CN111968232B - 基于bim的灌浆工程三维可视化分析系统 - Google Patents

Abstract

基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，该系统包括三维可视化平台，用于BIM模型的三维显示、编辑、属性查询；用于灌浆孔模型的自动建模。数据库模块，用于地质资料、灌浆设计参数、灌浆施工台账、物探检测数据、质量检查成果的导入、存储。信息查询与展示模块，用于灌浆孔相关信息的三维查询，用于灌浆数据的三维可视化，用于BIM模型与灌浆数据的空间耦合展示。数据筛选模块，对灌浆数据进行自动筛选。数据统计分析与成果出图模块，用于对灌浆数据进行自动统计分析；绘制剖面图。智能分析应用模块，自动对所选的灌浆区域进行智能化分析。本发明系统使得灌浆过程中信息能够集中统一管理；具备快速统计和自动出图功能，数据直观。

Description

基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统

技术领域

本发明涉及水利水电灌浆工程技术领域，具体涉及一种基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统。

背景技术

灌浆施工过程中会产生大量的灌浆数据，对这些数据进行快速、合理的、有效的分析对解决灌浆异常情况、评价灌浆效果、动态优化灌浆参数十分具有重要的意义。但传统灌浆数据分析存在两个方面的缺陷：一是传统的灌浆数据主要以excel表格的形式进行数据的统计、查询，大量的数据整理工作不仅效率较低且不够直观，影响了解决问题的及时性，目前尚缺乏一种能够对数据进行快速且可视化的分析工具。二是，传统的灌浆分析一般仅对灌浆施工数据本身进行分析，而较少结合影响灌浆施工的地质信息，导致了灌浆分析的存在一定程度的盲目性，效果不佳。目前尚缺乏一种能够有效结合地质条件的灌浆系统分析工具。

发明内容

针对传统灌浆分析手段效率不高、效果不佳的问题。本发明提供一种基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，该系统集成与灌浆工程相关的工程地质数据、设计参数数据、灌浆施工数据，并实现各类数据的可视化与三维空间耦合，从而对灌浆工程进行全过程的分析与管理。该系统使得灌浆过程中信息能够集中统一管理；具备快速统计和自动出图功能，数据直观，分析过程中更具备针对性。

本发明采取的技术方案为：

基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，该系统包括：

三维可视化平台，用于BIM模型的三维显示、编辑、属性查询；用于灌浆孔模型的自动建模；用于各类数据可视化及空间耦合，并提供各类数据查询、计算分析功能；

数据库模块，用于地质资料、灌浆设计参数、灌浆施工台账、物探检测数据、质量检查成果的导入、存储；

信息查询与展示模块，用于灌浆孔相关信息的三维查询，用于灌浆数据的三维可视化，用于BIM模型与灌浆数据的空间耦合展示；

数据筛选模块，通过设定筛选条件，对灌浆数据进行自动筛选，

数据统计分析与成果出图模块，用于对灌浆数据进行自动统计分析；用于自动绘制灌浆二维综合剖面图。

智能分析应用模块，用于综合BIM模型、灌浆数据及检测成果数据，自动对所选的灌浆区域进行智能化分析。

所述三维可视化平台中：

BIM模型包括岩层、断层、长大结构面、不良地质体等地质模型以及灌浆平洞、大坝、厂房等主要建筑物模型，模型类型包括点、线、面和体模型，模型由专业三维建模软件完成，并以通用格式导入系统。

所述灌浆孔模型由系统根据数据库模块中的设计参数表自动生成；

所述数据库模块中：

地质资料，包括三维地质模型、钻孔岩心描述、岩心照片；

灌浆设计参数，包括每个灌浆的孔号、排号、分序号、单元号、所属平洞位置基本属性信息；孔口坐标、孔深、孔斜、孔向空间属性信息；以及灌浆压力、灌浆分段、灌浆方法、水泥类型灌浆工艺参数信息；

灌浆施工台账，包括每一灌浆段的起始/终止孔深、灌前透水率、起始/终止注入率、单位注灰量、灌浆压力施工数据，这些施工数据由系统通过网络主动、实时访问现场灌浆记录仪获取。

物探检测数据，包括灌浆孔的孔内电视和声波数据。

质量检查成果，包括每个检查孔的基本属性信息、空间属性参数、压水工艺参数及压水吕荣值数据。

所述信息查询与展示模块中：

灌浆孔相关信息，包括每一个灌浆孔的设计参数、所处的地质条件、灌浆施工数据、物探检测数据、质量检查数据。

灌浆数据，包括每一灌浆段的起始/终止孔深、灌前透水率、起始/终止注入率、单位注灰量、灌浆压力灌浆施工成果数据，灌浆数据的三维可视化是指通过区间与颜色分级，在三维空间下显示灌浆数据的空间分布图，包括柱状图和云图两种形式。

所述数据筛选模块中：

包括两种模式：条件筛选、手动筛选，条件筛选是对通过设定筛选条件对灌浆孔或灌浆段进行自动筛选，筛选条件包括4类，分别为设计参数筛选条件、施工台账筛选条件、考虑时间因素的筛选条件、考虑地质条件的筛选条件，手动筛选是指通过在三维空间下通过鼠标框选的方式选择任意区域的灌浆孔或灌浆段。

所述数据统计分析与成果出图模块中：

灌浆数据统计类型包括灌浆施工成果表、透水率与注灰量区间分布直方图、频率和累计频率曲线图、单位注灰量和透水率关系散点图；所述成果类型见《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2012》。

成图类型包括灌浆综合剖面图，透水率空间分布图、单位注灰量空间分布图。所述成果类型见《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2012》。

所述智能分析应用模块，包括地质条件预测、施工进程模拟、灌浆效果模拟；

地质条件预测，是指系统自动对所选灌浆孔与三维模型进行三维空间交切运算，并对每个灌浆孔赋予相应的地质信息，并以表格或简报形式输出；

施工进程模拟，是指利用获取灌浆施工数据，在三维空间下动态模拟灌浆施工进度；

灌浆效果模拟，是指根据分排、分序施工进程，动态模拟岩体渗透性或岩体质量的变化情况，以评价灌浆效果。

本发明一种基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，技术效果如下：

1）本发明可实现灌浆工程相关的数据及信息的集成统一管理，可有效解决多源、海量数据分散、孤立等问题，避免信息孤岛，实现了信息的快速流动。

2）本发明可实现灌浆成果的快速统计及自动出图功能，大大提高了灌浆分析的效率，减轻技术人员的工作压力。

3）本发明采用了三维可视化技术、BIM建模技术等，实现了灌浆数据的三维可视化，并可结合地质条件进行灌浆数据分析，可有效避免分析过程的盲目性，可指导灌浆的设计与施工，保证灌浆质量。

附图说明

图1为发明系统构建示意图。

具体实施方式

基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，以灌浆工程BIM模型为基础，构建灌浆工程数据库，集成与灌浆工程相关的工程地质数据、设计参数数据、灌浆施工数据，完成各类数据的可视化与三维空间耦合，实现对灌浆工程全生命周期的分析与管理。

该系统包括：

三维可视化平台，用于BIM模型的三维显示、编辑、属性查询；用于灌浆孔模型的自动建模；用于各类数据可视化及空间耦合，并提供各类数据查询、计算分析功能。

三维可视化平台，是整个系统的基石，为整个系统提供强大的图形平台。其中：

BIM模型包括岩层、断层、长大结构面、不良地质体等地质模型以及灌浆平洞、大坝、厂房等主要建筑物模型，模型类型包括点、线、面和体模型，模型由专业三维建模软件完成，并以通用格式导入系统。所述灌浆孔模型由系统根据数据库模块中的设计参数表自动生成。所述地质模型及灌浆孔模型构件通过对象树进行分类、分部位管理。

数据库模块，用于地质资料、灌浆设计参数、灌浆施工台账、物探检测数据、质量检查成果的导入、存储。其中：

地质资料，包括三维地质模型、钻孔岩心描述、岩心照片；

灌浆设计参数，包括每个灌浆的孔号、排号、分序号、单元号、所属平洞位置基本属性信息；孔口坐标、孔深、孔斜、孔向空间属性信息；以及灌浆压力、灌浆分段、灌浆方法、水泥类型灌浆工艺参数信息；

灌浆施工台账，包括每一灌浆段的起始/终止孔深、灌前透水率、起始/终止注入率、单位注灰量、灌浆压力施工数据，这些施工数据由系统通过网络主动、实时访问现场灌浆记录仪获取。

物探检测数据，包括灌浆孔的孔内电视和声波数据。

质量检查成果，包括每个检查孔的基本属性信息、空间属性参数、压水工艺参数及压水吕荣值等数据。所述数据库导入格式包括excel，或者jpg格式。所述数据库应包括数据检查功能。

信息查询与展示模块，用于灌浆孔相关信息的三维查询，用于灌浆数据的三维可视化，用于BIM模型与灌浆数据的空间耦合展示，其中：

灌浆孔相关信息，包括每一个灌浆孔的设计参数、所处的地质条件、灌浆施工数据、物探检测数据、质量检查数据。

灌浆数据，包括每一灌浆段的起始/终止孔深、灌前透水率、起始/终止注入率、单位注灰量、灌浆压力灌浆施工成果数据。

灌浆数据的三维可视化是指通过区间与颜色分级，在三维空间下显示灌浆数据的空间分布图，包括柱状图和云图两种形式。

数据筛选模块，通过定筛选条件，对灌浆数据进行自动筛选，包括两种模式：条件筛选、手动筛选，条件筛选是对通过设定筛选条件对灌浆孔或灌浆段进行自动筛选，筛选条件包括4类，分别为设计参数筛选条件、施工台账筛选条件、考虑时间因素的筛选条件、考虑地质条件的筛选条件，手动筛选是指通过在三维空间下通过鼠标框选的方式选择任意区域的灌浆孔或灌浆段。

数据统计分析与成果出图模块，用于对灌浆数据进行自动统计分析；用于自动绘制灌浆二维综合剖面图。灌浆数据统计类型包括灌浆施工成果表、透水率与注灰量区间分布直方图、频率和累计频率曲线图、单位注灰量和透水率关系散点图。成图类型包括灌浆综合剖面图，透水率空间分布图、单位注灰量空间分布图。所述成果类型见《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2012》。

智能分析应用模块，用于综合BIM模型、灌浆数据及检测成果数据，自动对所选的灌浆区域进行智能化分析。智能分析应用模块，包括地质条件预测、施工进程模拟、灌浆效果模拟；

地质条件预测，是指系统自动对所选灌浆孔与三维模型进行三维空间交切运算，并对每个灌浆孔赋予相应的地质信息，并以表格或简报形式输出；

施工进程模拟，是指利用获取灌浆施工数据，在三维空间下动态模拟灌浆施工进度；

灌浆效果模拟，是指根据分排、分序施工进程，动态模拟岩体渗透性或岩体质量的变化情况，以评价灌浆效果。

本发明一种基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，其中,三维可视化平台系统是整个系统的基础图形平台，数据库模块实现涉及灌浆工程的地质数据、设计数据及施工数据的集成管理功能；查询筛选模块通过设定筛选条件，在三维可视化平台中实现任意区域灌浆孔的筛选功能；灌浆数据可视化模块通过颜色分级实现了数据的可视化功能；成果统计与成图模块，实现了特定成果表与成果图的自动生成功能。本发明专利针对灌浆工程实际需求提供了数据集成管理、快速分析、自动成图的功能，为灌浆工程信息化、智能化提供了解决方案。

本发明系统用于某水电站大坝帷幕灌浆工程中，具体实施步骤如下：

步骤1：模型建立及导入。利用专业三维建模软件，建立灌浆工程区的三维地质模型，地质模型包括地层、断层、长大结构面、不良地质体，定义其物理力学参数、水文地质参数、性状描述等作为其属性。并将模型导入三维可视化平台中。

步骤2：数据标准化与入库。以标准化的固定模板建立灌浆设计参数表，灌浆施工数据表、灌后检查成果表。对岩芯照片、孔内电视照片等以孔号名称进行编码。将标准化的excel数据及照片数据导入数据库；数据入库前，系统将自动对数据进行检查。数据入库后，系统将根据设计参数表自动在三维可视化平台中创建灌浆孔模型。

步骤3：灌浆孔模型筛选。根据分析的需要，设定设计参数、灌浆数据、时间因素、地质因素四类筛选条件，三维可视化平台将显示筛选后的灌浆孔模型，并隐藏其他灌浆孔；

步骤4：灌浆数据可视化。选择需要可视化的数据（如透水率），系统将根据需要对步骤3中筛选的灌浆孔创建透水率空间分布柱状图或透水率空间分布云图。

步骤5：灌浆数据统计。对步骤3中筛选的灌浆孔的灌浆数据进行统计，系统将自动创建灌浆数据成果统计表、透水率与注灰量区间分布直方图、频率和累计频率曲线图、单位注灰量和透水率关系散点图、灌浆综合剖面图，透水率空间分布图、单位注灰量空间分布图等。

步骤6：灌浆异常与灌浆效果分析。通过地质模型与灌浆成果可视化数据的空间耦合、任意灌浆孔的地质情况（编录描述、钻孔电视、声波彩电等）查询等，分析灌浆数据和地质条件的相关性，从地质角度分析大注入量、回浆返浓等异常情况的原因，及时解决灌浆施工异常情况；通过灌浆数据（透水率、单位注灰量）分排、分序对比分析，实时查看岩体吕荣值或声波值改善情况，分析不同岩体的可灌性及相应灌浆工艺参数的适宜性，为后续灌浆工程动态设计提供依据。

Claims (4)

1.基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，其特征在于该系统包括：

三维可视化平台，用于BIM模型的三维显示、编辑、属性查询；用于灌浆孔模型的自动建模；用于各类数据可视化及空间耦合，并提供各类数据查询、计算分析功能；

数据库模块，用于地质资料、灌浆设计参数、灌浆施工台账、物探检测数据、质量检查成果的导入、存储；

所述数据库模块中，地质资料，包括三维地质模型、钻孔岩心描述、岩心照片；

灌浆设计参数，包括每个灌浆的孔号、排号、分序号、单元号、所属平洞位置基本属性信息；孔口坐标、孔深、孔斜、孔向空间属性信息；以及灌浆压力、灌浆分段、灌浆方法、水泥类型灌浆工艺参数信息；

灌浆施工台账，包括每一灌浆段的起始/终止孔深、灌前透水率、起始/终止注入率、单位注灰量、灌浆压力施工数据，这些施工数据由系统通过网络主动、实时访问现场灌浆记录仪获取；

物探检测数据，包括灌浆孔的孔内电视和声波数据；

质量检查成果，包括每个检查孔的基本属性信息、空间属性参数、压水工艺参数及压水吕荣值数据；

信息查询与展示模块，用于灌浆孔相关信息的三维查询，用于灌浆数据的三维可视化，用于BIM模型与灌浆数据的空间耦合展示；

数据筛选模块，通过定筛选条件，对灌浆数据进行自动筛选；

所述数据筛选模块中，包括两种模式：条件筛选、手动筛选，条件筛选是对通过设定筛选条件对灌浆孔或灌浆段进行自动筛选，筛选条件包括4类，分别为设计参数筛选条件、施工台账筛选条件、考虑时间因素的筛选条件、考虑地质条件的筛选条件；手动筛选是指通过在三维空间下通过鼠标框选的方式选择任意区域的灌浆孔或灌浆段；

数据统计分析与成果出图模块，用于对灌浆数据进行自动统计分析；用于自动绘制灌浆二维综合剖面图；

智能分析应用模块，用于综合BIM模型、灌浆数据及检测成果数据，自动对所选的灌浆区域进行智能化分析。

2.根据权利要求1所述基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，其特征在于：所述三维可视化平台中：BIM模型包括岩层、断层、长大结构面、不良地质体地质模型以及灌浆平洞、大坝、厂房主要建筑物模型，模型类型包括点、线、面和体模型，模型由专业三维建模软件完成，并以通用格式导入系统；所述灌浆孔模型由系统根据数据库模块中的设计参数表自动生成。

3.根据权利要求1所述基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，其特征在于：所述信息查询与展示模块中：

灌浆孔相关信息，包括每一个灌浆孔的设计参数、所处的地质条件、灌浆施工数据、物探检测数据、质量检查数据；

灌浆数据，包括每一灌浆段的起始/终止孔深、灌前透水率、起始/终止注入率、单位注灰量、灌浆压力灌浆施工成果数据，灌浆数据的三维可视化是指通过区间与颜色分级，在三维空间下显示灌浆数据的空间分布图，包括柱状图和云图两种形式。

4.根据权利要求1所述基于BIM的灌浆工程三维可视化分析系统，其特征在于：所述智能分析应用模块，包括地质条件预测、施工进程模拟、灌浆效果模拟；

地质条件预测，是指系统自动对所选灌浆孔与三维模型进行三维空间交切运算，并对每个灌浆孔赋予相应的地质信息，并以表格或简报形式输出；

施工进程模拟，是指利用获取灌浆施工数据，在三维空间下动态模拟灌浆施工进度；

灌浆效果模拟，是指根据分排、分序施工进程，动态模拟岩体渗透性或岩体质量的变化情况，以评价灌浆效果。