CN113221224A - 一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法及系统，包括：创建三维立体基础结构模型和场地环境模型，创建三维立体地质模型；获取根据地质模型、基础结构模型和场地环境模型拟定的基坑或边坡支护形式和基坑支护位置，进行支护段平面划分；获取支护段平面划分及各区域支护段的支护形式、基坑或边坡变形允许范围和受力情况的限制条件；获取支护段参数，验算支护段参数，优化基坑支护位置和支护段平面划分，生成三维立体基坑支护模型；检查和优化所述基坑支护模型，得到优化后的基坑支护模型。本发明操作便捷，提高了设计方信息模型创建和出图效率，便于后期使用方准确理解设计意图，并为信息化工程建造和风险管控提供基础。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程及建筑信息化领域，涉及一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法及系统。
背景技术
基坑支护是指结合建筑地下结构、场地环境、地质情况采用合理的支护方式对拟建工程基坑侧壁及场地环境采用的支挡、加固与保护措施，从而保证地下结构施工及基坑场地环境的安全。
在新一轮科技创新和产业变革中，建筑信息模型(BuildingInformationModeling，以下简称“BIM”)已成为建筑业发展的方向，将对建筑业发展带来战略性和全局性的影响。BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点，是推动推动建筑业科技创新，加快推进信息化发展，激发创新活力，培育新业态和创新服务模式，是建筑行业谋求改革和可持续发展的重要途径。
但是目前情况，基坑支护的设计基本上都是通过计算分析软件、辅助绘图软件等多款软件各自独立进行不同阶段的设计，流程复杂，衔接不紧密。其中图纸主要还是依靠CAD绘制，不仅工作量大、效率低，也容易造成信息缺失和丢漏，且无法给工程建造和风险管控提供基础。以此，为了满足基坑支护设计的流程化、自动化、高效化，亟需一种设计方法和软件系统解决方案。
现有的基坑设计方法中还存在以下技术问题：1、计算分析与图纸绘制衔接不紧密，无法实现计算分析软件的参数与图纸上的参数联动，流程繁琐、操作复杂。2、设计绘图时大量的手动重复性工作，容易出错且费时费力。3、基于二维方式进行基坑支护设计，复杂部位很难在图纸上表达清楚、容易出现错误，图纸使用方难以理解。4、依靠信息模型基础建模软件进行基坑设计时，操作过于复杂，对工程技术人员操作能力要求极高，信息模型技术在基坑工程中应用推行难度大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法及系统。
本发明实施例提供一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，包括：
S10：获取当前工程的基础结构图和场地环境图，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型；或者获取场地环境数据信息，解析所述场地环境数据，创建三维立体所述场地环境模型；或者导入所述三维立体基础结构模型和场地环境模型；
S20：获取所述当前工程勘察信息，利用数学算法，创建三维立体地质模型；或者导入所述三维立体地质模型；
S30：获取根据所述地质模型、所述基础结构模型和场地环境模型拟定的基坑或边坡支护形式和基坑支护位置，进行支护段平面划分；
S40：获取所述支护段平面划分及各区域所述支护段的支护形式、基坑或边坡变形允许范围和受力情况的限制条件；获取支护段参数，验算所述支护段参数，优化所述基坑支护位置和所述支护段平面划分，生成三维立体基坑支护模型；
S50：检查和优化所述基坑支护模型，得到优化后的基坑支护模型。
进一步的，还包括：S41：获取根据优化后的所述支护段平面划分结合所述地质模型、所述基础结构模型和场地环境模型拟定的支撑平面和空间布置样式；验算支撑受力、变形和稳定性，优化所述支撑平面和空间布置样式，生成三维立体支撑模型和附属构件。
进一步的，所述步骤S41，包括：
S411：获取根据优化后的所述支护段平面划分结合所述地质模型、所述基础结构模型和场地环境模型绘制出拟定的所述支撑平面和空间布置样式；
S412：获取待验算的支撑参数，将所述支撑参数输入到所述支撑平面和空间布置样式中；
S413：验算有参数的所述支撑平面和空间布置样式的所述支撑受力、变形和稳定性；若没有通过验算，则将优化后所述支撑平面和空间布置样式作为所述待验算的支撑参数返回步骤S412；
S414：根据通过验算的支撑参数，生成三维立体支撑模型和附属构件。
进一步的，还包括：根据所述当前工程的止水、排水和/或降水需求，获取相应的需求参数，和/或经过验算可行性，生成相应的地下水控制模型。
进一步的，所述获取当前工程的基础结构图和场地环境图，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型，包括：
获取当前工程的基础结构图和场地环境图；处理图纸，将所述基础结构图中的梁、板、柱分别设置在不同图层中；将所述场地环境图中不同的管线设置在不同的图层中；
将处理后的图纸链接或导入到信息模型技术软件中；
解析所述图层，根据获取的当前工程的建模构件参数，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型。
进一步的，所述步骤S40，包括：
S401：获取所述支护段平面划分及各区域所述支护段的支护形式、基坑变形允许范围和受力情况的限制条件；
S402：获取待验算所述支护段参数；
S403：根据所述限制条件验算所述支护段参数；若不满足所述限制条件，则对所述支护段参数进行优化后，作为所述待验算所述支护段参数重新输入步骤S402；
S404：根据验算后满足所述限制条件的各区域所述支护段参数，优化所述基坑支护位置和所述支护段平面划分；驱动参数化构件，生成三维立体基坑支护模型。
进一步的，所述步骤S50，包括：
检查和优化所述基坑支护模型中附属构件建模、各结构碰撞和相同位置重复构件的技术方案；
对所述基坑支护模型中所述附属构件进行钢筋建模，生成三维实体钢筋模型；
分别对所述基坑支护模型中的梁和柱以及灌注桩头和冠梁进行扣减，得到优化后的基坑支护模型。
本发明实施例还提供了一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计系统，包括：
通用模块：用于实现链接基础结构图、设计显示样式和过滤的功能；
地质模块：用于实现快捷创建和应用三维地质模型；
场地模块：用于实现快捷创建和应用场地周边的场地环境模型；
结构模块：用于实现快捷创建和应用基础结构模型；
支护模块：用于实现支护结构的参数录入、计算验算、平面布置设计和模型优化调整显示功能；
出图模块：用于实现创建图纸、表格、尺寸标注、编号、注释、设计说明和统计工程量。
进一步的，所述参数录入功能用于将文本参数录入与图形预览相结合。
进一步的，所述出图模块的所述表格和所述设计说明，均为使用文本文件或表格文件；将编写保存后的所述文本文件或表格文件在图纸或视图中重构显示。
有益效果：本发明是一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，与现有技术相比较，具有显著的优点与积极效果：
1、本发明将整个基坑支护设计的流程整合到一款产品里，地层统计、基础结构及场地环境分析、支护结构计算、支护结构建模出图、工程量统计等环节紧密相关，整体的参数可以联动修改，操作便捷。
2、本发明借助信息模型技术，解放了二维平面设计的思维，通过模型可以直观展现整体基坑全貌以及各个构件链接细节。且画布绘制区的呈现的三维模型的变化与参数的联动修改，使设计者更加直观的看到设置和修改后的效果，简单清晰。
3、本发明在建模时采用大量的数学算法，实现了快捷自动创建基坑支护模型，避免了大量的重复工作，降低建模难度。
4、本发明可以基于快捷创建的三维基坑支护模型，做任意剖切来创建剖面图，在保证图纸精准度的同时极大的提高了出图效率。
5、本发明将信息模型技术与基坑支护设计相结合，在成果交付时，除了传统的二维图纸，还有三维模型，既便于使用方充分掌握设计意图，也可为后期建造施工管理和风险管理提供基础模型，实现信息模型技术在工程全生命期内的价值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法框图；
图2为本发明实施例提供的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计系统工作原理示意图；
图3为本发明实施例提供的应用于桩锚支护示意图；
图4为本发明实施例提供的应用于桩撑支护示意图。
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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/ 底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“内接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
本发明实施例提供的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，可选用BIM技术作为下述的信息模型技术，如图1所示，该设计方法包括：
S10：获取当前工程的基础结构图和场地环境图，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型；或者获取场地环境数据信息，解析场地环境数据，创建三维立体场地环境模型；或者导入三维立体基础结构模型和场地环境模型；初步确定基坑肥槽控制线和基坑深度。
S20：获取当前工程勘察信息，利用数学算法，创建三维立体地质模型；或者导入三维立体地质模型；上述数学算法为差值算法。
S30：获取根据地质模型、基础结构模型和场地环境模型拟定的基坑或边坡支护形式和基坑支护位置，进行支护段平面划分；确定基坑形态。
S40：获取支护段平面划分后及各区域支护段的支护形式、基坑或边坡变形允许范围和受力情况的限制条件；获取支护段参数，验算支护段参数，优化基坑支护位置和支护段平面划分，生成三维立体基坑支护模型；
S50：检查和优化基坑支护模型，得到优化后的基坑支护模型。
还包括：S41：获取根据优化后的支护段平面划分结合地质模型、基础结构模型和场地环境模型拟定的支撑平面和空间布置样式；验算支撑受力、变形和稳定性，优化支撑平面和空间布置样式，生成三维立体支撑模型和附属构件。
上述步骤S41，包括：
S411：获取根据优化后的支护段平面划分结合地质模型、基础结构模型和场地环境模型绘制出拟定的支撑平面和空间布置样式；
S412：获取待验算的支撑参数，将支撑参数输入到支撑平面和空间布置样式中；
S413：验算有参数的支撑平面和空间布置样式的支撑受力、变形和稳定性；若没有通过验算，则将优化后支撑平面和空间布置样式作为待验算的支撑参数返回步骤S412；
S414：根据通过验算的支撑参数，生成三维立体支撑模型和附属构件。
还包括：根据当前工程的止水、排水和/或降水需求，获取相应的需求参数，和/或经过验算可行性，生成相应的地下水控制模型。
获取当前工程的基础结构图和场地环境图，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型，包括：
获取当前工程的基础结构图和场地环境图；处理图纸，将基础结构图中的梁、板、柱分别设置在不同图层中；将场地环境图中不同的管线设置在不同的图层中；
将处理后的图纸链接或导入到信息模型技术软件中；
解析图层，根据获取的当前工程的建模构件参数，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型。
上述步骤S40，包括：
S401：获取支护段平面划分及各区域支护段的支护形式、基坑变形允许范围和受力情况的限制条件；
S402：获取待验算支护段参数；
S403：根据限制条件验算支护段参数；若不满足限制条件，则对支护段参数进行优化后，作为待验算支护段参数重新输入步骤S402；
S404：根据验算后满足限制条件的各区域支护段参数，优化基坑支护位置和支护段平面划分；驱动参数化构件，生成三维立体基坑支护模型。
上述步骤S50，包括：
检查和优化基坑支护模型中附属构件建模、各结构碰撞和相同位置重复构件的技术方案；
对基坑支护模型中附属构件进行钢筋建模，生成三维实体钢筋模型；
分别对基坑支护模型中的梁和柱以及灌注桩头和冠梁进行扣减，得到优化后的基坑支护模型。
在一实施例中提供的基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，获取当前工程的基础结构图和场地环境图，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型；或者获取场地环境数据信息，解析场地环境数据，创建三维立体场地环境模型，均为基于基坑支护设计标准规程实现。
基坑支护设计标准规程，包括：构件库标准、模型标准、出图标准和算量标准。
构件库标准包含构件分组、构件命名、构件参数、构件材质、构件平面、剖面显示样式、地层材质、地层剖面显示样式几方面。
模型标准包含模型精度、建模范围、单位坐标、构件类型命名几方面。
出图标准包括图纸尺寸、线型样式、文字样式、填充样式、图纸分类及内容、表格样式几方面。
算量标准包括材料规格明细(钢筋规格、混凝土规格、水泥规格)、工艺工法、计量方法(按照平米、按照方量、按照延米统计)、不同计量方法的工程量明细几方面。
在一实施例中提供的基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，获取当前工程勘察报告和勘察图纸梳理后的信息；基于梳理后的信息通过差值算法，创建三维立体地质模型；从勘察报告及勘察图纸中梳理出钻孔信息、地下水信息、地层信息。
获取场区涉及的上述地层物理参数，依据钻孔的平面坐标及钻孔探查的每层地层的顶底面高程、地下水水位、水头，程序基于差值算法创建三维地质模型。
通常勘察范围可能会比基坑支护的外轮廓小，所以包含场区外扩程序，结合场区地层的变化趋势，将三维地质模型外扩到基坑支护影响范围。
勘察报告提供的地层剖面非常有限，基于三维地质模型可进行剖切的特点，工程师能根据需要进行任意剖切，从而更加深入的掌握地质情况。
在一实施例中提供的基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，支护段参数和支撑参数均包括：地层参数、构件几何参数、构件材料参数和配筋参数。
构件库标准包含构件分组、构件命名、构件参数、构件材质、构件平面、剖面显示样式、地层材质和地层剖面显示样式。
模型标准包含模型精度、建模范围、单位坐标和构件类型命名。
出图标准包括图纸尺寸、线型样式、文字样式、填充样式、图纸分类及内容和表格样式。
算量标准包括材料规格明细(钢筋规格、混凝土规格、水泥规格)、工艺工法、计量方法(按照平米、按照方量、按照延米统计)和不同计量方法的工程量明细。
在一实施例中提供的基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，还包括：根据当前工程的止水、排水和/或降水需求，获取相应的需求参数，和/ 或经过验算可行性，生成相应的地下水控制模型。
结合工程需求若有止水、排水需求，录入止水参数、排数参数，若有降水需求，对场区降水进行计算、验算，确定降水井参数。快捷创建止水帷幕、排水、降水设施模型。地下水控制模型具体实现步骤如下：
止水帷幕主要包括旋喷桩、三轴搅拌桩、双轴搅拌桩。若场区有地下水，需要进行止水设计，工程师自行确定止水方案，并设置相关参数。通过自动化建模程序，实现工程师只需要简单划线，就能依据录入的止水帷幕参数创建三维模型。
通常需要在基坑底部设置排水沟、基坑顶部设置截水沟，工程师结合场区情况，自行确定排水方案，并设置相关排水参数。通过自动化建模程序，实现工程师只需要简单划线，就能依据录入的止水帷幕参数创建三维模型。
若场区有降水需求，需要根据场区水文地质条件和相关专业规范计算，主要包括计算降水井深、井径、井间距、井数量、水泵流量、扬程，结合计算结果及现场实际布井条件进行降水参数设置后，编写的自动化建模程序，再做进一步的验算工作。若降水验算通过，工程师只需要简单划线，就能依据录入的降水参数创建三维模型。
在一实施例中提供的基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，包括：
获取当前工程的基础结构图和场地环境图；处理图纸，将基础结构图中的梁、板、柱分别设置在不同图层中；将场地环境图中不同的管线设置在不同的图层中；
将处理后的图纸链接或导入到BIM软件中；为后续建模提供参考依据。
解析图层，根据获取的当前工程的建模构件参数，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型。根据获取的当前工程的建模构件参数，快捷创建基础结构模型及场地环境模型，以不同图层为不同构件的原则，解析出图纸的图层，配合录入构件参数的方式，快捷创建三维实体模型。
在一实施例中提供的基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，包括：
检查完善附属构件的建模，主要包括支撑的吊件、临边防护模型，监测设备模型。
对基坑支护模型的检查，重点检查不易察觉的支撑结构与基础结构碰撞、锚杆与地下管线、地下构筑物间的碰撞，相同位置重复构件的技术方案。
对基坑支护构件的进行钢筋建模，以支护段参数、支撑参数中录入的配筋信息为基础，选择构件可以快捷自动创建三维实体钢筋。
对基坑支护模型进行扣减链接，主要包括梁和柱的扣减、灌注桩头和冠梁的扣减。只有完成扣减后，工程量才准确。
在一实施例中还提供了一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，还包括：S60：根据最终基坑支护模型，创建图纸和视图；
创建图纸，设置图纸显示样式；对图纸内的构件进行标注、注释、编号；编制总设计说明、分页设计说明及设计参数表。具体实现步骤如下：
通过编写的程序批量、快捷创建图纸及相应的视图，设置视图的中构件的截面和表面填充样式、颜色样式、线型、线宽、透明度、半色调。
基于编写的标注、注释、编号算法，快捷对图纸进行标注注释、构件的编号。
基于编写的设计说明、表格功能，支持基于模板或word、excel文件导入，快捷创建设计说明及表格。
S70：根据基坑支护设计标准规程导出图纸和工程量清单。
根据步骤S5计算验算结果，生成相关计算书；根据图纸目录，导出图纸；根据算量标准，导出工程量清单。
通过编写的程序，将支护段剖面计算验算、内支撑计算验算、降水计算验算结果导出生成文本文档格式的计算书。
通过编写的程序，将项目中的图纸批量导出支持pdf及dwg格式。
通过编写的程序及算量标准，基于模型构件及设计参数生成工程量。
实施例二：
本发明实施例还提供了一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计系统，可选用BIM技术作为下述的信息模型技术，包括：
通用模块：用于实现链接基础结构图、设计显示样式和过滤的功能；
地质模块：用于实现快捷创建和应用三维地质模型；
场地模块：用于实现快捷创建和应用场地周边的场地环境模型；
结构模块：用于实现快捷创建和应用基础结构模型；
支护模块：用于实现支护结构的参数录入、计算验算、平面布置设计和模型优化调整显示功能；
出图模块：用于实现创建图纸、表格、尺寸标注、编号、注释、设计说明和统计工程量。
参数录入功能用于将文本参数录入与图形预览相结合，将输入的文本参数直接显示为图形，可以预览。在通用模块、地质模块、场地模块和结构模块中的参数录入功能，与支护模块中参数录入功能相同。
出图模块的表格和设计说明，均为使用文本文件或表格文件；将编写保存后的文本文件或表格文件在图纸或视图中重构显示。
通用模块：用于实现链接基础结构图、设计显示样式和过滤的功能；主要是包含一些工程项目的通用功能。可以实现链接基础结构图、设计显示样式、过滤等通用功能。
地质模块：用于实现快捷创建和应用三维地质模型；主要实现了创建、应用三维地质模型，为基坑支护设计提供设计依据。
场地模块：用于实现快捷创建和应用场地周边的场地环境模型。主要包括场地的地下管网模型、市政交通模型、既有建筑结构模型、园林绿化模型，为基坑支护涉及提供重要的设计依据。
结构模块：用于实现快捷创建基础结构模型；主要实现了快捷创建基础结构，包括梁板柱、集水坑、底板等，为基坑支护设计提供依据。
支护模块：用于实现参数的录入、计算验算、平面布置设计和模型优化调整显示；
出图模块：用于实现三维地质模型创建图纸、表格、尺寸标注、编号、注释、设计说明和统计工程量。
在一具体实施例中一种基于BIM的基坑支护正向设计系统，启动界面分为属性参数栏、综合导航栏、画布绘制区、按钮工具栏。
属性参数栏：用于查看设置构件的属性参数。
综合导航栏：用于查看切换视图、选择构件、创建构件等功能。
按钮工具栏：按照模块进行划分，包含了各个模块的功能。
画布绘制区：用于实时查看模型的状态和样式。
结合传统用户的操作习惯设计，启动界面分为属性参数栏、综合导航栏、画布绘制区、按钮工具栏。
本发明结合使用者的设计操作习惯，对于参数录入、出图模块进行重点优化。
出图模块的表格和设计说明，均为使用文本文件或表格文件；将编写保存后的文本文件或表格文件在图纸或视图中重构显示。
在一实施例中提供的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计系统，参数录入功能将文本参数录入与图形预览相结合。参数录入功能摒弃了单调的输入文本参数的方式，采用文本输入与图形预览结合的方式，用户在文本输入窗口录入参数后与之匹配的预览图会进行动态变化，同时若在预览图上修改参数与之匹配的文本输入窗口参数也会进行动态调整，将枯燥的参数以图文并茂的方式展现出来。
在一实施例中提供的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计系统，出图模块为创建文本文件或表格文件，将编写保存后的文本文件或表格文件在图纸或视图中重构显示。出图模块与传统的创建文本及表格方式不同，出图模块将用户熟悉的文本文件及表格的操作习惯引入到文本及表格中，启动本功能后会打开一个类似操作文本文件或表格的功能窗体，窗体内的的功能及操作习惯与文本文件或表格文件类似，可实现设置样式、查找替换、公式计算这些通用性的操作。用户可以在窗体内打开既有的文本文件或表格文件文件或新创建一个文本文件或表格文件，在设置文本或表格的样式及内容后，最后将文本或表格在图纸或者视图中重构。在模型或视图重构的过程中保证文本及表格样式与窗体中预览的效果一致。
在一实施例中提供一种基于BIM的基坑支护正向设计系统的工作原理，如图2所示，其中N为否定，Y为确定。在工作前，编制基于BIM技术的基坑支护设计标准规程。
步骤一：链接基础结构图、场地环境，创建基础结构模型及场地环境模型；
步骤二：链接勘察图、创建三维地质模型；
步骤三：划定基坑结构最外轮廓线、基坑下口线，拟定支护形式，并初步划分支护段平面；
步骤四：计算并确定各区域支护形式、基坑变形允许范围及受力情况；
步骤五：计算并设计各区域支护形式和/或支撑形式基本参数信息；
步骤六：验算并优化各区域支护形式的强度、变形及稳定性；
步骤七：确定各区域支护形式的参数及计算书；
步骤八：复核支护段划分并创建三维支护模型；
步骤九：判断是否存在支撑形式，若存在支撑形式，绘制拟定支撑平面和空间布置样式；
步骤十：对拟定支撑平面和空间布置样式进行弯矩、剪力、轴力等受力、变形及稳定性验算；
步骤十一：复核并创建支撑模型及其附属构件；
步骤十二：录入止降排水参数，并创建止降排构件及模型；
步骤十三：进一步优化并完善基坑支护模型；
步骤十四：创建、设置并完善图纸出图信息；
步骤十五：导出成果文件，包含PDF/DWG图纸，工程量表格和计算书。
基坑支护形式按大类划分包含挡土体系、支撑体系、拉锚体系及地下水控制体系等。因不同分类体系的组合应用，导致基坑支护施工的多样化。其中常用的支护形式就有土钉墙、桩锚支护、桩撑支护、地下连续墙支护、挡土墙、自然放坡等。在具体实施例中，以下就分别以“硬土地区常用的桩锚支护”和“软土地区常用的桩撑支护”为例，介绍一下具体实施步骤。且实施的建模步骤均需满足构件库标准、建模标准、出图标准、算量标准、设计标准等规范。
在一具体实施例中提供了一种基于BIM的基坑支护正向设计方法，将本发明中的设计方法与系统相结合应用，以硬土地区使用的“桩锚支护”为例，流程图如图3，进行详细介绍。
步骤一：使用通用模块的功能链接基础结构图、场地环境图及勘察图；使用场地模块的功能链接场地环境图，创建场地实体模型；使用结构模块的功能创建基础结构。
步骤二：使用通用模块的功能链接勘察图；使用地质模块的功能创建三维地质。
步骤三：结合步骤一和步骤二中的图纸及模型，确定结构最外轮廓线、基坑支护位置及基坑深度，并提出初步的支护方案及拟建支护段剖面。使用支护结构模块的功能绘制出结构最外轮廓线、基坑下口线。并进行拟建支护段平面划分。
步骤四：使用支护模块的功能输入拟建支护段剖面参数并进行强度、变形、稳定性的验算，并将验算通过的结果录入数据库。
步骤五：使用综合导航栏的创建窗口，从数据库获取支护段参数，结合规范要求自动创建挡土构件及拉锚构件等三维模型。使用属性参数栏对构件的参数进行调整及优化。
步骤六：使用支护模块下的功能录入相关附属构件参数并创建，包括排水沟、止水帷幕、管井、临边防护等。
步骤七：进一步检查、优化完善整个项目基坑支护支撑模型。
步骤八：使用出图模块的功能录入并创建相关的图纸及其视图，设置视图的填充、颜色样式及显示状态。
步骤九：使用出图模块的快捷标注、注释图纸功能，解析数据库，从数据库提取相关参数创建设计说明及相关表格，导出相应图纸和计算书。
步骤十：使用出图模块的功能解析数据库及模型，提取相关参数，进行工程量统计，导出工程量表格。
在一具体实施例中提供了一种基于BIM的基坑支护正向设计方法，将本发明中的设计方法与系统相结合应用，以软土地区使用的“桩撑支护”为例，流程图如图4，进行详细介绍。
步骤一：使用通用模块的功能链接基础结构图、场地环境图及勘察图；使用场地模块的功能链接场地环境图，创建场地实体模型；使用结构模块的功能创建基础结构。
步骤二：使用通用模块的功能链接勘察图；使用地质模块的功能创建三维地质。
步骤三：结合步骤一和步骤二中的图纸及模型，确定结构最外轮廓线、基坑下口线及基坑深度，并提出初步的支护方案及拟建支护段剖面。使用支护结构模块的功能绘制出结构最外轮廓线、基坑下口线。并进行拟建支护段平面划分。
步骤四：使用支护模块的功能输入拟建支护段剖面参数和支撑参数，同时对支护段剖面参数进行强度、变形、稳定性的验算，并将验算通过的结果录入数据库。
步骤五：使用综合导航栏的创建窗口，从数据库获取支护段参数，结合规范要求自动创建挡土构件及拉锚构件等三维模型。
步骤六：运用支护模块的功能绘制支撑的平面样式，并进行计算、验算；若支撑受力不满足要求时，修改支撑参数并重复步骤四，直至验算通过。
步骤七：使用支护模块下的功能创建支撑模型及其附属构件。
步骤八：使用支护模块下的功能录入相关附属构件参数并创建，包括排水沟、止水帷幕、管井、临边防护等。
步骤九：进一步检查、优化完善整个项目基坑支护支撑模型。
步骤十：使用出图模块的功能录入并创建相关的图纸及其视图，设置视图的填充、颜色样式及显示状态。
步骤十一：使用出图模块的快捷标注、注释图纸功能，解析数据库，从数据库提取相关参数创建设计说明及相关表格，导出相应图纸和计算书。
步骤十二：使用出图模块的功能解析数据库及模型，提取相关参数，进行工程量统计，导出工程量表格。
本发明是一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，与现有技术相比较，具有显著地优点与积极效果：
1、本发明将整个基坑支护设计的流程整合到一款产品里，地层统计、基础结构及场地环境分析、支护结构计算、支护结构建模出图、工程量统计等环节紧密相关，整体的参数可以联动修改，操作便捷。
2、本发明借助信息模型技术，解放了二维平面设计的思维，通过模型可以直观展现整体基坑全貌以及各个构件链接细节。且画布绘制区的呈现的三维模型的变化与参数的联动修改，使设计者更加直观的看到设置和修改后的效果，简单清晰。
3、本发明在建模时采用大量的数学算法，实现了快捷自动创建基坑支护模型，避免了大量的重复工作，降低建模难度。
4、本发明可以基于快捷创建的三维基坑支护模型，做任意剖切来创建剖面图，在保证图纸精准度的同时极大的提高了出图效率。
5、本发明将信息模型技术与基坑支护设计相结合，在成果交付时，除了传统的二维图纸，还有三维模型，既便于使用方充分掌握设计意图，也可为后期建造施工管理和风险管理提供基础模型，实现信息模型技术在工程全生命期内的价值。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，其特征在于，包括：
S10：获取当前工程的基础结构图和场地环境图，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型；或者获取场地环境数据信息，解析所述场地环境数据，创建三维立体所述场地环境模型；或者导入所述三维立体基础结构模型和场地环境模型；
S20：获取所述当前工程勘察信息，利用数学算法，创建三维立体地质模型；或者导入所述三维立体地质模型；
S30：获取根据所述地质模型、所述基础结构模型和场地环境模型拟定的基坑或边坡支护形式和基坑支护位置，进行支护段平面划分；
S40：获取所述支护段平面划分及各区域所述支护段的支护形式、基坑或边坡变形允许范围和受力情况的限制条件；获取支护段参数，验算所述支护段参数，优化所述基坑支护位置和所述支护段平面划分，生成三维立体基坑支护模型；
S50：检查和优化所述基坑支护模型，得到优化后的基坑支护模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，其特征在于：还包括：S41：获取根据优化后的所述支护段平面划分结合所述地质模型、所述基础结构模型和场地环境模型拟定的支撑平面和空间布置样式；验算支撑受力、变形和稳定性，优化所述支撑平面和空间布置样式，生成三维立体支撑模型和附属构件。
3.根据权利要求2所述的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，其特征在于，所述步骤S41，包括：
S411：获取根据优化后的所述支护段平面划分结合所述地质模型、所述基础结构模型和场地环境模型绘制出拟定的所述支撑平面和空间布置样式；
S412：获取待验算的支撑参数，将所述支撑参数输入到所述支撑平面和空间布置样式中；
S413：验算有参数的所述支撑平面和空间布置样式的所述支撑受力、变形和稳定性；若没有通过验算，则将优化后所述支撑平面和空间布置样式作为所述待验算的支撑参数返回步骤S412；
S414：根据通过验算的支撑参数，生成三维立体支撑模型和附属构件。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，其特征在于：还包括：根据所述当前工程的止水、排水和/或降水需求，获取相应的需求参数，和/或经过验算可行性，生成相应的地下水控制模型。
5.根据权利要求1所述的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，其特征在于，所述获取当前工程的基础结构图和场地环境图，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型，包括：
获取当前工程的基础结构图和场地环境图；处理图纸，将所述基础结构图中的梁、板、柱分别设置在不同图层中；将所述场地环境图中不同的管线设置在不同的图层中；
将处理后的图纸链接或导入到信息模型技术软件中；
解析所述图层，根据获取的当前工程的建模构件参数，创建三维立体基础结构模型和场地环境模型。
6.根据权利要求1所述的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，其特征在于，所述步骤S40，包括：
S401：获取所述支护段平面划分及各区域所述支护段的支护形式、基坑变形允许范围和受力情况的限制条件；
S402：获取待验算所述支护段参数；
S403：根据所述限制条件验算所述支护段参数；若不满足所述限制条件，则对所述支护段参数进行优化后，作为所述待验算所述支护段参数重新输入步骤S402；
S404：根据验算后满足所述限制条件的各区域所述支护段参数，优化所述基坑支护位置和所述支护段平面划分；驱动参数化构件，生成三维立体基坑支护模型。
7.根据权利要求1所述的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计方法，其特征在于，所述步骤S50，包括：
检查和优化所述基坑支护模型中附属构件建模、各结构碰撞和相同位置重复构件的技术方案；
对所述基坑支护模型中所述附属构件进行钢筋建模，生成三维实体钢筋模型；
分别对所述基坑支护模型中的梁和柱以及灌注桩头和冠梁进行扣减，得到优化后的基坑支护模型。
8.一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计系统，其特征在于，包括：
通用模块：用于实现链接基础结构图、设计显示样式和过滤的功能；
地质模块：用于实现快捷创建和应用三维地质模型；
场地模块：用于实现快捷创建和应用场地周边的场地环境模型；
结构模块：用于实现快捷创建和应用基础结构模型；
支护模块：用于实现支护结构的参数录入、计算验算、平面布置设计和模型优化调整显示；
出图模块：用于实现创建图纸、表格、尺寸标注、编号、注释、设计说明和统计工程量。
9.根据权利要求8所述的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计系统，其特征在于：所述参数录入功能用于将文本参数录入与图形预览相结合。
10.根据权利要求8所述的一种基于信息模型技术的基坑支护正向设计系统，其特征在于：所述出图模块的所述表格和所述设计说明，均为使用文本文件或表格文件；将编写保存后的所述文本文件或表格文件在图纸或视图中重构显示。
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