CN111125821A - 基于bim+gis地基与基础分部工程分析及选型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，采集项目地的地形数据，形成资料库；对资料库中的数据处理，生成GIS地形模型；根据项目地质勘察报告生成BIM地质模型；确定基坑支护的形式、基础的形式，根据相关设计图纸，生成基坑与基础BIM模型；将GIS地形模型与BIM地质模型进行嵌套，修正BIM地质模型的地表偏差，形成BIM修正模型；将基坑与基础BIM模型与BIM修正模型进行二次嵌套形成综合模型，在综合模型上进行快速场内测量计算项目地的土石方计划开挖、回填的工程量，以及进行地基与基础分部工程相关分析及选型，有效把控成本。

Description

基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法
技术领域
本发明涉及一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法。
背景技术
地基与基础分部工程包括无支护土方、有支护土方、地基处理子分部工程、桩基等子分部工程。其中无支护土方、有支护土方都包括土石方开挖、土方回填、场地平整。指的是计算出场内高处需要挖出的土石方量，传统的土石方平衡计算方法就是利用“方格法”绘制“土石方平衡图”，计算出场内高处需要开挖的土石方量和低处需要回填的土方量，就知道计划外运进、出的土石方量，计算过程繁琐复杂容易导致计算错误，且不能准确分析土方工程土壤及岩石类别。在计划基础开挖施工时，要尽量减少外运的土石方量，并且土方和石方的结算单价差异较大，都关着系土方费用(土方平衡的计算错误有时能够导致额外支付将近100％～150％的工程造价)。再有地基处理和桩基工程，占总造价不小的比重，一般高层建筑基础造价和在有地下层并采用桩基础时的造价分别达15％和25％，传统的方法主要是根据地勘报告按地质条件、以及现场施工条件进行选择判断，选择的最后决定关系到整个工程的综合经济效益。
目前BIM(Building Information Modeling)不仅仅是建筑设计的新工具，也是建筑施工、运营维护的新工具。它的核心是以模型为载体，利用数字化的技术，将建筑设计、施工、运行的各类物理数据和实际信息集成化、三维化的展示出来，从而为了建筑工程项目的参建各方提供了一个信息交互的协同工作平台。GIS(Geographic Information System或Geo－Information system)又称之为地理信息系统，它是一种空间信息系统，是对整个或部分的表层空间中有关空间分布的数据信息进行采集、运算、分析和显示等功能的系统，它为我们提供了客观的定性的原始数据。随着近些年来两项技术的不断进步，BIM+GIS技术为建筑业的信息化、智能化发展提供了良好的支撑，由GIS建立空间数据库，BIM对其进行细化补充，从宏观和微观两个角度对两项技术进行了一加一大于二的集成升级，但是并没有用于地基与基础分部工程上，无法解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，减少土石方工程量争议，有效把控成本。
本发明是这样实现的：一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，包括如下步骤：
步骤1、采集项目地的地形数据，形成资料库；
步骤2、对资料库中的数据处理，生成GIS地形模型；
步骤3、根据项目地质勘察报告生成BIM地质模型；
步骤4、确定基坑支护的形式、基础的形式，根据相关设计图纸，生成基坑与基础BIM模型；
步骤5、将GIS地形模型与BIM地质模型进行嵌套，修正BIM地质模型的地表偏差，形成BIM修正模型；
步骤6、将基坑与基础BIM模型与BIM修正模型进行二次嵌套形成综合模型，在综合模型上进行快速场内测量，计算项目地的土石方计划开挖、回填的工程量，以及进行地基与基础分部工程相关分析及选型。。
进一步地，所述步骤3进一步具体为：根据项目地质勘察报告，采用Civil 3D软件进行BIM地质的建立。
进一步地，所述根据项目地质勘察报告生成BIM地质模型进一步具体为：首先根据项目地质勘察报告进行分类整理为TXT文件，导入TXT文件，生成各个点位，并根据持力层进行点编组；根据持力层进行曲面的创建，并将曲面相对应的点编组，添加至曲面中使其与持力层关联，软件自动通过有限元方式计算划分，所获得的曲面即为地形或各持力层的表皮；选中相邻持力层，采用生成实体命令，软件便会自动计算生成两两曲面之间的填充，之后采用布尔运算命令，将地质模块进行修剪，完成BIM地质模型建立。
进一步地，所述步骤5进一步具体为：将GIS地形模型转换成FBX或DWG格式，之后与BIM地质模型通过Civil 3D软件进行嵌套，修正BIM地质模型的地表偏差，形成BIM修正模型。
进一步地，所述步骤6进一步具体为：将基坑与基础BIM模型转换成FBX、DWG或者IFC格式，之后与BIM修正模型通过Civil 3D软件进行二次嵌套形成综合模型，在综合模型上进行快速场内测量，计算项目地的土石方计划开挖、回填的工程量，以及进行地基与基础分部工程相关分析及选型，分析基础选型与持力层，预判桩基础深度，对影响桩基施工的岩土体提出处理预案，对工程质量安全管理提出处理预案。
进一步地，所述步骤1进一步具体为：确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库。
进一步地，所述步骤2进一步具体为：若资料库中的数据大小小于限定值，则采用Bentley ContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型。
本发明具有如下优点：将BIM+GIS的优势进行有效的结合，使得地基与基础工程的现场管理从传统的粗放式向精细化转型，实现GIS真实模型与BIM数字模型的结合映照，共同存档，最终提供给运维使用，做到真正的数据全生命周期的传递。BIM+GIS技术在地基与基础工程中的应用，极大地提高了生产效率，不仅是数据采集方式的变革，更可实现数字建造、智慧建造。在项目前期利用无人机航拍建立正向、侧向摄影，精确、低成本、高效的进行地形数据的采集，形成数据资料库，再通过BIM技术根据地勘报告和设计资料建立生成GIS地形模型、BIM地质模型、BIM基坑模型、以及BIM基础模型。将地形、周边环境、地质、支护形式、基础形式等情况可视化、数据化，辅助进行地基与基础工程作业，在施工地质情况分布、方案论证方面具有参考作用。辅助进行地基与基础工程作业，在施工地质情况分布、方案论证方面具有参考作用；利用综合模型，在施工场地平整，土石方开挖回填及外运方案优化，地基处理，基础选型，以及分析土方工程土壤及岩石类别，分析地基处理，分析基础选型，预判桩基长度，等方面都具有明显优势。对所采集数据利用ContextCapture、Civil3D、Revit等专业BIM软件对数据进行处理生成高精度三维综合模型，使得地形、周边环境、地质、支护形式、基础形式等信息内容可视化，可编辑化，可模拟多种假定条件进行测算分析，在满足设计、安全、质量的前提下，对综合经济效益带来有利影响，在地基与基础工程的综合运用中展现了突出的优势。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明方法执行流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，包括如下步骤：
步骤1、确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库；
步骤2、若资料库中的数据大小小于限定值，则采用Bentley ContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型；
步骤3、根据项目地质勘察报告，采用Civil 3D软件进行BIM地质的建立，所述根据项目地质勘察报告生成BIM地质模型进一步具体为：首先根据项目地质勘察报告进行分类整理为TXT文件，导入TXT文件，生成各个点位，并根据持力层进行点编组；根据持力层进行曲面的创建，并将曲面相对应的点编组，添加至曲面中使其与持力层关联，软件自动通过有限元方式计算划分，所获得的曲面即为地形或各持力层的表皮；选中相邻持力层，采用生成实体命令，软件便会自动计算生成两两曲面之间的填充，之后采用布尔运算命令，将地质模块进行修剪，完成BIM地质模型建立；
步骤4、确定基坑支护的形式、基础的形式，根据相关设计图纸，生成基坑与基础BIM模型；
步骤5、将GIS地形模型转换成FBX或DWG格式，之后与BIM地质模型通过Civil 3D软件进行嵌套，修正BIM地质模型的地表偏差，形成BIM修正模型；
步骤6、将基坑与基础BIM模型转换成FBX、DWG或者IFC格式，之后与BIM修正模型通过Civil 3D软件进行二次嵌套形成综合模型，在综合模型上进行快速场内测量(误差±1cm+1ppm)，计算项目地的土石方计划开挖、回填的工程量，以及进行地基与基础分部工程相关分析及选型，分析基础选型与持力层，预判桩基础深度，对可能影响桩基施工的(透镜体、夹层)岩土体提出处理预案，对工程质量安全管理提出相关处理预案。
一种具体实施方式：
本发明的目的在于克服现有技术之不足，减少土石方工程量争议，采用BIM+GIS的模拟土石方平衡的测算技术。在项目前期利用无人机正向、倾斜摄影技术进行项目地原始地形数据的采集，精确、低成本、高效的形成原始数据资料库，基于原始数据资料库对数据进行处理生成高精度GIS“地形模型”，在模型中进行现场土石方的开挖与回填测算，同时为了减少误差，根据项目地勘报告采用Civil 3D进行“地质模型”的建立，以及根据项目基坑支护施工图与项目基础施工图进行BIM“基坑与基础”模型的建立，将三个模型进行嵌套修正，修正后利用复合体积算法和平均断面算法，快速地计算现有曲面和设计曲面之间的土方量。最终用BIM模型数据与GIS模型数据对照修正的方式输出土石方平衡数据，测算数据与实际总方量相比误差小，并且该模型可提供土石方工程土壤及岩石类别的划分估算数据，为项目土石方工程量的结算提供科学准确的依据，有效把控项目成本。同时利用BIM+GIS的信息模型结合地基处理和桩基工程施工过程，进行模拟的方式方法，对地基处理和桩基的选择进行分析，并依据地勘模型直观分析建筑基础分布与受力，结合工程算量，优化基础数量与选型预判桩基长度等，也对可能影响桩基施工的(透镜体、夹层)岩土体提出处理预案。
EPC项目实施过程如下：
1：确定项目地的周边环境以及航拍建模的范围。利用地面站的Google Earth(谷歌地图)，用点选的方式确定项目航测范围，并进行合理的进行飞行架次划分，以及进行合理的飞行高度、飞行速度、拍摄间隔、航向间距、旁向间距等参数设置。选择最佳的航拍方案，有助于提升作业效率，同时减少“果冻效应”、“摩尔纹”，提升模型精度。
(名词解释：在曝光开始的时候，图像传感器逐行扫描逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。当然，所有的动作在极短的时间内完成，一般不会对拍摄造成影响。但如果被拍摄物体相对于相机高速运动或快速振动时。用卷帘快门方式拍摄，逐行扫描速度不够，拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等情况。这种卷帘快门方式拍摄出现的现象，就定义为果冻效应。当感光元件像素的空间频率与影像中条纹的空间频率接近时，可能产生一种新的波浪形的干扰图案，即所谓的摩尔纹。)
2：利用无人机倾斜摄影技术建立原始场地数据库。当地面站设置及无人机组装完成后，便可开始航测作业。无人机将以恒定的速度，根据地面站设定的重叠率和路径、范围等参数对地面进行等距拍照，操作人员观察无人机位置及地面站实时飞行参数即可。
3：最后进行数据处理，相对较小的单体或地块采用Bentley ContextCapture(基于影像自动化进行三维模型构建的并行软件系统)完成航测的后期数据处理，生成原始场地与周边环境的GIS地形模型，可输出OSGB、OBJ、S3C、3MX等格式文件成果，以供后期浏览或加工。
4：较大的工程项目或地块由于拍摄范围大，影像数据多，完成重建所需的计算机内存往往达到上百G，现有设备无法完成重建计算，采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行原始场地与周边环境的GIS地形模型的建立，大大缩短了建模时长，已达到最终成果输出的目的。
5：最终建立的GIS地形模型可直接在其中进行测量分析，包括距离、高层、面积、体积等数据，也可初步的进行现场土方的开挖与回填测算。同时还可用于现场勘查、场布规划、灾后调查、施工阶段进度跟踪及形象汇报、竣工阶段形成项目实景模型等方面。
6：BIM地质模型的建立和应用的方法和步骤：确定项目地的工程地质条件，根据地勘报告，采用Autodesk公司的Civil 3D软件进行BIM地质的建立。首先根据建设项目岩土工程勘察报告中的勘探点一览表提取各钻孔点位的孔号、坐标X、Y值、孔口标高以及标准贯入试验分层一览表中各岩土层的标贯深度，分类整理为软件可读取的TXT文件。
7：通过软件中创建点的菜单，选择导入数据文件，将分类好的数据逐一的进行导入，生成各个点位，并根据持力层进行点编组。
8：进行曲面的创建，有几个持力层就建立对应个数的曲面，并将曲面相对应的点编组，添加至曲面中使其与之关联，这样软件自动通过有限元方式计算划分，所获得的曲面即为地形或各持力层的表皮。
9：选中相邻持力层，采用生成实体命令，软件便会自动计算生成两两曲面之间的填充，但往往建立的地质模块会有间隙或交叉关系，此时我们采用布尔运算命令，将地质模块进行修剪，可形成一个完整的地质模块。
10：基坑与基础的BIM模型的建立和应用的方法和步骤：确定基坑支护的形式、基础的形式，根据相关设计图纸，采用Autodesk公司的Revit软件进行基坑与基础BIM模型的建立。
11：将通过Bentley ContextCapture建立的GIS地形模型转换成FBX\DWG格式，与通过Civil 3D建立的BIM地质模型通过Civil 3D软件进行嵌套，修正BIM地质模型的地表偏差，形成“修正BIM模型”。
12：将通过Revit建立的基坑BIM模型转换成FBX\DWG\IFC格式，与“修正BIM模型”通过Civil 3D软件进行二次嵌套形成“综合模型”，在综合模型上进行快速场内测量(误差±1cm+1ppm)，这样就可以进行直接准确的计算项目地的土石方计划开挖、回填的工程量，以及进行地基与基础分部工程相关分析及选型数据。
13：进一步的，还可以利用“综合模型”结合BIM的模拟施工技术，形成假设，如：地下室底板、建筑正负零模拟抬高，进行测算分析，是否能在满足设计要求的前提下，对综合经济效益带来有利影响。
14：进一步的，还可以结合BIM基础模型，对如桩基施工过程进行模拟的方式方法，利用模型对压桩设备的穿层能力进行分析，选择合理的桩基持力层；并依据地勘模型直观分析建筑基础分布与受力，结合工程算量，优化基础数量与选型预判桩基长度等。也对可能影响桩基施工的(透镜体、夹层)岩土体提出处理预案。
15：进一步的，还可利用BIM+GIS技术建立规建管一体化平台。首先利用无人机倾斜摄影建立GIS的点云模型，表达既有建筑、地形、道路等实际情况，然后将市政管网、新建项目等BIM模型和信息通过平台整合放置到实景模型中去，形成规划设计管控规则与评估体系，针对具体的规划用地，可以查询到其规划的经济技术指标，也可以看到具体地块上落地的城市建设项目和公共服务设施设施的行政区域和服务半径。为设计单位、规划管理部门、城市决策者提供统一的工作沙盘。
某医院EPC项目中采用该技术，并结合现场PDCA循环管理最终实现：1、提高医疗综合楼建筑底板、建筑正负零标高(由原设计19.0米调整至21.0米)；同时为解决出入口高低差问题，将周边道路原标高相应提高3—4米。因项目底板、正负零抬高2米，本项目的基坑开挖土方量由原来的41万立方米减少至29.6万立方米，减少了近11.4万立方米，节省成本约970万元。2、取消桩基、优化基坑支护及降水原设计方案的桩基范围及类型为：北侧病房楼及其裙楼需打近300根冲孔灌注工程桩；基坑支护类型为：放坡、降水井、咬合桩相结合。如按原方案施工，工期约6个月，费用约2700万。后经我司与设计院优化，取消工程桩，改为筏板基础；同时取消咬合桩、减少降水井数量的方案。此方案工期约为4个月，费用约为700万元。经过优化后节约工期2个月，节约费用约2000万元。3、采用该技术测算的土石方总方量与建设方委托第三方提供的《土石方工程量测量计算报告》中的土石方总方量29.6万立方米相差不足800方，确保了项目结算依据的准确性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、采集项目地的地形数据，形成资料库；
步骤2、对资料库中的数据处理，生成GIS地形模型；
步骤3、根据项目地质勘察报告生成BIM地质模型；
步骤4、确定基坑支护的形式、基础的形式，根据相关设计图纸，生成基坑与基础BIM模型；
步骤5、将GIS地形模型与BIM地质模型进行嵌套，修正BIM地质模型的地表偏差，形成BIM修正模型；
步骤6、将基坑与基础BIM模型与BIM修正模型进行二次嵌套形成综合模型，在综合模型上进行快速场内测量，计算项目地的土石方计划开挖、回填的工程量，以及进行地基与基础分部工程相关分析及选型。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，其特征在于：所述步骤3进一步具体为：根据项目地质勘察报告，采用Civil 3D软件进行BIM地质的建立。
3.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，其特征在于：所述根据项目地质勘察报告生成BIM地质模型进一步具体为：首先根据项目地质勘察报告进行分类整理为TXT文件，导入TXT文件，生成各个点位，并根据持力层进行点编组；根据持力层进行曲面的创建，并将曲面相对应的点编组，添加至曲面中使其与持力层关联，软件自动通过有限元方式计算划分，所获得的曲面即为地形或各持力层的表皮；选中相邻持力层，采用生成实体命令，软件便会自动计算生成两两曲面之间的填充，之后采用布尔运算命令，将地质模块进行修剪，完成BIM地质模型建立。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，其特征在于：所述步骤5进一步具体为：将GIS地形模型转换成FBX或DWG格式，之后与BIM地质模型通过Civil 3D软件进行嵌套，修正BIM地质模型的地表偏差，形成BIM修正模型。
5.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，其特征在于：所述步骤6进一步具体为：将基坑与基础BIM模型转换成FBX、DWG或者IFC格式，之后与BIM修正模型通过Civil 3D软件进行二次嵌套形成综合模型，在综合模型上进行快速场内测量，计算项目地的土石方计划开挖、回填的工程量，以及进行地基与基础分部工程相关分析及选型，分析基础选型与持力层，预判桩基础深度，对影响桩基施工的岩土体提出处理预案，对工程质量安全管理提出处理预案。
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，其特征在于：所述步骤1进一步具体为：确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库。
7.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS地基与基础分部工程分析及选型方法，其特征在于：所述步骤2进一步具体为：若资料库中的数据大小小于限定值，则采用BentleyContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型。
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