CN108875177A - 基于bim模型创建单波束测点下内河航道疏浚图形的方法 - Google Patents

Abstract

基于BIM模型创建单波束测点下内河航道疏浚图形的方法,包括以下步骤：1在BIM模型系统中输入单波束测点数据与航线平面图基础资料参数；2将数据进行转换处理；3将所有垂直测线L’上的纠偏测点生成纠偏后三维地形图S’，并生成内河疏浚BIM模型M’；4利用逆转化规则将单波束测线L上的宽度、坡度属性赋值到垂直测线L’上，完成地形线、开挖线与超挖线绘制，并完成标注、标签与算量工作；5选取下一条测线，并重复步骤4，直至完成所有垂直测线的采样出图。本发明能够自动绘制所有内河航道疏浚断面图，自动计算断面工程量，实现无需额外输入参数即可利用BIM模型创建内河航道疏浚图，提高了生产效率，免除了人工低效制图的困扰。

Description

基于BIM模型创建单波束测点下内河航道疏浚图形的方法

技术领域

本发明涉及航道整治领域中一种内河航道疏浚施工图形的处理方法，特别是一种基于BIM模型创建单波束测点下内河航道疏浚图形的方法。

背景技术

在航道整治领域中，内河航道疏浚工程的施工段一般采用沿程布置横断面的方式来图形化表达施工状态和要求（参见图1）。其横断面主要包含三条几何线：天然地形线、设计开挖线与实际超挖线（参见图2），后两者由技术人员根据相关设计准则绘制，而天然地形线则需要根据已有的测量结果确定。

内河航道疏浚工程为水下工程，因此需采用对应的水下测量技术，目前主要有两种技术：多波束测量法和单波束测量法。

多波束测量法由船机设备自动测算地形数据，适用于地形范围宽广的区域；单波束测量法则由人工对某个指定的点或某条线上的多个点依次测量，数据稀疏。由于内河航道一般长达数十甚至数百公里，不论从技术还是经济角度，都只能采用单波束测量方法。

技术人员在得到地形的单波束测量结果后，即可绘制沿航线沿程指定位置的横断面图并计算对应工程量（简称“算量”，下同）。

横断面图中除了天然地形线、设计开挖线与实际超挖线等几何要素外，还要包含相应的标注和标签（参见图3）。因此，当航道较长（如3km），而指定的间隔较小（如25m）时，则需要绘制很多形式一致的断面图（如175个断面）。

另外，测线一般很难与航线垂直，为了得到与实际情况一致的断面图，实际断面图的长度和坡度都必须按照实际情况进行偏位调整。再则，在任何阶段如遇更改数据（如边坡坡度、设计底高程等），这将导致所有的设计断面全部更新，带来大量的返工作业。

现有技术方案中，一般通过以下两种方式来创建上述内河航道疏浚图的设计。

第一种是采用传统的CAD （Computer Aided Drawing计算机辅助绘图工具）软件来辅助完成设计成果，其流程见图4所示。技术人员首先选择其中一条测线并将其作为采样线，用于对测量点进行采样，根据各测点的水平位置（X）与相对高程（Y）在横断面图中绘制映射点，并连接形成天然地形线；同时根据相关设计准则绘制开挖线与超挖线，即形成工程设计图的底图。由于测线一般不与航线垂直，因此，断面线的长度和坡度等参数需对比理想情况进行调整。为了达到准确指导施工的效果，必须进行标注与标签工作，根据天然地形线、开挖线和超挖线之间的几何关系，计算出相应的断面工程量，并校准倾斜采样线对工程量影响。以上为单个断面的设计流程，完成后则进入下一条测线，往复循环，直至完成所有断面的绘制。

第二种方法，采用BIM （Building Information Modelling建筑信息模型）模型在CAD软件中进行设计，其流程见图5所示。该方法的基础是建立三维信息化模型，因此首先需要建立三维地形曲面，并在该曲面上建立相应的三维开挖几何模型，附加大量属性信息，形成BIM模型。然后指定任意采样线进行剖切，得到指定位置的横断面（包含几何信息、标注、标签和工程量信息）。上述设计过程中的所有数据成果有相互关联，因此任意一处修改均可立即反映到最终的设计成果中。

现有技术中的缺陷在于：第一种方案，采用传统CAD软件完成所有专业工作，但需要耗费大量的人力来完成绘图、标注标签与算量等工作；尽管设计中各个子过程互相依赖，但形成的子成果都是相互独立的，面对设计更改则无能为力，必须重新实施所有设计流程，工作效率十分低下。

第二种方案，尽管能够满足设计过程与结果的实时联动，但仅凭稀疏的测点无法建立精确三维地形；即使单波束的测点足够密集，满足精确建模的需求，且相关技术可以对任意采样线进行准确的几何采样，但现有技术只能完成垂直剖面的标签与标注工作，而无法完成其他任意剖切面（特别是斜剖面）的标注与标签工作，因此在实际的设计工作中，本方案无法实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种基于BIM模型创建单波束测点下内河航道疏浚图形的方法，以适应如今高速发展的社会环境，快速进行决策并高效完成设计成果。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案。

一种基于BIM模型创建单波束测点下内河航道疏浚图形的方法, 其特征在于包括以下步骤：

步骤1、在BIM模型系统中输入单波束测点数据与航线平面图基础资料参数；

步骤2、将数据进行转换处理：

（1）选取航线中一条单波束测线L，在其与航线的交点O处创建一条垂直测线L’，并获取单波束测线L与垂直测线L’的夹角β；

（2）将单波束测线L上的所有单波束测点P1、P2 、P3……Pn（n为自然数）绕交点O点旋转β角度并投影到垂直测线L’上，赋值形成纠偏测点P1’、P2’、P3’……Pn’；

（3）选取下一条单波束测线，并重复步骤（1）～（2），直至完成所有的单波束测线和测点的转换；

步骤3、将所有垂直测线L’上的纠偏测点P1’、P2’、P3’……Pn’生成纠偏后三维地形图S’，并基于该三维地形图S’生成内河疏浚BIM模型M’；

步骤4、将BIM模型M’作为采样源，并以第一条垂直测线L’作为采样线进行采样,在采样生成的横断面图中，利用逆转化规则将单波束测线L上的宽度、坡度属性赋值到垂直测线L’上，以完成地形线、开挖线与超挖线的精确绘制，并计算完成对应的标注、标签与算量工作；

步骤5、选取下一条垂直测线，并重复步骤4，直至完成所有垂直测线的采样出图。

本发明能够完全自动化地绘制所有内河航道疏浚断面图形，并自动计算断面工程量，克服了传统低效的内河航道疏浚图形的创建方法，解决了不能利用BIM模型自动化解决该问题的窘境，实现了无需额外输入参数即可利用BIM模型创建内河航道疏浚图形的方法。提高了生产效率，免除了人工低效制图的困扰。

附图说明

图1为现有技术中航道疏浚表达形式图。

图2为现有技术中航道疏浚典型断面图。

图3为现有技术中的设计后的工程横断面图。

图4为现有技术中采用传统的CAD软件辅助设计流程图。

图5为现有技术中采用基于BIM模型在CAD软件中设计的流程图。

图6为本发明单波束测线L与垂直测线L’的夹角β示意图。

图7为本发明赋值形成纠偏测点的示意图。

图8为本发明内河疏浚BIM模型M’的示意图。

图9为本发明具有地形线、开挖线以及超挖线并有对应标注、标签与算量的横断面图。

图10为本发明施行的环境示意图。

图11为本发明实施例中一级坡示意图。

图12为本发明实施例中带平台一级坡示意图。

图13为本发明实施例中二级坡示意图。

图14为本发明实施例中带平台二级坡示意图。

具体实施方式

以下结合实施例以及附图对本发明作进一步的描述。

本发明包括如下步骤：

步骤1、在BIM模型系统中输入单波束测点数据与航线平面图基础资料参数；

步骤2、将数据进行转换处理：

（1）选取航线中一条单波束测线L，在其与航线的交点O处创建一条垂直测线L’，并获取单波束测线L与垂直测线L’的夹角β，参见图6；

（2）将单波束测线L上的所有单波束测点P1、P2 、P3……Pn（n为自然数）绕交点O点旋转β角度并投影到垂直测线L’上，赋值形成纠偏测点P1’、P2’、P3’……Pn’；

（3）选取下一条单波束测线，并重复步骤（1）～（2），直至完成所有的单波束测线和测点的转换，参见图7；

步骤3、将所有垂直测线L’上的纠偏测点P1’、P2’、P3’……Pn’生成纠偏后三维地形图S’，并基于该三维地形图S’生成内河疏浚BIM模型M’ 参见图8；

步骤4、将BIM模型M’作为采样源，并以第一条垂直测线L’作为采样线进行采样,在采样生成的横断面图中，利用逆转化规则将单波束测线L上的宽度、坡度属性赋值到垂直测线L’上，以完成地形线、开挖线与超挖线的精确绘制，并计算完成对应的标注、标签与算量工作，参见图9；

步骤5、选取下一条垂直测线，并重复步骤4，直至完成所有垂直测线的采样出图。

本发明步骤4所述的逆转化规则具体过程为：

(1)选取一条垂直测线L’，获取其对应的原始单波束测线L，计算其两者的交点O以及角度β；

(2)疏浚断面中的水平绘制宽度=原始单波束测线L与疏浚边界交点间的距离，绘制坡度=原始设计坡度/cosβ，将上述底宽值与坡度值代入BIM模型M’中对应的垂直测线L’断面后进行工程图绘制；

(3) 选取下一条测线，重复上述步骤（1）～（2），直至创建所有横断面图。

参照图10，本发明的施行的环境包括一台计算机502以及相关的周边设备。所谓的计算机502可能是一个服务器、工作站或者存储器，计算机502包括一个硬件处理器504A、特殊处理器504B和内存系统506（如，RAM）。计算机502也可以其他系统耦合，比如说输入\输出设备，如键盘514、鼠标516以及打印设备524。本发明中，计算机502可以与多种可视化、视听设备532进行交互（如MP3播放器、iPod等）。

本发明中常规处理器504A用于处理来自操作系统518和软件510的指令。操作系统518和软件510都存储于内存506中，这两者可以与外部用户或设备进行交互。

本发明可在能够建立BIM模型的CAD软件上使用（如Autodesk Civil3D与BentleyPowerCivil等），该软件应能够建立常规的带状三维信息模型，如道路、隧道、渠道等；本发明也可在能够实现相关技术要求的其他绘图软件上使用。

参照图11～14，本发明所述的内河航道疏浚BIM模型，其类型包括但不限于如下几种：一级坡（见图11）、带平台一级边坡（见图12）、二级坡（见图13），带平台二级坡（见图14）等。

以下结合一实施例对本发明作进一步的描述。

项目名称：上海龙泉港内河疏浚工程,本疏浚项目总长13.72公里，单波束测点10192个，测线284条，拟设计断面284个。

将本发明方法按如下逻辑编写为计算机编程代码A：

选取第一条测线L1，计算它与疏浚中心线的交点O1，过O1点创建一条垂直于疏浚中心线的测线L1’，它的长度与原测线相同。同时记录原测线L1到垂直L1’的顺时针夹角β。

将原测线L1上的所有单波束测点以绕O1点顺时针旋转角度β

继续下一条测线，重复上述步骤，直至所有的原测线和测点完成转化。

将上述代码A以插件的形式集成载入BIM软件中（本实施例选取Autodesk Civil3D2016），形成附加功能Q。利用该软件实现成果展示与人机交互。

将本发明方法按如下逻辑编写为计算机编程代码B：

选取第一条测线L1’，获取其对应的原始测线L1，计算两者的交点O1以及角度β。

以疏浚中心线为界，将疏浚断面中分为左右两部分,则两侧底宽=原始测线与边界的交点到中心点的距离，两侧测线坡度=设计边坡/cosβ；将上述底宽值与坡度值代入断面进行绘制；

然后继续下一条测线，重复上述步骤，直至所有横断面图。

将上述代码B以插件的形式集成载入BIM软件中，形成附加功能M。

在软件中的操作为：

（1）打开功能Q，弹出选择窗口；

（2）选择疏浚中心线，并在Civil3D中框选对应的单波束测点和测线；

（3）选择完成后，点击“旋转”，功能B会自动完成所有旋转工作；

（4）同时将测线进行分组：新旋转后的采样线位于“中心线-采样线（正）”编组中，而原有采样线分组位于“中心线-测量线（斜）”编组中。

（5）根据旋转后的测点生成三维地形，并根据设计要求（如设计底高程、边坡比、疏浚底宽等）完成疏浚BIM模型。

（6）打开功能M，弹出选择窗口，选择需要的内河航道疏浚工程横断面图输出。

Claims (2)

1.基于BIM模型创建单波束测点下内河航道疏浚图形的方法, 其特征在于包括以下步骤：

步骤1、在BIM模型系统中输入单波束测点数据与航线平面图基础资料参数；

步骤2、将数据进行转换处理：

（1）选取航线中一条单波束测线L，在其与航线的交点O处创建一条垂直测线L’，并获取单波束测线L与垂直测线L’的夹角β；

（2）将单波束测线L上的所有单波束测点P1、P2 、P3……Pn（n为自然数）绕交点O点旋转β角度并投影到垂直测线L’上，赋值形成纠偏测点P1’、P2’、P3’……Pn’；

（3）选取下一条单波束测线，并重复步骤（1）～（2），直至完成所有的单波束测线和测点的转换；

步骤3、将所有垂直测线L’上的纠偏测点P1’、P2’、P3’……Pn’生成纠偏后三维地形图S’，并基于该三维地形图S’生成内河疏浚BIM模型M’；

步骤4、将BIM模型M’作为采样源，并以第一条垂直测线L’作为采样线进行采样,在采样生成的横断面图中，利用逆转化规则将单波束测线L上的宽度、坡度属性赋值到垂直测线L’上，以完成地形线、开挖线与超挖线的精确绘制，并计算完成对应的标注、标签与算量工作；

步骤5、选取下一条垂直测线，并重复步骤4，直至完成所有垂直测线的采样出图。

2.根据权利要求1所述的基于BIM模型创建单波束测点下内河航道疏浚图形的方法，其特征在于步骤4所述的逆转化规则具体过程为：

(1)选取一条垂直测线L’，获取其对应的原始单波束测线L，计算其两者的交点O以及角度β；

(2)疏浚断面中的水平绘制宽度=原始单波束测线L与疏浚边界交点间的距离，绘制坡度=原始设计坡度/cosβ，将上述底宽值与坡度值代入BIM模型M’中对应的垂直测线L’断面后进行工程图绘制；

(3) 选取下一条测线，重复上述步骤（1）～（2），直至创建所有横断面图。