CN109583046A - 一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，包括以下步骤：确定高陡边坡桥址周边环境的建模范围与建模内容；确定高陡边坡桥梁段落的建模内容与建模原则；确定施工设备设施的建模内容；确定高陡边坡桥墩施工仿真流程；采用带地理编码的正射影像和数字高程模型构建基础环境模型；采用无人机倾斜摄影获取的三维实景模型细化陡立边坡细节；建立高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM‑GIS模型；确定高陡边坡桥墩施工组织比选的内容；建立统一坐标的BIM‑GIS数据平台；将建立的所述BIM‑GIS模型集成至BIM‑GIS数据平台。本发明解决施工过程中与周边环境的空间关系问题，优化施工组织方案，为基于真实三维场景的高陡边坡桥墩施工管理信息化奠定数据基础。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术与桥梁建筑施工仿真领域，具体涉及一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法。
背景技术
铁路桥梁是铁路跨越河流、山谷或其他障碍物，以及为实现铁路线路与铁路线路或公路的立体交叉而修建的构筑物。随着铁路路网的丰富完善，在山区地带高陡边坡处设置桥墩的情况频繁出现。高陡边坡不利于开展桥墩施工作业，当高陡边坡与高桥墩情况叠合在一起，成为高风险施工段，对于施工组织的要求极高。
建筑信息模型（BIM）技术是对工程对象的数字化信息化表达，应用BIM技术建立模型可以实现工程信息的存储、读取和传递，对共享数据的信息挖掘能进一步为工程决策提供支持。
地理信息系统（GIS）技术与多学科关联，以地理信息技术为核心，通过对各类地理信息的搜集、分析及存储，能够根据不同的地理信息，挖掘地理及空间信息资源，以满足工程测量的实际需求。
目前，并没有一种将BIM技术与GIS技术结合，旨在有效利用设计模型和既有三维地理信息数据，且能够实现对高陡边坡桥墩的虚拟施工仿真的虚拟施工构建方法。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法。
本发明的技术方案是：一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，包括以下步骤：
ⅰ.确定高陡边坡桥址周边环境的建模范围与建模内容；
ⅱ.确定高陡边坡桥梁段落的建模内容与建模原则；
ⅲ.确定施工设备设施的建模内容；
ⅳ.确定高陡边坡桥墩施工仿真流程；
ⅴ.采用带地理编码的正射影像和数字高程模型构建基础环境模型；
ⅵ.采用无人机倾斜摄影获取的三维实景模型细化陡立边坡细节；
ⅶ.建立高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型；
ⅷ.确定高陡边坡桥墩施工组织比选的内容；
ⅸ.建立统一坐标的BIM-GIS数据平台；
ⅹ.将建立的所述BIM-GIS模型集成至BIM-GIS数据平台。
步骤ⅰ中高陡边坡桥址周边环境的建模范围以桥梁所属铁路的铁路用地界范围以及大临设施临时用地范围为准则；所述桥址周边环境的建模内容包括三维地理环境模型以及周边的地物地貌如沟谷、河流等。
步骤ⅱ中高陡边坡桥梁段落的建模内容包括：桥墩施工的基坑开挖、临时支护结构及永久结构；高陡边坡桥梁段落建模原则以模型单元划分粒度能够反映施工工法为准则。
步骤ⅲ中施工设备设施包括施工平台、施工便道和施工栈桥工程建筑；所述施工设备设施还包括施工过程中涉及的塔吊、模板、挂篮和吊车等工程设备。
步骤ⅴ中正射影像和数字高程模型用于构件真实场景的三维地理基础环境模型。
步骤ⅵ中无人机倾斜摄影获取三维实景模型，用于精细表达桥址处高陡边坡细节，很好表达立面细节。
步骤ⅶ中建立高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型包括防护桩、桥墩及梁体在内的桥梁段落的临时支护结构及永久结构，采用Catia进行建模；高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型还包括临时道路、栈桥、塔吊在内的设备设施，采用3Dmax进行建模，高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型均基于相同的大地坐标系。
步骤ⅷ中高陡边坡桥墩施工组织比选的内容包括：辅助施工施工便道方案比选、施工平台布置方案比选、塔吊作业范围比选、汽车吊作业位置比选。
步骤ⅸ中采用统一的坐标系统，包括但不局限于WGS84大地坐标系，搭建BIM-GIS平台，可以实现既有GIS数据的整合，能够兼容Catia、3Dmax以及Revit所输出的BIM模型数据。
步骤ⅹ中BIM-GIS模型根据自身坐标在BIM-GIS数据平台获得定位。
本发明有效利用设计模型和既有三维地理信息数据的同时，能够实现对高陡边坡桥墩的虚拟施工仿真，实现施工全过程的可视化与信息化，能够优化施工组织方案。
本发明高效解决施工过程中与周边环境的空间关系问题，能够优化施工组织方案，为基于真实三维场景的高陡边坡桥墩施工管理信息化奠定数据基础。
附图说明
图1 是本发明的方法流程图。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，包括以下步骤：
ⅰ.确定高陡边坡桥址周边环境的建模范围与建模内容；
ⅱ.确定高陡边坡桥梁段落的建模内容与建模原则；
ⅲ.确定施工设备设施的建模内容；
ⅳ.确定高陡边坡桥墩施工仿真流程；
ⅴ.采用带地理编码的正射影像和数字高程模型构建基础环境模型；
ⅵ.采用无人机倾斜摄影获取的三维实景模型细化陡立边坡细节；
ⅶ.建立高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型；
ⅷ.确定高陡边坡桥墩施工组织比选的内容；
ⅸ.建立统一坐标的BIM-GIS数据平台；
ⅹ.将建立的所述BIM-GIS模型集成至BIM-GIS数据平台。
步骤ⅰ中高陡边坡桥址周边环境的建模范围以桥梁所属铁路的铁路用地界范围以及大临设施临时用地范围为准则；所述桥址周边环境的建模内容包括三维地理环境模型以及周边的地物地貌如沟谷、河流等。
步骤ⅱ中高陡边坡桥梁段落的建模内容包括：桥墩施工的基坑开挖、临时支护结构及永久结构；高陡边坡桥梁段落建模原则以模型单元划分粒度能够反映施工工法为准则。
步骤ⅲ中施工设备设施包括施工平台、施工便道和施工栈桥工程建筑；所述施工设备设施还包括施工过程中涉及的塔吊、模板、挂篮和吊车等工程设备。
步骤ⅴ中正射影像和数字高程模型用于构件真实场景的三维地理基础环境模型。
步骤ⅵ中无人机倾斜摄影获取三维实景模型，用于精细表达桥址处高陡边坡细节，很好表达立面细节。
步骤ⅶ中建立高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型包括防护桩、桥墩及梁体在内的桥梁段落的临时支护结构及永久结构，采用Catia进行建模；高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型还包括临时道路、栈桥、塔吊在内的设备设施，采用3Dmax进行建模，高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型均基于相同的大地坐标系。
步骤ⅷ中高陡边坡桥墩施工组织比选的内容包括：辅助施工施工便道方案比选、施工平台布置方案比选、塔吊作业范围比选、汽车吊作业位置比选。
步骤ⅸ中采用统一的坐标系统，包括但不局限于WGS84大地坐标系，搭建BIM-GIS平台，可以实现既有GIS数据的整合，能够兼容Catia、3Dmax以及Revit所输出的BIM模型数据。
步骤ⅹ中BIM-GIS模型根据自身坐标在BIM-GIS数据平台获得定位。
本发明基于建筑信息模型（BIM）技术和地理信息系统（GIS）技术。
实施例一
山西某铁路项目某特大桥采用60+100+60m连续梁跨越河道主河槽，采用挂篮悬臂浇筑法施工。其中19号墩位于正线，系为跨越河道的（60+100+60）m连续梁制动墩，基础采用挖井基础，挖井基础厚度为7.5m，桥墩采用圆端型空心桥墩，墩高61.5m。连续梁跨度大，且采用挖井基础，对于线型控制以及施工不平衡重要求高。且19号墩小里程紧邻河道河畔，基础顶高出设计水位8.2m，大里程为高陡边坡，边坡坡顶高出基础顶40m有余，山坡陡立接近45度。
施工场地狭小，施工环境复杂。基于BIM-GIS技术，构件该处高陡边坡桥梁段落的虚拟施工现场，能够实现对施工组织的优化，有利于提高施工管理的效率。
根据铁路用地界范围以及大临设施临时用地范围，对以铁路线位为参照左右侧各200范围建立环境模型，包含河流、沟谷等地貌，以满足施工临时便道、栈桥等设施的需要。
根据施工图设计图纸，用Catia建立桥梁结构相关模型，包括基坑开挖面、临时支护结构（钻孔桩、钢板桩、挡墙等）和永久结构（桥梁主体以及附属结构的梁、墩、基础等）。
根据设计图纸，用3Dmax与Revit建立施工设施模型（施工平台、施工便道、施工栈桥等），建立施工设备模型（塔吊、模板、挂篮、吊车等）。
用正射影像技术和数字高程模型构建真实场景的三维地理基础环境模型。用无人机倾斜摄影获取精细的高陡边坡实景模型。
采用统一的WGS84大地坐标系搭建BIM-GIS平台，整合Catia、3Dmax以及Revit所输出的BIM-GIS模型数据,模型根据坐标参数自动精确定位。
对辅助施工施工便道方案、施工平台布置方案、塔吊作业范围、汽车吊作业位置等内容进行施工方案必选，快速获取施工组织方案的可实施性以及对周边环境的影响，提高决策效率，并能够展示施工进度。
本发明有效利用设计模型和既有三维地理信息数据的同时，能够实现对高陡边坡桥墩的虚拟施工仿真，实现施工全过程的可视化与信息化，能够优化施工组织方案。
本发明高效解决施工过程中与周边环境的空间关系问题，能够优化施工组织方案，为基于真实三维场景的高陡边坡桥墩施工管理信息化奠定数据基础。
Claims (10)
1.一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）确定高陡边坡桥址周边环境的建模范围与建模内容；
（ⅱ）确定高陡边坡桥梁段落的建模内容与建模原则；
（ⅲ）确定施工设备设施的建模内容；
（ⅳ）确定高陡边坡桥墩施工仿真流程；
（ⅴ）采用带地理编码的正射影像和数字高程模型构建基础环境模型；
（ⅵ）采用无人机倾斜摄影获取的三维实景模型细化陡立边坡细节；
（ⅶ）建立高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型；
（ⅷ）确定高陡边坡桥墩施工组织比选的内容；
（ⅸ）建立统一坐标的BIM-GIS数据平台；
（ⅹ）将建立的所述BIM-GIS模型集成至BIM-GIS数据平台。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅰ）中高陡边坡桥址周边环境的建模范围以桥梁所属铁路的铁路用地界范围以及大临设施临时用地范围为准则，所述桥址周边环境的建模内容包括三维地理环境模型以及周边的地物地貌如沟谷、河流等。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅱ）中高陡边坡桥梁段落的建模内容包括：桥墩施工的基坑开挖、临时支护结构及永久结构，高陡边坡桥梁段落建模原则以模型单元划分粒度能够反映施工工法为准则。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅲ）中施工设备设施包括施工平台、施工便道和施工栈桥工程建筑，所述施工设备设施还包括施工过程中涉及的塔吊、模板、挂篮和吊车等工程设备。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅴ）中正射影像和数字高程模型用于构件真实场景的三维地理基础环境模型。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅵ）中无人机倾斜摄影获取三维实景模型，用于精细表达桥址处高陡边坡细节，很好表达立面细节。
7.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅶ）中建立高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型包括防护桩、桥墩及梁体在内的桥梁段落的临时支护结构及永久结构，采用Catia进行建模；高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型还包括临时道路、栈桥、塔吊在内的设备设施，采用3Dmax进行建模，高陡边坡桥梁段落以及施工设施的BIM-GIS模型均基于相同的大地坐标系。
8.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅷ）中高陡边坡桥墩施工组织比选的内容包括：辅助施工施工便道方案比选、施工平台布置方案比选、塔吊作业范围比选、汽车吊作业位置比选。
9.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅸ）中采用统一的坐标系统，包括且不局限于WGS84大地坐标系，搭建BIM-GIS平台，可以实现既有GIS数据的整合，能够兼容Catia、3Dmax以及Revit所输出的BIM模型数据。
10.根据权利要求1所述的一种桥梁高陡边坡桥墩虚拟施工现场的构建方法，其特征在于：步骤（ⅹ）中BIM-GIS模型根据自身坐标在BIM-GIS数据平台获得定位。
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