CN106682325B - 基于bim的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法，该方法包括：根据拱坝的结构特点及变形测点的分布特征，实现中心发散投影算法对所述坝段网格模型及测点空间点云模型进行投影，形成投影后平面；基于投影后的结构投影平面模型与测值分布模型，利用蝶形差分插值拟合算法，进行变形场数据拟合，将拟合后的变形值序列一一对应映射到拱坝结构三维网格模型节点中；建立后处理分析窗口，实现模型数据的云图、位移图及等值线的生成与可视化显示。本发明基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法能够实现施工进度及变形监测数据实时驱动的拱坝变形场数据可视化表达。

Description

基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法
技术领域
本发明涉及拱坝结构的安全检测，具体地指一种基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法。
背景技术
拱坝是一种超高、薄壁的大体积混凝土结构，在施工过程中的重心处于动态变化中，其不同阶段的变形状态是衡量其稳定与安全运行重要指标。大坝结构的变形监测与分析是拱坝安全监测的重要内容。
传统的大坝变形监测与分析，通过在大坝内部布置正倒垂线、水准观测点，或在坝后或坝顶布置外部变形观测桩，周期性采集变形数据，绘制变形变化过程曲线、或者基于二维的监测断面绘制分布图，并对异常或超标信息进行预警。
上述传统的分析方式存在两个弊端：首先是大坝变形数据无法与实时的施工进度(大坝结构)形象进行直观的关联分析；其次是采用过程线、二维分布图或统计表的分析方式无法直观反映大坝变形的整体分布情况、分布特征与总体变化趋势。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法，该方法能够实现施工进度及变形监测数据实时驱动的拱坝变形场数据可视化表达。
实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法，该方法包括：
对拱坝的结构进行三维建模，形成包含拱坝主体及孔洞结构的拱坝分坝段三维结构模型；
将所述拱坝分坝段三维结构模型进行网格划分，转化为分坝段表面三角网格模型；
根据实际的进度信息，给定起止高程，实现指定范围内坝段网格模型的生成；
获得测点三维分布信息；
根据指定类型的变形测点分布的三维空间坐标，建立测点空间点云模型；
根据拱坝的结构特点及变形测点的分布特征，实现中心发散投影算法对所述坝段网格模型及测点空间点云模型进行投影，形成投影后平面；
对投影后的测点分布点云模型，进行二维Delaunay网格剖分；
将网格剖分后的测点模型，叠加变形监测数据；
基于投影后的结构投影平面模型与测值分布模型，利用蝶形差分插值拟合算法，进行变形场数据拟合，使得结构投影平面模型中每个顶点都得到插值后变形值序列；
将拟合后的变形值序列一一对应映射到拱坝结构三维网格模型节点中；
建立后处理分析窗口，实现模型数据的云图、位移图及等值线的生成与可视化显示。
本发明基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法能够实现施工进度及变形监测数据实时驱动的拱坝变形场数据可视化表达，实现大坝真实进度形象与变形情况的关联耦合分析，直观反映大坝变形整体分布、分布特征及总体变化趋势，为大坝安全监测分析评价提供科学直观的手段。
附图说明
图1为本发明基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法的流程图。
图2为模型数据的云图、位移图及等值线的生成与可视化显示的一种示意图。
图3为模型数据的云图、位移图及等值线的生成与可视化显示的另一种示意图。
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的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法包括以下步骤：
S1、利用BIM三维建模软件对拱坝的结构进行三维建模，形成包含拱坝主体及孔洞结构的拱坝分坝段三维结构模型。
S2、利用有限元前处理软件将拱坝分坝段三维结构模型进行网格划分，转化为分坝段表面三角网格模型，并对畸形或错误单元进行优化。
S3、利用网格模型的BOOLEAN算法(交并差)，根据实际的进度信息，给定起止高程，实现指定范围内坝段网格模型的生成。具体步骤为：利用高程平面切除原始切割模型，获取切除的网格，并得到封闭的切割边线，后者构造并三角化形成切割平面，并将切除后的网格及切割平面进行叠加，形成坝段的结构形象进度模型。
S4、获得测点三维分布信息。
S5、根据指定类型的变形测点分布的三维空间坐标，建立测点分布点云模型，并对部分测点分布明显缺失或测点数据缺失的情况，根据临近的测点创建虚拟测点与测值，保证测点分析整体均匀。
S6、根据拱坝的结构特点及变形测点的分布特征，对建立的模型进行投影，具体为：
S6.1、实现中心发散投影算法对步骤S3坝段网格模型进行投影，形成投影后平面；
S6.2、实现中心发散投影算法对步骤S5测点分布点云模型进行投影，形成投影后平面。
S7、对投影后的测点分布点云模型进行二维Delaunay网格剖分。
S8、将网格剖分后的测点模型，叠加变形监测数据(每个顶点对应一个测点)。
S9、基于投影后的结构投影平面模型与测值分布模型，利用蝶形差分插值拟合算法，进行变形场数据拟合，使得结构投影平面模型中每个顶点都得到插值后变形值序列。
S10、将拟合后的变形数据序列，一一对应映射到拱坝结构三维网格模型节点中。
S11、建立后处理分析窗口，实现模型数据的云图、位移图及等值线的生成与可视化显示，如图2和图3所示。
还可以选择不同的时间点，动态创建当前结构形象模型，并基于该结构形象模型及变形测值信息，实现动态拟合与展示，指定时间间隔与步长，实现动态变形场展示。

Claims (5)

1.一种基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法，其特征在于，包括：
利用BIM三维建模软件对拱坝的结构进行三维建模，形成包含拱坝主体及孔洞结构的拱坝分坝段三维结构模型；
将所述拱坝分坝段三维结构模型进行网格划分，转化为分坝段表面三角网格模型；
根据实际的进度信息，给定起止高程，实现指定范围内坝段网格模型的生成；
获得测点三维分布信息；
根据指定类型的变形测点分布的三维空间坐标，建立测点空间点云模型；
根据拱坝的结构特点及变形测点的分布特征，实现中心发散投影算法对所述坝段网格模型及测点空间点云模型进行投影，形成投影后平面；
对投影后的测点分布点云模型，进行二维Delaunay网格剖分；
将网格剖分后的测点模型，叠加变形监测数据；
基于投影后的结构投影平面模型与测值分布模型，利用蝶形差分插值拟合算法，进行变形场数据拟合，使得结构投影平面模型中每个顶点都得到插值后变形值序列；
将拟合后的变形值序列一一对应映射到拱坝结构三维网格模型节点中；
建立后处理分析窗口，实现模型数据的云图、位移图及等值线的生成与可视化显示。
2.根据权利要求1所述基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法，其特征在于：利用有限元前处理软件将分坝段三维结构模型进行网格划分，转化为分坝段表面三角网格模型。
3.根据权利要求1所述基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法，其特征在于：利用高程平面切除原始切割模型，获取切除的网格，并得到封闭的切割边线，后者构造并三角化形成切割平面，并将切除后的网格及切割平面进行叠加，形成坝段的形象进度模型。
4.根据权利要求1所述基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法，其特征在于：根据指定类型的变形测点分布的三维空间坐标，建立测点空间点云模型，对部分测点分布明显缺失或测点数据缺失的情况，根据临近的测点创建虚拟测点与测值，保证测点分析整体均匀。
5.根据权利要求1所述基于BIM的拱坝施工期变形场动态拟合分析方法，其特征在于：建立可视化显示选择不同的时间点，动态创建当前结构形象模型，并基于该结构形象模型及变形测值信息，实现动态拟合与展示，指定时间间隔与步长，实现动态变形场展示。
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Pledgor: WUHAN INS ENGINEERING TECHNOLOGY Corp.

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