CN111353681A - 一种基于bim技术的场地内土石工程量高精度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM技术的场地土石方工程量的高精度计算方法，解决的技术问题是利用现有的场地内土方石量计算方法计算土石方工程量产生的误差较大，本发明包括以下步骤：一、获取原始地形DEM文件；二、根据原始地形DEM数据拟合原始地形的原始地形曲面；三、根据地质勘察资料搭建各地质层计算起始面曲面模型；四、根据设计文件搭建平土完成曲面；五、根据现场开挖情况测量各地质层计算起始面；六、将步骤三、四的地质层曲面分别拉伸至步骤四的平土完成曲面；七、对骤六得到的三维模型进行分析计算土石方工程量。本发明采用BIM技术，同时结合了三维建模软件，针对于场地土石方工程核算问题，提出了一种高精度的计算方法。

Description

一种基于BIM技术的场地内土石工程量高精度计算方法
技术领域
本发明涉及土建领域，具体涉及一种基于BIM技术的场地内土石工程量高精度计算方法。
背景技术
在场地平整过程中，经常需要大面积开挖、回填等场地平整工作。其中对于工程土方数量的核算是场地平整工程中的一项重要工作，同时也是土建工程成本核算的重要指标。
国内现有的场地土方量计算方法是方格网法，方格网法的的基本思路是将场地划分为若干正方形，再将场地内设计标高和自然地面标高分别标注方格角上，场地设计标高与自然地面标高的差值即为各点的施工高度，习惯以+表示填方，-表示挖方。将施工高度标注于角点上，然后分别计算每一方格网的填挖土方量，并计算出场地边坡的土方工程量。将挖方区(填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得到场地挖方量和填方量的总土方量。为了了解整个场地的挖填区域分布状态，计算前应先确定零线位置，零线确定后便可进行土石方量计算。方格网法的有点在于出图方便直观且清晰，对于场地起伏变化不大较为平缓时计算结果较为准确，对于地形较为复杂、台阶较多的场地计算结果会产生很大的误差。这样产生的后果，一是工程量估算偏差，
Figure RE-GSB0000186099550000011
整个工程管理进度产生影响，二是影响工程的成本核算，对工程的精细化成本管理不利。基于于此，本发明提出了一种密闭体构件土方模型，并利用计算机电算技术进行土方量的高精度求解方法，适应于各种复杂地形情况的土方工程量计算；同时该算法具有普适性，不仅使用与土建工程土方量计算，对于铁路工程，道路工程等土方量计算同样适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有的土方量计算场地平整工程土石方量产生的较大误差，对精细化成本管控不利。提出了一种借助BIM技术直接构建土方三维模型，从而获得场地土方工程量的高精度计算方法及实现措施。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于BIM技术的场地内土石工程量高精度计算方法，其特征在于包括以下步骤：一、获取原始地形 DEM文件；二、根据原始地形DEM数据拟合原始地形的原始地形曲面；三、根据地质勘察资料搭建各地质层计算起始面曲面模型；四、根据设计文件搭建平土完成曲面；五、根据现场开挖情况测量各地质层计算起始面；六、将步骤三、四的地质层曲面分别拉伸至步骤四的平土完成曲面，得到两曲面之间的体量实体模型；七、对骤六得到的三维模型进行分析计算土石方工程量。原始地形和各实测各地质层计算起始面DEM数据包括平面位置和高程数据两种信息。对于 DEM文件的采集，可以直接在野外通过全站仪或者GPS激光测距仪进行测量，也可以间接使用无人机测绘数据。
步骤二、三、四所述的地形曲面的构建原则为：采用不规则三角网模型构建原始地形曲面。目前，常用的DEM的表达方式分为不规则三角网 (Triangulated IrregularNetwork下简称TIN)模型和规则格网(下简称 GRID)模型，相对于GRID模型，TIN模型通过一组离散数据点构建三角面来拟合原始地形表面，相对于GRID模型，TIN模型的优点在于能够准确高效表达原始地形的起伏情况，同时避免了GRID模型带来的数据冗余。
步骤二、三、四所述的采用不规则三角网(TIN)模型原始地形曲面的方法为：采用Delaunay三角网构建TIN模型，对三维空间原始地形DEM数据进行 Delaunay三角剖分时，首先将原始地形DEM数据投影至二维平面，再利用二维平面的delaunay三角剖分方法构建数字地面模型，最后将其投影点间的关系映射到原始地形。Delaunay三角网由于其单元网格原则上趋近于等边三角形，是目前地形拟合分析的主要方式。
步骤二、三、四所述delaunay三角网构建原则为：(1)空圆特性原则： delaunay三角网中任一三角形的外接圆范围内均不包含离散点集中其他任意点；(2)唯一性原则：无论从何处开始连网，最终得到的delaunay三角网一致(3) 最小角最大原则：即采用delaunay三角网构网所得的三角形最小角最大。
步骤六所述构建体量实体模型的构建方法为：将地质层的曲面投影至设计曲面，并将地质层曲面的边界点集与投影至设计曲面的边界点集依次相连构建成三维体量模型。
步骤七所述的对三维模型进行分析的分析方法为：利用三维建模软件，对各个地质层曲面三维模型和设计地形曲面三维模型进行交集布尔运算，求得二者公共部分三维模型。其中原始地形曲面(第一地质层曲面)S1至设计标高设(S设)体量原始地形曲面位于设计曲面之上的记为V1，原始地形曲面位于设计曲面之下的记为V填；第二地质层S2拉伸至设计曲面(S设)体量三维模型体积记为V2，第三地质层拉伸S3至设计曲面(S设)体量三维模型体积记为V3。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明：
图1为本发明提供的计算方法在土方填挖关系为纯挖方的计算原理图；
图2为本发明提供的计算方法在土方填挖关系为纯填方的计算原理图；
图3为本发明提供的计算方法在为土方填挖关系为半填半挖的计算原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于BIM技术的场地工程土石方量高精度计算方法，包括以下步骤：
步骤一、导入原始地形数据：
计算场地工程土石方量的第一步首先要采集原始地形DEM数据，DEM数据包括平面位置和高程数据两种信息。对于DEM数据的采集，可以直接在野外通过全站仪或者GPS激光测距仪进行测量，也可以间接地从航空影像以及既有地形图上得到。
步骤二、构建原始地形曲面的数字地面(土方计算起始面)模型：
将步骤一所得的原始地形数据导入至Civil3D中，在Civil3D中构建三角网曲面，构建空间delaunay三角网，在此处所用的三角网构建方法是二维投影方法，其构建原理是：将原始地形DEM数据投影至二维平面，再利用二维平面的delaunay三角剖分方法构建delaunay三角网，最后将其投影点间的关系映射到原始地形。构建所得的原始地形曲面的数字地面模型。构建原始地形曲面的数字地面模型是一整个算法系统，就是首先连接三个点成为一个三角形，然后再判断整个三角形网络是否合适，如果不合适再进行微调，目前的算法主要有Bowyer/Watson算法和局部变换法，这两种都可以得到delaunay三角网络。
步骤三、依据步骤二所述方式，构建场地平整的数字地面模型即场地设计完成曲面，根据现场实测搭建第二地质层曲面(石方计算起始面)模型。
步骤四、将Civil3D中构建原始地形曲面的数字地面模型和第二地质层计算拉伸至场地平整的数字地面模型，计算机会根据两个曲面自动计算挖填方并生成实体模型。
步骤五、对步骤四构建的三维模型进行分析，计算得到场地工程的土土石量；统计计算各地质体量三维模型的体积。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于BIM技术的场地内土石工程量高精度计算方法，其特征在于包括以下步骤：一、获取原始地形DEM文件；二、根据原始地形DEM数据拟合原始地形的原始地形曲面；三、根据地质勘察资料搭建各地质层计算起始面曲面模型；四、根据设计文件搭建平土完成曲面；五、根据现场开挖情况测量各地质层计算起始面；六、将步骤三、四的地质层曲面分别拉伸至步骤四的平土完成曲面，得到两曲面之间的体量实体模型；七、对骤六得到的三维模型进行分析计算土石方工程量。
2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的场地内土石工程量高精度计算方法，其特征在于：权利要求1中所述的曲面的构建原则为：采用Delaunay三角网构建不规则三角网模型建立曲面。
3.根据权利要求2所述的基于BIM技术的场地内土石工程量高精度计算方法其特征在于：所述的Delaunay三角网构建原则为：(1)空圆特性原则：Delaunay三角网中任一三角形的外接圆范围内均不包含离散点中其他任意点；(2)唯一性原则：无论从何处开始联网，最终得到的delaunay是一致的；(3)最小角最大原则：即采用delauny三角网所得的三角形最小角最大。
4.根据权利要求1所述的基于BIM技术的场地内土石工程量高精度计算方法，其特征在于：步骤六所述构建体量实体模型的构建方法为：将地质层的曲面投影至设计曲面，并将地质层曲面的边界点集与投影至设计曲面的边界点集依次相连构建成三维体量模型，此处边界点集指的是原始地形曲面边界点和地质层曲面的边界点。
5.根据权利要求1所述的基于BIM技术的场地内土石工程量高精度计算方法，其特征在于：步骤七所述的对三维模型进行分析的分析方法为：利用三维建模软件对原始地形曲面模型和设计曲面三维模型进行交集布尔云散，求得二者公共部分三维模型，将位于设计地形上方记为挖方，将位于设计地形下方的记为填方；关于各地质层的挖方量计算方法：将第一地质层计算起始面至设计曲面的体积记为V1，将第二地质层计算起始面至设计曲面的体积记为V2，将第三地质层计算起始面至设计曲面的体积记为V3；则第一地质层的工程量为Va＝V1-(V2+V3)，第二地质层的工程量为Vb＝V2-V3，第三地质层工程量为Vc＝V3。
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