝工技术的发展，砼重力坝、拱坝的技术不断提高，同时橡胶坝等新型坝型不断的运用，传统土石坝存在着填筑量大带来的建设时间长的缺点显得极为突出，如何在充分发挥土石坝本身的技术要求低、对坝基适应性强、当地材料使用充分的传统优势下加快施工进度，成为坝型选择的重要方面，在确保填筑施工质量及安全运行的前提下快速施工是各方业内关心的一个问题。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种能够克服土石坝建造技术存在的上述不足，快速高效的土石坝建造方法。

一种土石坝的3D建造系统，包括一工程建设调度模组及一3D建造流水线作业模组，所述工程建设调度模组用于对土石坝的建造过程进行调度，并将调度指令发送给3D建造流水线作业模组；所述3D建造流水线作业模组接收到调度指令后，按照调度指令完成土石坝的建筑；所述工程建设调度模组包括一工程建设3D数字模型模组、一3D数字模型分层切片处理模组及一调度和监控施工过程模组；所述工程建设3D数字模型模组用于形成土石坝的3D数字模型，3D数字模型分层切片处理模组对所述土石坝的3D数字模型进行分层处理，形成土石坝填筑单层数字模型；所述调度和监控施工过程模组是根据土石坝填筑单层数字模型所含的信息数据，调度并监控各施工设备逐层进行土石坝的填筑；所述3D建造流水线作业模组包括一坝料开采模组，一坝料配送模组以及一碾压成形模组。

一种采用如上所述的土石坝的3D建造系统进行土石坝的建造方法，包括如下步骤：

步骤S10，启动3D数字模型分层切片处理模组对所述土石坝的3D数字模型进行分层处理，得到土石坝填筑单层数字模型；

步骤S20，根据土石坝填筑单层数字模型，调度和监控施工过程模组根据3D流水线作业的工序数目将土石坝填筑单层数字模型沿坝轴线分成面积大致相等的多个填筑区段，自动获取单层每一填筑区段的坝料订单，并传送给坝料开采模组；同时，将每一填筑区段分为多个小单元，自动获取每一小单元对应的地理坐标、料类及密实度，并将地理坐标、料类及密实度传送给坝料配送模组；

步骤S30，调度和监控施工过程模组根据每一填筑区段的空间信息以及每一小单元对应的地理坐标、料类及密实度，获得每一小单元对应的碾压质量参数，并且自动规划各个填筑区段进行碾压的路径，得到施工工作面规划碾压路径图，并将施工工作面规划碾压路径图及碾压质量参数传输给碾压成形模组；

步骤S40，所述坝料开采模组接收坝料订单并根据坝料订单对坝料进行按需开采，并实时将备料信息回馈至工程建设调度模组；

步骤S50，所述坝料配送模组接收每一小单元的地理坐标、料类信息，并根据地理坐标、料类信息将坝料精确配送至填筑面每一小单元对应位置，并实时将物流配送信息回馈至工程建设调度模组；

步骤S60，所述碾压成形模组根据施工工作面规划碾压路径图及碾压质量参数对坝料进行碾压，并实时向工程建设调度模组发送碾压质量参数、实际碾压路径。同时实时采集碾压面地理坐标信息，并将碾压面地理坐标信息实时回馈至工程建设调度模组，以便生成下一层土石坝填筑面及下一层单层数字模型并对碾压质量进行监控；

步骤S70，依次逐层循环步骤S10至步骤S60，直至完成土石坝建筑。

相对于现有技术，本发明提供的土石坝的3D建造系统及建造方法，通过对土石坝三维数字模型进行切片处理，能够精确分析单层填筑料的信息，调度施工设备进行高效的流水线作业，逐层施工，能实现大坝建造智能化、快速化、精准化和高效化。这种建造技术适应于各类型的碾压土石坝、堆石坝等。

附图说明

图1为本发明实施例提供的土石坝的3D建造系统的模块化结构示意图。

图2为本发明实施例提供的土石坝的3D建造系统的原理示意图。

图3为本发明的土石坝的3D建造系统的流程图。

图4为本发明的土石坝的3D建造系统的工艺流程图。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。

请一并参阅图1及图2，本发明实施例提供的土石坝的3D建造系统100包括一工程建设调度模组10及一3D建造流水线作业模组20，所述工程建设调度模组10用于对土石坝的建造过程进行调度，并将调度指令发送给3D建造流水线作业模组20；所述3D建造流水线作业模组20接收到调度指令后，按照调度指令完成土石坝的建筑。

所述工程建设调度模组10包括一工程建设3D数字模型模组110、一3D数字模型分层切片处理模组120及一调度和监控施工过程模组130。所述工程建设3D数字模型模组110用于形成土石坝的3D数字模型；3D数字模型分层切片处理模组对所述土石坝的3D数字模型进行分层处理，形成土石坝填筑单层数字模型；所述调度和监控施工过程模组130用于调度并监控各施工设备逐层进行土石坝的填筑，完成土石坝填筑。

具体的，所述工程建设3D数字模型模组110通过土石坝的数字信息，形成所需建筑的土石坝的3D数字模型。

所述3D数字模型分层切片处理模组120对所述土石坝的3D数字模型进行分层处理，所述3D数字模型分层切片处理模组120集成已筑坝面的坐标信息，得到碾压面的坐标集，通过点生成面的方式，生成已筑坝面的模型。然后在所述土石坝3D数字模型中，通过剖切得到以已筑坝面为底面，所需单层填筑高度为高的土石坝填筑单层数字模型。本实施例中，所述单层数字模型大致为梯形体，即所述土石坝填筑单层数字模型的横截面大致为梯形。

获得施工所需的土石坝填筑单层数字模型后，所述调度和监控施工过程模组130根据3D建造流水线作业模组20的主要工序数目，把该土石坝填筑单层数字模型沿坝轴线分成面积大致相等的多个填筑区段，以便在填筑工程中进行流水线作业。施工所需的填筑区段模型划分好后，对每一填筑区段模型分成多个小单元，并且每一小单元对应一个唯一的地理坐标和填筑料的物理特性。同时，所述调度和监控施工过程模组130自动获取每一填筑区段各填筑料的料类及其需求量，即坝料订单信息，以及每一小单元对应的填筑料信息、坐标信息，所述填筑料信息包括料类及密实度；所述调度和监控施工过程模组130在各个填筑区段工作面上自动规划进行碾压路径，得到施工工作面规划碾压路径图，路径规划要求达到不漏压、不重复碾压的目的。

进一步，所述调度和监控施工过程模组130根据分层切片所获取的每一填筑料信息，自动优化施工组织设计，按施工进度的要求，通过无线网络与3D建造流水线作业模组20交换信息，向不同工序的施工设备发送指令及施工任务信息，有效地调度建造流水线作业高效进行。与此同时，3D建造流水线作业模组20中的各施工设备也通过无线网络实时向工程建设调度系统反馈实际施工进度信息，以使所述调度和监控施工过程模组130实时能控制施工的质量和进度。

所述3D建造流水线作业模组20包括一坝料开采模组210，一坝料配送模组220以及一碾压成形模组230。所述3D建造流水线作业模组20可通过无线的方式与所述工程建设调度模组10连接，以接收所述工程建设调度模组10发出的调度指令，并将作业信息反馈给所述工程建设调度模组10。具体的，所述坝料开采模组210，坝料配送模组220以及碾压成形模组230均装备有无线接收发送装置，以与工程建设调度模组10进行实时交互。

所述坝料开采模组210根据调度和监控施工过程模组130获取的每一施工区段所需的料类及其需求量（即坝料订单）进行按需开采坝料；所述坝料配送模组220根据每一小单元所需的料类、密实度及坐标信息进行坝料精确配送坝料；所述碾压成形模组230根据所需的碾压质量参数信息及规划路径的导航信息，按照质量要求和规划的路径进行碾压，同时获取碾压面的地理坐标信息，以便生成下一土石坝填筑单层施工工作面的数字模型，进而生成土石坝填筑单层数字模型。进一步，所述坝料开采模组210，装备有无线接收发送装置，以实现与工程建设调度模组10交互信息，并实时向工程建设调度模组10反馈坝料备料信息；所述坝料配送模组220装备有定位装置，以使所述坝料配送模组220对应每一小单元进行精确配送，并实时向工程建设调度模组10反馈坝料物流配送信息。所述碾压成形模组230装备有定位装置及探测装置，使得所述碾压成形模组能够精确定位，同时获取相应的碾压质量信息以及规划路径的导航信息，以按质量要求和规划的路径完成碾压，并采集实际碾压质量参数和运行轨迹坐标，实时回馈至工程建设调度模组10。本实施例中，所述碾压成形模组230为无人驾驶碾压机。

请一并参阅图3及图4，本发明进一步提供一种利用土石坝的3D建造系统100自动建造土石坝的方法，包括如下步骤：

步骤S10，工程建设调度模组10启动3D数字模型分层切片处理模组120对所述土石坝的3D数字模型进行分层处理，得到土石坝填筑单层数字模型；

步骤S20，根据土石坝填筑单层数字模型，调度和监控施工过程模组130根据3D流水线作业的工序数目将土石坝填筑单层数字模型沿坝轴线分成面积大致相等的多个填筑区段，获得每一填筑区段的坝料订单，并传送给坝料开采模组210；将每一填筑区段分为多个小单元，获取每一小单元对应的地理坐标、料类及密实度，并将地理坐标、料类及密实度传送给坝料配送模组220；

步骤S30，调度和监控施工过程模组根据每一填筑区段的空间信息以及每一小单元对应的地理坐标、料类及密实度，获得每一小单元对应的碾压质量参数，并且自动规划各个填筑区段进行碾压的路径，得到施工工作面规划碾压路径图，并将施工工作面规划碾压路径图及碾压质量参数传输给碾压成形模组230；

步骤S40，所述坝料开采模组接收坝料订单并根据坝料订单对坝料进行按需开采，并实时将备料信息回馈至工程建设调度模组10；

步骤S50，所述坝料配送模组接收每一小单元的地理坐标、料类信息，并根据地理坐标、料类信息将坝料精确配送至填筑面每一小单元对应位置，并实时将物流配送信息回馈至工程建设调度模组10；

步骤S60，所述碾压成形模组根据施工工作面规划碾压路径图及碾压质量参数对坝料进行碾压，并实时向工程建设调度模组发送碾压质量参数、实际碾压路径。同时实时采集碾压面地理坐标信息，并将碾压面地理坐标信息实时回馈至工程建设调度模组10，以便生成下一层土石坝填筑面及下一层单层数字模型并对碾压质量进行监控；

步骤S70，依次逐层循环步骤S10至步骤S60，直至完成土石坝建筑。

本发明提供的土石坝的3D建造系统及建造方法，具有以下有益效果。

第一，本发明的土石坝的3D建造系统及建造方法，实施过程基于土石坝3D数字模型，通过对土石坝3D数字模型的分层处理，能准确提取坝料订单信息，按需开采坝料，从而降低成本，提高经济效益。

第二，通过3D数字模型分层切片处理模组分层切片处理完成后，把每一施工段划分成一定数量的小单元，精准获取每一小单元所对应的料类信息、地理坐标信息，使得坝料配送模组能够精准配送坝料。

第三，通过3D数字模型分层切片处理模组分层处理而得到拟施工工作面，工程建设调度模组自动对其进行施工段面规划，并规划碾压机械运行轨迹，形成指导施工进行的规划碾压路径图，作为碾压机的施工导航图，能够有效的控制碾压的效率和质量。

第四，本发明通过对3D数字模型的分层处理、对单层填筑料信息的提取、以及调度施工现场进行3D建造流水线作业整个过程自动化进行，受外界干扰度小，实现土石坝建造的智能化、高效化。

第五，在施工过程中，减小了人为因素而引起的误差，从而减少不必要的资源浪费和施工事故的发生。

进一步，本发明的3D建造技术可以用于土石坝和堆石坝的建造工程中。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种土石坝的3D建造系统，包括一工程建设调度模组及一3D建造流水线作业模组，所述工程建设调度模组用于对土石坝的建造过程进行调度，并将调度指令发送给3D建造流水线作业模组；所述3D建造流水线作业模组接收到调度指令后，按照调度指令完成土石坝的建筑；所述工程建设调度模组包括一工程建设3D数字模型模组、一3D数字模型分层切片处理模组及一调度和监控施工过程模组；所述工程建设3D数字模型模组用于形成土石坝的3D数字模型，3D数字模型分层切片处理模组对所述土石坝的3D数字模型进行分层处理，形成土石坝填筑单层数字模型；所述调度和监控施工过程模组是根据土石坝填筑单层数字模型所含的信息数据，调度并监控各施工设备逐层进行土石坝的填筑；所述3D建造流水线作业模组包括一坝料开采模组，一坝料配送模组以及一碾压成形模组。

2.如权利要求1所述的土石坝的3D建造系统，其特征在于，所述3D数字模型分层切片处理模组集成已筑坝面的坐标信息，得到碾压面的坐标集，通过点生成面的方式，生成已筑坝面的模型。

3.如权利要求1所述的土石坝的3D建造系统，其特征在于，所述调度和监控施工过程模组根据3D建造流水线作业模组的工序数目，把该土石坝填筑单层数字模型沿坝轴线分成面积大致相等的多个填筑区段。

4.如权利要求3所述的土石坝的3D建造系统，其特征在于，每一填筑区段分成多个小单元，并且每一小单元对应一个唯一的填筑料信息及坐标信息，所述填筑料信息包括料类及密实度。

5.如权利要求1所述的土石坝的3D建造系统，其特征在于，所述3D建造流水线作业模组通过无线的方式与所述工程建设调度模组连接。

6.一种采用权利要求1-5中任意一项所述的土石坝的3D建造系统进行土石坝的建造方法，包括如下步骤：

步骤S10，启动3D数字模型分层切片处理模组对所述土石坝的3D数字模型进行分层处理，得到土石坝填筑单层数字模型；

步骤S20，根据土石坝填筑单层数字模型，调度和监控施工过程模组根据3D流水线作业的工序数目将土石坝填筑单层数字模型沿坝轴线分成面积大致相等的多个填筑区段，自动获取单层每一填筑区段的坝料订单，并传送给坝料开采模组；同时，将每一填筑区段分为多个小单元，自动获取每一小单元对应的地理坐标、料类及密实度，并将地理坐标、料类及密实度传送给坝料配送模组；

步骤S30，调度和监控施工过程模组根据每一填筑区段的空间信息以及每一小单元对应的地理坐标、料类及密实度，获得每一小单元对应的碾压质量参数，并且自动规划各个填筑区段进行碾压的路径，得到施工工作面规划碾压路径图，并将施工工作面规划碾压路径图及碾压质量参数传输给碾压成形模组；

步骤S40，所述坝料开采模组接收坝料订单并根据坝料订单对坝料进行按需开采，并实时将备料信息回馈至工程建设调度模组；

步骤S50，所述坝料配送模组接收每一小单元的地理坐标、料类信息，并根据地理坐标、料类信息将坝料精确配送至填筑面每一小单元对应位置，并实时将物流配送信息回馈至工程建设调度模组；

步骤S60，所述碾压成形模组根据施工工作面规划碾压路径图及碾压质量参数对坝料进行碾压，并实时向工程建设调度模组发送碾压质量参数、实际碾压路径；同时实时采集碾压面地理坐标信息，并将碾压面地理坐标信息实时回馈至工程建设调度模组，以便生成下一层土石坝填筑面及下一层单层数字模型并对碾压质量进行监控；

步骤S70，依次逐层循环步骤S10至步骤S60，直至完成土石坝建筑。

7.如权利要求6所述的土石坝的3D建造方法，其特征在于，所述调度和监控施工过程模组自动获取每一填筑区段各填筑料的料类及其需求量，即坝料订单信息，以及每一小单元对应的填筑料信息、坐标信息。

8.如权利要求6所述的土石坝的3D建造方法，其特征在于，所述3D数字模型分层切片处理模组在土石坝3D数字模型中，通过剖切得到以已筑坝面为底面，所需单层填筑高度为高的土石坝填筑单层数字模型。

9.如权利要求6所述的土石坝的3D建造方法，其特征在于，所述坝料开采模组根据调度和监控施工过程模组获取的每一施工区段所需的料类及其需求量进行开采坝料；所述坝料配送模组根据每一小单元所需的料类、密实度及坐标信息精确配送坝料；所述碾压成形模组根据所需的碾压质量信息及规划路径的导航信息，按照质量要求和规划的路径进行碾压，同时获取碾压面的地理坐标信息，以便生成下一土石坝填筑单层施工工作面的数字模型，进而生成土石坝填筑单层数字模型。

10.如权利要求9所述的土石坝的3D建造方法，其特征在于，所述碾压成形模组装备有定位装置及探测装置，以对所述碾压成形模组精确定位，同时获取碾压质量信息以及规划路径的导航信息，并采集实际碾压质量参数和运行轨迹坐标，实时回馈至工程建设调度模组。