CN112465972B - 基于bim模型及桩基建模进行地质研判方法 - Google Patents

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Abstract

基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法，属于建设工程施工技术领域，具体涉及一种基于BIM地质模型进行地质研判的方法。本发明的方法，以虚拟钻孔的方式实现地质研判，以模拟钻孔的延伸、扩展为基础实现地质层信息查询预览、长度面积测量、模拟钻孔、打桩、桩基位置地质检测，为项目施工尤其是基坑桩基施工提供一种新颖实用的方法和技术支持，辅助项目设计和施工管理。解决了纸质文档查阅及人工计算的传统地质研判的方式带来的费时费力的问题，利用BIM模型将地质研判进行可视化展示，为各专业团队就地质研判沟通提供有利帮助，辅助完成项目设计和施工管理。

Description

基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法
技术领域
本发明属于建设工程施工技术领域，具体涉及一种基于BIM地质模型进行地质研判的方法。
背景技术
随着城市、港口、山区建设与发展，出现越来越多的工程项目，这些工程项目往往具有地质条件复杂、地质岩性不均匀的问题。有效的地质研判对工程施工极为重要，尤其在桩基施工中需通过桩基类型、截面、长度结合工程场地环境及地质情况进行综合判断，是为工程施工整体打下良好基础的保障。在复杂的地质条件下如何根据工程目标建造满足使用要求和安全要求的工程，是目前急需解决的一项重要问题。
传统的地质研判是通过查询工程位置，计算工程施工深度，再查阅地质勘测形成二维图纸及文字资料，进行综合判断的。这种通过纸质文档查阅的方法费时费力，且不够直观形象，会导致在地质勘探队和施工方之间因专业不同而出现难以交流，形成沟通壁垒的情况。
目前在工程建设领域正推广的BIM技术的应用，可利用三维可视化的优势，能为施工作业提供快速有效的地质研判。
发明内容
为了解决上述施工过程中因地质条件复杂，地质勘测和设计资料难与施工方有效对接，难以建造满足使用要求和安全要求工程的问题。本发明提供一种基于BIM地质模型进行地质研判的方法，以虚拟钻孔的方式实现地质研判，以模拟钻孔的延伸、扩展为基础实现地质层信息查询预览、长度面积测量、模拟钻孔、打桩、桩基位置地质检测，为项目施工尤其是基坑桩基施工提供一种新颖实用的方法和技术支持，辅助项目设计和施工管理。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案是：
基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：收集地质勘察信息，创建地质BIM模型；
地质BIM模型包括三维模型、地层岩性、地层分界面数据信息，BIM模型使用的坐标系与地质勘查使用的坐标系保持一致；
步骤2：初始化状态进行模型和界面的加载，确保功能运行时需要计算的数据、基础环境的纯净；
步骤3：在BIM引擎环境中加载地质BIM模型；
对加载的地质BIM模型，获取地质BIM模型的坐标系、地层岩性数据信息，并以表单的形式将获取的地质BIM模型数据信息进行存储；
步骤4：声明一个临时数据结构Drill，用于存储虚拟钻孔的地质模型上平面坐标PDrill、虚拟钻孔顶部标高zDrill、虚拟钻孔半径rDrill、虚拟钻孔深度dDrill信息字段，存入对应表单；
所述表单中，属性表的属性字段，包括桩基所在地质模型上平面坐标x，y，虚拟钻孔顶部标高zDrill，虚拟钻孔半径rDrill，虚拟钻孔深度dDrill；其中半径rDrill和钻孔深度dDrill为输入数值，不同桩基模拟时，都可以接受和存储相对应桩基的参数；
步骤5：根据临时数据结构Drill提供的钻孔信息构建虚拟钻孔模型，具体是：
(1)从步骤4中存储的属性表中获取存储的虚拟钻孔深度dDrill，虚拟钻孔顶部标高zDrill，地质模型BIM信息中的地面标高z0；
(2)判断钻孔顶部标高zDrill是否大于地面标高z0，即判断zDrill是否大于z0；
若zDrill＞z0，则：
虚拟钻孔地下深度lunder＝虚拟钻孔深度dDrill-虚拟钻孔地上长度labove；
虚拟钻孔地上长度labove＝虚拟钻孔顶部标高zDrill-地面标高z0；
若zDrill≤z0，则：
虚拟钻孔地下深度lunder＝地面标高z0-虚拟钻孔顶部标高zDrill+虚拟钻孔深度dDrill；
(3)在BIM模型可视化区域创建一个半径为虚拟钻孔半径rDrill，深度为虚拟钻孔地下深度lunder的圆柱体作为虚拟钻孔模型；
步骤6：在BIM模型可视化区域对地质BIM模型进行剖面操作，通过虚拟钻孔圆心对地质BIM模型作剖面，并设置默认最优剖面角度视口；
步骤7：由上至下遍历计算虚拟钻孔与地质BIM模型的交点集合，得到地层岩性的变化数据集合，并将数据在BIM模型可视化区域实时更新，具体是：
(1)创建并初始化一个查询器，利用查询器查询出当前地质模型中的模型要素数量，各地质层地层分界面集合L＝{L1，L2，……，Li}，其中地质层的地层分界面Li是一个由坐标点构成的矩阵：
Figure GDA0003537827270000021
每个坐标点为Pm，n＝{x，y，z}；
(2)设置虚拟钻孔位置为PDrill＝{Px，Py，Pz}，依次取出地质层地层分界面集合L中的地层分界面，找到每个地质层的地层分界面LTop i在PDrill的对应坐标点PToppile i，即LToppile i＝Pm，n；最终获得位置PDrill处相交的所有地质层的地层分界面坐标点：
PToppile all＝{PToppile 1，PToppile 2，PToppile 3，…，PToppile i}；
(3)在BIM可视化区域中绘制相交点。
所述的初始化状态进行模型和界面的加载包括检查是否存在虚拟钻的临时模型孔，如果存在则删除，为加载地质模型做准备；初始化操作数据完成后，加载地质模型到BIM模型可视化区域。
获取BIM模型的坐标系、地质层相关BIM数据信息时，以API接口方法进行读取，不限定于编程语言的使用，编程语言可根据业务要求的需要采用，完成API的调用和信息的获取。
所述最优剖面角度视口，是在BIM模型可视化区域中默认设置剖面面向屏幕方向，并对剖面视口进行欧拉角设定，剖面左右摇摆角Heading设置为-30，倾斜角Roll设置为0，上下俯仰角Tilt设置为0。此时，剖面属于最优剖面角度视口，也就是默认剖面角度，平视桩与地质模型的切点位置。
在BIM可视化区域中绘制相交点，为每个相交点增加文字标注，显示地层岩性信息，如对应的厚度、深度、坐标，使得虚拟钻孔模型显示更为清楚、明了。
在不同桩基模拟时，都可以接受和存储相对应桩基的参数，但这里接收和存储的含义是从网页控件中获取出来，存储到网页的内存变量中。
本发明提供的一种基于BIM地质模型进行地质研判的方法，通过创建模拟桩基，进行虚拟钻孔，并与建立的地质BIM模型信息的信息进行交点分析，进行地质BIM模型的剖切，完成桩基所在位置的各地质层地质信息分析，实现了可视化地质研判。
本发明解决了纸质文档查阅及人工计算的传统地质研判的方式带来的费时费力的问题，利用BIM模型将地质研判进行可视化展示，为各专业团队就地质研判沟通提供有利帮助，辅助完成项目设计和施工管理。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
图2为本发明的交点计算方法流程示意图。
图3为本发明实例中桩基设计图纸及设计数据；
图4为本发明实例中一个虚拟钻孔的地质研判结果；
图5为本发明实例中一个桩基实际测量结果《“Z1#桩”工程报验表-Z1#桩成孔断面附图》。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明。
基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法，包括以下步骤：
步骤1：收集某项目地质勘察信息，通过信息创建该项目实景模型、地质BIM模型。地质BIM模型具备各地质层，包括层序及接触关系，地层厚度及变化。地质BIM模型创建时，使用的坐标系应当与地质勘查信息使用的坐标系保持一致。
步骤2：打开该项目模型，选择“BIM应用-施工应用-地质研判”功能。地质模型将自动加载到BIM模型可视化区域。此时的模型包含模型数据，平台后台已自动获取并存储地质BIM模型的坐标系、地质层层数等相关BIM数据信息。
步骤3：根据项目设计图纸，提取需要进行虚拟钻孔的桩基设计数据，在平台界面中的输入框输入设计数据。
在本例中，依据设计图纸中”Z1#桩”的设计数据进行数据输入：桩基所在地质模型上平面坐标的“X”中输入“圆心X坐标”75830.0567米，在“Y”中输入“圆心Y坐标”2454811.6626米，虚拟钻孔半径rDrill“半径”输入0.7米，“向下延伸”输入虚拟钻孔深度dDrill“钻孔深度”为16.85米，依据勘察数据，虚拟钻孔顶部标高zDrill输入“Z”为2.01米，如图3、图4所示。
步骤4：根据输入的数据平台将在指定坐标位置自动形成一个直径为1.4米，深度为16.85的虚拟钻孔模型。
步骤5：计算最优剖切角度，对BIM地质模型进行剖切，可清楚显示虚拟钻孔模型。虚拟钻孔模型显示时候，为能更为直观清楚，按照发明内容中的步骤5，计算出相应的虚拟钻孔地下深度、虚拟钻孔地上长度，并在最优剖切角度进行显示。
步骤6：计算并显示该坐标位置的各地层分界面对应坐标，并在模型中进行绘制，增加文字标注显示对应的深度、坐标等地层岩性。在本例中，“Z1#桩”坐标位置有人工填土、淤泥及淤泥质土、粉质粘土及粗砾砂、第四系残积层和全强风化花岗岩五层地质层。虚拟钻孔经过人工填土和淤泥质土两层地质层，两地质层交界点深度即Z虚拟钻孔·人工填土，淤泥层交界约为1.856997394米，如图4所示。与该项目《“Z1#桩”工程报验表-Z1#桩成孔断面附图》，如图5所示的记录作对比，即实际项目施工桩成孔验收数据：
Z真实·人工填土，淤泥层交界＝Z地面高度-l地面高度-淤泥层；
Z真实·人工填土，淤泥层交界＝2.01米-3.86米；
Z真实·人工填土，淤泥层交界＝-1.85米；
误差值Δ为：
Δ＝Z虚拟钻孔·人工填土，淤泥层交界-Z真实人工填土，淤泥层交界；
Δ＝-0.006997394米；
相对误差δ：
Figure GDA0003537827270000051
即虚拟钻孔判与真实测量结果误差值仅为0.006997394米，相对误差为-0.378％，考虑真实测量值的误差范围，说明本次地质研判结果有效。
以上说明了对一个BIM地质模型的处理及基于BIM的地质研判并进行可视化展示的过程，对工程项目所涉及的所有BIM地质模型做同样处理，可实现工程项目的各个点的虚拟钻孔及地质研判并进行可视化展示。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：收集地质勘察信息，创建地质BIM模型；
地质BIM模型包括三维模型、地层岩性、地层分界面数据信息，BIM模型使用的坐标系与地质勘查使用的坐标系保持一致；
步骤2：初始化状态进行模型和界面的加载，确保功能运行时需要计算的数据、基础环境的纯净；
步骤3：在BIM引擎环境中加载地质BIM模型；
对加载的地质BIM模型，获取地质BIM模型的坐标系、地层岩性数据信息，并以表单的形式将获取的地质BIM模型数据信息进行存储；
步骤4：声明一个临时数据结构Drill，用于存储虚拟钻孔的地质模型上平面坐标PDrill、虚拟钻孔顶部标高zDrill、虚拟钻孔半径rDrill、虚拟钻孔深度dDrill信息字段，存入对应表单；
所述表单中，属性表的属性字段，包括桩基所在地质模型上平面坐标x，y，虚拟钻孔顶部标高zDrill，虚拟钻孔半径rDrill，虚拟钻孔深度dDrill；其中半径rDrill和钻孔深度dDrill为输入数值，不同桩基模拟时，都可以接受和存储相对应桩基的参数；
步骤5：根据临时数据结构Drill提供的钻孔信息构建虚拟钻孔模型，具体是：
(1)从步骤4中存储的属性表中获取存储的虚拟钻孔深度dDrill，虚拟钻孔顶部标高zDrill，地质模型BIM信息中的地面标高z0；
(2)判断钻孔顶部标高zDrill是否大于地面标高z0，即判断zDrill是否大于z0；
若zDrill>z0，则：
虚拟钻孔地下深度lunder＝虚拟钻孔深度dDrill-虚拟钻孔地上长度labove；
虚拟钻孔地上长度labove＝虚拟钻孔顶部标高zDrill-地面标高z0；
若zDrill≤z0，则：
虚拟钻孔地下深度lunder＝地面标高z0-虚拟钻孔顶部标高zDrill+虚拟钻孔深度dDrill；
(3)在BIM模型可视化区域创建一个半径为虚拟钻孔半径rDrill，深度为虚拟钻孔地下深度lunder的圆柱体作为虚拟钻孔模型；
步骤6：在BIM模型可视化区域对地质BIM模型进行剖面操作，通过虚拟钻孔圆心对地质BIM模型作剖面，并设置默认最优剖面角度视口；
步骤7：由上至下遍历计算虚拟钻孔与地质BIM模型的交点集合，得到地层岩性的变化数据集合，并将数据在BIM模型可视化区域实时更新，具体是：
(1)创建并初始化一个查询器，利用查询器查询出当前地质模型中的模型要素数量，各地质层地层分界面集合L＝{L1，L2，……，Li}，其中地质层的地层分界面Li是一个由坐标点构成的矩阵：
Figure FDA0003537827260000021
每个坐标点为Pm,n＝{x,y,z}；
(2)设置虚拟钻孔位置为PDrill＝{Px,Py,Pz},依次取出地质层地层分界面集合L中的地层分界面，找到每个地质层的地层分界面LTopi在PDrill的对应坐标点PToppilei，即LToppilei＝Pm,n；最终获得位置PDrill处相交的所有地质层的地层分界面坐标点：
PToppileall＝{PToppile1,PToppile2,PToppile3,…,PToppilei}；
(3)在BIM可视化区域中绘制相交点。
2.如权利要求1所述的基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法，其特征在于所述的初始化状态进行模型和界面的加载包括检查是否存在虚拟钻的临时模型孔，如果存在则删除，为加载地质模型做准备；初始化操作数据完成后，加载地质模型到BIM模型可视化区域。
3.如权利要求1所述的基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法，其特征在于获取BIM模型的坐标系、地质BIM模型数据信息时，以API接口方法进行读取，不限定于编程语言的使用，编程语言可根据业务要求的需要采用，完成API的调用和信息的获取。
4.如权利要求1所述的基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法，其特征在于所述最优剖面角度视口，是在BIM模型可视化区域中默认设置剖面面向屏幕方向，并对剖面视口进行欧拉角设定，剖面左右摇摆角Heading设置为-30，倾斜角Roll设置为0，上下俯仰角Tilt设置为0，此时，剖面属于最优剖面角度视口，也就是默认剖面角度，平视桩与地质模型的切点位置。
5.如权利要求1所述的基于BIM模型及桩基建模进行地质研判方法，其特征在于在BIM可视化区域中绘制相交点，为每个相交点增加文字标注，显示地层岩性信息，包括对应的厚度、深度、坐标。
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