CN112859194A - 一种基于bim的地下洞室地质预报的方法 - Google Patents

一种基于bim的地下洞室地质预报的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，具体按照以下步骤实施：建立地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水等的BIM施工模型；给BIM施工模型附加与三维可视化地质预报有关的相关属性信息；分别给BIM施工模型附加计划开始施工时间和计划结束施工时间；实时动态更新地下洞室BIM施工模型的实际施工进度信息；分析得到地下洞室当前时间的实际施工位置(也就是掌子面桩号)；计算地质构造、不良地质及上层滞水等的预计剩余发生距离Dr；筛选出预计剩余发生距离Dr最小的2个，进行地下洞室施工过程中的三维可视化超前地质预报，并实时显示地下洞室施工过程中的地质预报信息。弥补了现有技术存在的不足，进一步完善了预报理论与技术，以辅助现场安全施工，降低潜在风险。

Description

一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法
技术领域
本发明属于地下洞室超前地质预报技术领域，涉及一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法。
背景技术
塌方、崩落、冒顶、岩爆、突泥、突水等是地下洞室建设中常见的主要工程地质问题，甚至是制约地下洞室建设工期及能否安全运营的关键。准确预报施工前方地质条件是地下洞室建设的迫切需要，是确定工程对策、工程措施的关键，是工程施工安全的前提，为预防突发的灾害事故，采取合理工程处理措施及优化设计和施工方案提供依据。
目前，国内外多采用地质学方法与物探方法相结合并辅以超前钻探等来实现超前地质预报，尽管国内外地下洞室施工超前地质预报技术得到了长足的发展，但还没有哪一种方法能解决所有的工程地质问题，预报理论与技术仍需不断完善。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，解决了现有技术中存在的地下洞室施工地质预报形式单一的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、收集基于BIM的地下洞室施工超前地质预报所需的基础建模资料；
步骤2、利用步骤1收集的资料建立地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水的BIM施工模型；
步骤3、分别给地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水的BIM施工模型附加与三维可视化地质预报有关的属性信息；
步骤4、根据施工进度计划，分别给地下洞室每一个构件模型、地质构造、不良地质及上层滞水的BIM施工模型附加计划开始施工时间和计划结束施工时间；
步骤5、随着地下洞室开挖掘进，实时动态更新地下洞室BIM施工模型的实际施工进度信息；
步骤6、利用步骤5得到的地下洞室BIM施工模型的实际施工进度信息，分析得到地下洞室当前时间的实际施工位置(也就是掌子面桩号)；
步骤7、计算地质构造、不良地质及上层滞水预计剩余发生距离Dr；
步骤8、筛选出预计剩余发生距离Dr最小的2个，并将与其对应的地质构造或不良地质或上层滞水BIM施工模型以闪烁的方式呈现，进行地下洞室施工过程中的三维可视化超前地质预报，并实时显示地下洞室施工过程中的地质预报信息。
本发明的特点还在于：
步骤1中建模资料包括地下洞室、地层岩性、地质构造、不良地质及上层滞水的相关信息，所述相关信息为几何信息与非几何信息。
步骤2中建立的地下洞室BIM施工模型按照施工单位提供的地下洞室单元工程划分表进行建模。
步骤3中分别给地质构造、不良地质及上层滞水BIM施工模型附加与三维可视化地质预报有关的相关属性信息，所述信息包括模型编码、可能遇到的工程地质问题、工程地质问题可能发生的位置、初现桩号、岩体基本质量级别、地层岩性、结构面产状、填充情况、预估含水量、地质评价预判、安全施工建议等，工程地质问题可能发生的位置包括地下洞室名称及桩号范围；
同时，给地下洞室BIM施工模型的每一个构件模型附加与三维可视化地质预报有关的相关属性信息，如构件模型编码、起始桩号、终止桩号等。
步骤7具体按照以下步骤实施：计算地质构造、不良地质及上层滞水的预计剩余发生距离Dr，且Dr≥0；
计算步骤如下，分两种情况：
情况一：若地下洞室从小桩号向大桩号开挖掘进
Dr＝Cp-Ca (1)
情况二：若地下洞室从大桩号向小桩号开挖掘进
Dr＝Ca-Cp (2)
式中，Cp：地质构造、不良地质及上层滞水的初现桩号；
Ca：实际施工位置处的桩号(也就是掌子面桩号)。
本发明的有益效果是：本发明提供一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，以弥补现有技术存在的不足，利用BIM技术进行地下洞室施工过程中的超前地质预报，实现地质预报的三维可视化，同时，结合BIM+进度管理，实现动态监控并实时显示地下洞室施工过程中的地质预报信息，辅助现场安全施工，降低潜在风险。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、收集基于BIM的地下洞室施工超前地质预报所需的基础建模资料；
步骤1中建模资料包括地下洞室、地层岩性、地质构造、不良地质及上层滞水的相关信息，所述相关信息为几何信息与非几何信息。
步骤2、利用步骤1收集的资料建立地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水等的BIM施工模型；
步骤2中建立的地下洞室BIM施工模型按照施工单位提供的地下洞室单元工程划分表进行建模，以满足地下洞室BIM施工模型的颗粒度要求。
步骤3、分别给地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水BIM施工模型附加与三维可视化地质预报有关的属性信息；因为地质构造、不良地质及上层滞水等不同类别的地质体，需要附加的属性信息可能是不一样，根据实际情况而定，不能采用固定的格式。比如，上层滞水，就没有结构面产状、填充情况；不良地质，可能就没有预估含水量等。
步骤3中分别给地质构造、不良地质及上层滞水BIM施工模型附加与三维可视化地质预报有关的相关属性信息，所述信息包括模型编码、可能遇到的工程地质问题、工程地质问题可能发生的位置、初现桩号、岩体基本质量级别、地层岩性、结构面产状、填充情况、预估含水量、地质评价预判、安全施工建议等，工程地质问题可能发生的位置包括地下洞室名称及桩号范围；
同时，给地下洞室BIM施工模型的每一个构件模型附加与三维可视化地质预报有关的相关属性信息，如构件模型编码、起始桩号、终止桩号等。
步骤4、根据施工进度计划，分别给地下洞室每一个构件模型、地质构造、不良地质及上层滞水的BIM施工模型附加计划开始施工时间和计划结束施工时间；
步骤5、随着地下洞室开挖掘进，实时动态更新地下洞室BIM施工模型的实际施工进度信息，如地下洞室每一个构件模型的实际开始施工时间和实际结束施工时间、掌子面桩号等；
步骤6、利用步骤5得到的地下洞室BIM施工模型的实际施工进度信息，分析得到地下洞室当前时间的实际施工位置(也就是掌子面桩号)；
步骤7、计算地质构造、不良地质及上层滞水预计剩余发生距离Dr；
步骤7具体按照以下步骤实施：计算地质构造、不良地质及上层滞水的预计剩余发生距离Dr，且Dr≥0；
计算步骤如下，分两种情况：
情况一：若地下洞室从小桩号向大桩号开挖掘进
Dr＝Cp-Ca (1)
情况二：若地下洞室从大桩号向小桩号开挖掘进
Dr＝Ca-Cp (2)
式中，Cp：地质构造、不良地质及上层滞水的初现桩号；
Ca：实际施工位置处的桩号(也就是掌子面桩号)。
步骤8、筛选出预计剩余发生距离Dr最小的2个，并将与其对应的地质构造或不良地质或上层滞水BIM施工模型以闪烁的方式呈现，进行地下洞室施工过程中的三维可视化超前地质预报，并实时显示地下洞室施工过程中的地质预报信息。
实施例
本发明一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法在使用时，采用基于BIM的地下洞室施工地质预报系统，基于BIM的地下洞室施工地质预报系统包括：BIM建模软件、模型轻量化插件、数字化或智慧工程管理平台、施工模型管理模块、模型信息管理模块、施工任务管理模块、超前地质预报模块。
BIM建模软件：如可采用Catia软件、Itascad软件来建立相关BIM施工模型。
模型轻量化插件：将采用BIM建模软件建立的相关BIM施工模型转换成统一数据格式的轻量化BIM模型。
数字化或智慧工程管理平台：整合和共享数据，协调和集成各阶段工作，提高项目的管理效率，是本实施例实现的前提和基础。
施工模型管理模块：用于管理轻量化BIM模型的上传、查看、编辑、删除等。
模型信息管理模块：用于管理轻量化BIM模型的相关属性信息，可一键快速导入模型的相关属性信息。
施工任务管理模块：用于管理轻量化BIM模型的具体施工任务信息，可一键快速导入具体施工任务信息。
超前地质预报模块：用于三维可视化地下洞室施工过程中的超前地质预报，实现动态监控并实时显示相关地质预报信息。
本发明一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，在基于BIM的地下洞室施工地质预报系统中的实施方法为：
1、收集基于BIM的地下洞室施工超前地质预报所需的基础建模资料，包括地下洞室、地层岩性、地质构造、不良地质及上层滞水的相关信息(几何信息与非几何信息)；
2、根据1中收集到的相关信息，采用BIM建模软件建立地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水的BIM施工模型；
3、利用模型轻量化插件，将2中建立的相关BIM施工模型进行统一数据格式的轻量化转换；
4、将转换得到的轻量化BIM模型通过施工模型管理模块上传至数字化或智慧工程管理平台中；
5、可采用模型信息管理模块的一键快速导入功能，快速导入地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水等轻量化BIM施工模型的相关属性信息(如模型编码、可能遇到的工程地质问题、工程地质问题可能发生的位置、初现桩号、岩体基本质量级别、地层岩性、结构面产状、填充情况、预估含水量、起始桩号、终止桩号、地质评价预判、安全施工建议等)，系统会根据轻量化BIM施工模型的编码对导入的属性信息自动关联与挂接，该编码具有唯一性。
6、可采用施工任务管理模块的一键快速导入功能，快速导入轻量化BIM施工模型的具体施工任务信息(如模型编码、计划开始施工时间、计划结束施工时间、工程量、施工部位、施工单位等)，系统会根据轻量化BIM施工模型的编码对导入的具体施工任务信息自动关联与挂接，该编码具有唯一性。同时，随着地下洞室开挖掘进，施工单位也可通过手机APP端实时填报并更新实际施工进度信息，如地下洞室每一个构件模型的实际开始施工时间和实际结束施工时间、掌子面桩号等。
7、依托自主研发的数字化或智慧工程管理平台，系统通过自动分析模型信息管理模块中的相关属性信息及施工任务管理模块中的具体施工任务信息，同时，调用施工模型管理模块中的相关轻量化BIM施工模型，在超前地质预报模块中进行地下洞室施工过程中的三维可视化超前地质预报(如软弱夹层、破碎地层、断层等会以闪烁的方式呈现)，实现动态监控并实时显示相关地质预报信息(如模型编码、可能遇到的工程地质问题、工程地质问题可能发生的位置、围岩类别、围岩岩性、结构面产状、填充情况、预计剩余发生距离、计划开始施工时间、预估突水量、地质评价预判、安全施工建议等)。
在地下洞室开挖过程中，一是可根据实际地质揭露情况及编录成果，动态地更新相关地质模型和地质属性信息等地质数据；二是可根据施工单位调整的施工进度计划，及时更新轻量化BIM施工模型的具体施工任务信息。提高7中地质预报的准确性。
本发明一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，三维可视化超前地质预报时，实时显示相关地质预报信息(如模型编码、可能遇到的工程地质问题、工程地质问题可能发生的位置、围岩类别、围岩岩性、结构面产状、填充情况、预计剩余发生距离、计划开始施工时间、预估突水量、地质评价预判、安全施工建议等)。
其中，模型编码、可能遇到的工程地质问题、工程地质问题可能发生的位置、围岩类别、围岩岩性、结构面产状、填充情况、计划开始施工时间、预估突水量、地质评价预判、安全施工建议等通过调取步骤3中的相关属性信息进行预报显示；预计剩余发生距离等于步骤8中筛选出的预计剩余发生距离。
在地下洞室开挖过程中，一是可根据实际地质揭露情况及编录成果，动态地更新相关地质模型和地质属性信息等地质数据；二是可根据施工单位调整的施工进度计划，及时更新轻量化BIM施工模型的具体施工任务信息。以提高三维可视化地质预报的准确性。
本发明提供一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，以弥补现有技术存在的不足，利用BIM技术进行地下洞室施工过程中的超前地质预报，实现地质预报的三维可视化，同时，结合BIM+进度管理，实现动态监控并实时显示地下洞室施工过程中的地质预报信息，辅助现场安全施工，降低潜在风险。

Claims (5)

1.一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、收集基于BIM的地下洞室施工超前地质预报所需的基础建模资料；
步骤2、利用步骤1收集的资料建立地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水等的BIM施工模型；
步骤3、分别给地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水的BIM施工模型附加与三维可视化地质预报有关的属性信息；
步骤4、根据施工进度计划，分别给地下洞室每一个构件模型、地质构造、不良地质及上层滞水的BIM施工模型附加计划开始施工时间和计划结束施工时间；
步骤5、随着地下洞室开挖掘进，实时动态更新地下洞室BIM施工模型的实际施工进度信息；
步骤6、利用步骤5得到的地下洞室BIM施工模型的实际施工进度信息，分析得到地下洞室当前时间的实际施工位置(也就是掌子面桩号)；
步骤7、计算地质构造、不良地质及上层滞水预计剩余发生距离Dr。
步骤8、筛选出预计剩余发生距离Dr最小的2个，并将与其对应的地质构造或不良地质或上层滞水的BIM施工模型以闪烁的方式呈现，进行地下洞室施工过程中的三维可视化超前地质预报，并实时显示地下洞室施工过程中的地质预报信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，其特征在于，所述步骤1中建模资料包括地下洞室、地质构造、不良地质及上层滞水的相关信息，所述相关信息为几何信息与非几何信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，其特征在于，所述步骤2中建立的地下洞室BIM施工模型按照施工单位提供的地下洞室单元工程划分表进行建模。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，其特征在于：
所述步骤3中分别给地质构造、不良地质及上层滞水的BIM施工模型附加与三维可视化地质预报有关的相关属性信息，所述信息包括模型编码、可能遇到的工程地质问题、工程地质问题可能发生的位置、初现桩号、岩体基本质量级别、地层岩性、结构面产状、填充情况、预估含水量、地质评价预判、安全施工建议等，工程地质问题可能发生的位置包括地下洞室名称及桩号范围。
所述步骤3中给地下洞室BIM施工模型的每一个构件模型附加与三维可视化地质预报有关的相关属性信息，所述信息包括，如构件模型编码、起始桩号、终止桩号等。
5.根据权利要求1所述的一种基于BIM的地下洞室地质预报的方法，其特征在于，所述步骤7具体按照以下步骤实施：计算地质构造、不良地质及上层滞水的预计剩余发生距离Dr，且Dr≥0；
计算步骤如下，分两种情况：
情况一：若地下洞室从小桩号向大桩号开挖掘进
Dr＝Cp-Ca (1)
情况二：若地下洞室从大桩号向小桩号开挖掘进
Dr＝Ca-Cp (2)
式中，Cp：地质构造、不良地质及上层滞水的初现桩号；
Ca：实际施工位置处的桩号(也就是掌子面桩号)。
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