CN114117578B - 基坑围护构架方案的设计装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基坑围护构架方案的设计装置，用于对基坑的围护构架方案进行设计，其特征在于，包括：输入显示部、剖面数据生成部、待筛选方案生成部、安全系数计算部以及设计方案确定部，其中，输入显示部显示剖面指定画面并显示被存储的基坑模型图让用户指定与围护构架相对应的剖面，剖面数据生成部生成对应于剖面的围护构架计算用剖面数据，输入显示部显示设计参数输入画面让用户输入多种围护构架设计参数范围作为多个待筛选方案，安全系数计算部分别计算每一个待筛选方案所对应的围护构架安全系数，设计方案确定部从多个待筛选方案中确定出围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为围护构架设计方案。

Description

基坑围护构架方案的设计装置

技术领域

本发明属于城市建设领域，具体涉及一种基坑围护构架方案的设计装置。

背景技术

基坑工程由于地层岩土体材料物理力学性质的高不确定性，有着较高的风险，尤其是深基坑工程。因此，为了保证基坑的稳定，通常需要在基坑中设置相应的基坑围护从而使坑底和坑外的土体位移控制在一定范围内，保证基坑的稳定性以及坑内作业的安全。

在针对基坑围护进行设计时，需要根据基坑周边的土层体制来考虑整个支撑体系的刚度和强度，而传统的基坑围护设计方法往往为了保证基坑的安全，只能尽可能合理地布设更多的支撑，避免土层对围护的压力过大而导致支撑结构崩溃。但这样往往会使得整个基坑围护中的支撑布设过多而使得成本大幅提升。

为了更合理的设计基坑围护，现有一些岩土工程数值分析快速建模技术可以帮助设计人员快速地构建基坑围护的计算模型，从而简化围护设计的前处理过程，有助于设计人员在后续根据计算模型来进行围护结构数值的计算。但是，由于基坑往往是临时性工程，而基坑的建模需要依赖基坑中准确的地质数据以及结构数据，并且围护结构的形式多样，设计人员需要根据基坑埋深和环境条件选择不同的围护，因此，基坑工程的建模也较为复杂，整个建模过程耗时耗力。

进一步，设计人员针对每一个基坑围护的设计方案往往都需要从零开始建模，并且在构建出计算模型后，依旧需要耗费大量的人力来设置模型的参数以及进行计算结果的后处理，在建模完成后的分析过程同样十分耗时耗力。

发明内容

为解决上述问题，提供一种能够自动建模，并根据设计人员输入的设计参数自动设计出兼顾安全以及经济性的基坑围护架构设计方案的设计装置，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种基坑围护构架方案的设计装置，用于对基坑的围护构架方案进行优化，基坑的围护构架包括位于基坑两侧内壁的挡土墙以及用于对两侧的挡土墙进行支撑的支撑架，其特征在于，包括：基坑信息存储部、画面存储部、输入显示部、剖面空间坐标生成部、剖面数据生成部、方案设计控制部、待筛选方案生成部、安全系数计算部以及设计方案确定部，其中，基坑信息存储部存储有与基坑相对应的基坑模型图、对应基坑所在位置的基坑空间坐标以及基坑周边多个位置处相应多层地层的地层名称和相应的地质属性数据，画面存储部存储有剖面指定画面以及设计参数输入画面，输入显示部显示剖面指定画面并显示被存储的基坑模型图让用户基于该基坑模型图指定与围护构架相对应的剖面，一旦用户指定剖面，剖面空间坐标生成部就根据基坑模型图、对应的基坑空间坐标以及剖面生成与该剖面相对应的剖面空间坐标，剖面数据生成部至少基于基坑模型图、剖面空间坐标以及与剖面空间坐标相对应的地层名称和地质属性数据生成对应于剖面的围护构架计算用剖面数据，输入显示部显示设计参数输入画面并基于围护构架计算用剖面数据显示相应的围护构架计算用剖面图让用户输入对应于挡土墙以及支撑架的多种围护构架设计参数范围，一旦用户确认围护构架设计参数范围的输入，方案设计控制部就控制待筛选方案生成部基于多种围护构架设计参数范围生成相应的多个待筛选方案，并控制安全系数计算部基于围护构架计算用剖面数据、待筛选方案分别计算每一个待筛选方案所对应的围护构架安全系数，进一步控制设计方案确定部根据预定的方案确定规则从多个待筛选方案中确定出围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为围护构架方案。

发明作用与效果

根据本发明的基坑围护构架方案的设计装置，由于通过基坑信息存储部将对应于基坑的基坑模型图进行存储，使得用户可以通过剖面指定画面中显示的基坑模型图便捷地对需要进行围护构架设计的剖面进行指定。还由于具有剖面空间坐标生成部以及剖面数据生成部，可以根据被指定的剖面以及基坑模型图所对应的基坑空间坐标、地层名称等信息自动生成剖面空间坐标以及围护结构计算用剖面数据，因此实现了围护结构剖面的自动建模，便于后续根据用户输入的参数进行围护构架的模拟。最后由于在方案设计控制部的控制下，待筛选方案生成部可以根据用户输入的围护构架设计参数范围来生成待筛选方案，并由安全系数计算部计算出每个待筛选方案的维护构架安全系数，使得设计方案确定部可以通过维护构架安全系数来确定出一个符合预定安全阈值区间的围护构架方案，从而自动设计出一个即保证安全性、并且实现成本较为经济的围护构架方案。

通过本发明的基坑围护构架方案的设计装置，可以大大地节省用户进行方案设计时在建模、计算过程中所耗费的时间，同时，还可以帮助用户批量地从多个设计参数中确定出合适的围护构架方案，从而有效地避免了用户的重复劳动，提高用户对围护构架的方案设计效率。

附图说明

图1是本发明实施例中基坑围护构架方案的设计装置的结构框图；

图2是本发明实施例中地层信息的示意图；

图3是本发明实施例中设计参数输入画面的示意图；

图4是本发明实施例中设计方案显示画面的示意图；

图5是本发明实施例中安全系数计算部的结构框图；

图6是本发明实施例中方案设计过程的流程图；以及

图7是本发明变形例中方案设计过程的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的基坑围护构架方案的设计装置作具体阐述。

作为一种实施形态，本发明提供了一种基坑围护构架方案的设计装置，用于对基坑的围护构架方案进行优化，基坑的围护构架包括位于基坑两侧内壁的挡土墙以及用于对两侧的挡土墙进行支撑的支撑架，其特征在于，包括：基坑信息存储部、画面存储部、输入显示部、剖面空间坐标生成部、剖面数据生成部、方案设计控制部、待筛选方案生成部、安全系数计算部以及设计方案确定部，其中，基坑信息存储部存储有与基坑相对应的基坑模型图、对应基坑所在位置的基坑空间坐标以及基坑周边多个位置处相应多层地层的地层名称和相应的地质属性数据，画面存储部存储有剖面指定画面以及设计参数输入画面，输入显示部显示剖面指定画面并显示被存储的基坑模型图让用户基于该基坑模型图指定与围护构架相对应的剖面，一旦用户指定剖面，剖面空间坐标生成部就根据基坑模型图、对应的基坑空间坐标以及剖面生成与该剖面相对应的剖面空间坐标，剖面数据生成部至少基于基坑模型图、剖面空间坐标以及与剖面空间坐标相对应的地层名称和地质属性数据生成对应于剖面的围护构架计算用剖面数据，输入显示部显示设计参数输入画面并基于围护构架计算用剖面数据显示相应的围护构架计算用剖面图让用户输入对应于挡土墙以及支撑架的多种围护构架设计参数范围，一旦用户确认围护构架设计参数范围的输入，方案设计控制部就控制待筛选方案生成部基于多种围护构架设计参数范围生成相应的多个待筛选方案，并控制安全系数计算部基于围护构架计算用剖面数据、待筛选方案分别计算每一个待筛选方案所对应的围护构架安全系数，进一步控制设计方案确定部根据预定的方案确定规则从多个待筛选方案中确定出围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为围护构架方案。

在上述实施形态中，还可以具有这样的技术特征，其中，基坑信息存储部还存储有实际已施工的历史围护构架方案在不同施工进度下的多种施工工况参数，安全系数计算部包括：工况参数获取单元，根据待筛选方案从基坑信息存储部中获取相似的历史围护构架方案所对应的施工工况参数，围护构架参数计算单元，基于围护构架计算用剖面数据、待筛选方案以及获取到的各种施工工况参数分别计算每个待筛选方案所对应的围护构架在不同施工进度下的围护构架受力参数；工况安全系数计算单元，基于预设的围护构架承载能力参数对待筛选方案、围护构架内力参数以及围护构架变形参数进行计算生成相应围护构架的工况安全系数；以及围护构架安全系数计算单元，分别根据每一个待筛选方案对应的所有工况安全系数计算相应待筛选方案的围护构架安全系数。

在上述实施形态中，还可以具有这样的技术特征，其中，待筛选方案为多种围护构架设计参数范围中每一种围护构架设计参数在不同取值下的组合，方案确定规则为：根据预定安全阈值区间对每个待筛选方案所对应的围护构架安全系数进行筛选；将所有围护构架安全系数位于安全阈值区间内的待筛选方案并将最接近安全阈值区间的中值的待筛选方案作为围护构架方案。

在上述实施形态中，还可以具有这样的技术特征，还包括：方案调整部，其中，一旦设计方案确定部确定多个待筛选方案中没有围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案时，方案设计控制部还控制方案调整部根据预定的方案调整规则对最接近预定安全阈值区间的预定数量个待筛选方案中的围护构架设计参数进行调整形成新的待筛选方案，并控制安全系数计算部计算新的待筛选方案的所对应的围护构架安全系数，进一步控制设计方案确定部从新的待筛选方案中确定围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为围护构架方案。

在上述实施形态中，还可以具有这样的技术特征，还包括：方案调整部，其中，基坑信息存储部还存储有实际已施工的历史围护构架方案以及对应的历史基坑模型图，一旦设计方案确定部确定多个待筛选方案中没有围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案时，方案设计控制部还控制方案调整部从基坑信息存储部中根据与基坑模型图相似的历史基坑模型图获取相应的历史围护构架方案作为新的待筛选方案，并控制安全系数计算部计算新的待筛选方案的所对应的围护构架安全系数，进一步控制设计方案确定部从新的待筛选方案中确定围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为围护构架方案。

在上述实施形态中，还可以具有这样的技术特征，还包括：检索部，其中，基坑信息存储部还存储有多个地质勘察钻孔的钻孔识别信息、预先通过多个地质勘察钻孔分别测量得到的多个钻孔剖面数据以及每个地质勘察钻孔所在的大地坐标，钻孔剖面数据至少包含地质勘察钻孔位置处的各类地层所对应的地层名称以及每类地层的地层厚度和地质属性数据，检索部基于剖面空间坐标以及大地坐标从基坑信息存储部中检索到距离剖面最近的地质勘察钻孔的钻孔剖面数据，从而得到与剖面空间坐标相对应的地层名称和地质属性数据，剖面数据生成部还基于钻孔剖面数据生成围护构架计算用剖面数据。

在上述实施形态中，还可以具有这样的技术特征，其中，剖面数据生成部包括：土层数据生成单元，根据相对应的各个地层的地层名称、地质属性数据以及每个地层的地层厚度生成土层剖面数据；以及剖面数据生成单元，在土层剖面数据的基础上根据基坑模型图的剖面大小、剖面坐标在图层剖面上生成与基坑相对应的，并作为围护构架计算用剖面数据。

在上述实施形态中，还可以具有这样的技术特征，还包括：其中，多种围护构架设计参数至少包括挡土墙的挡土结构长度、挡土截面厚度和挡土墙材质、以及支撑架的内支撑数量、内支撑间距和支撑架型号。

<实施例>

本实施例中，基坑的围护构架主要包括设置在基坑的两侧内壁并用于阻挡泥土向基坑内滑落的挡土墙、以及用于对两侧的挡土墙进行支撑的支撑架。用户通过本实施例的基坑围护构架方案的设计装置对挡土墙以及支撑架的参数进行调整从而完成围护构架的方案设计。

图1是本发明实施例中基坑围护构架方案的设计装置的结构框图。

如图1所示，基坑围护构架方案的设计装置100包括基坑信息存储部101、画面存储部102、输入显示部103、剖面空间坐标生成部104、检索部105、剖面数据生成部106、方案设计控制部107、待筛选方案生成部108、安全系数计算部109、设计方案确定部110、方案调整部111以及用于控制上述各部的装置控制部112。

基坑信息存储部101用于存储基坑的基坑信息、基坑周边多个位置的地层的地层信息以及实际已施工的历史围护构架方案的历史方案信息。本实施例中，基坑信息存储部101包括基坑信息存储单元11、地层信息存储单元12以及历史方案存储单元13。

基坑信息存储单元11存储有与基坑相对应的基坑模型图以及基坑空间坐标。

本实施例中，基坑模型图为预先对基坑进行设计时所构建的三维数字模型，主要包含有基坑的各种几何参数。基坑空间坐标包含在基坑模型图中，对应于基坑在实际建造时的实际坐标。

地层信息存储单元12用于存储基坑周边多个位置的地层名称和相应的地层信息。具体地，地层信息存储单元12存储有多个地质勘察钻孔的钻孔识别信息、每个地质勘察钻孔所在的大地坐标、预先通过各个地质勘察钻孔测量得到的多个钻孔剖面数据。

本实施例中，地质勘察钻孔为事先针对基坑的施工位置附近的地层进行勘探时所形成的钻孔，每个基坑会对应有多个地质勘察钻孔。

图2是本发明实施例中地层信息的示意图。

如图2所示，地层信息包括钻孔识别信息121、大地坐标122以及钻孔剖面数据123。其中，钻孔识别信息121为每一个地质勘察钻孔所对应的唯一识别号；大地坐标122为地质勘察钻孔在大地坐标系中的坐标值；钻孔剖面数据123为针对地质勘察钻孔中的地层进行勘察后产生的各类地层分析数据。

本实施例中，钻孔剖面数据123具体包括地质勘察钻孔所在位置的多个地层的地层名称1231、各个地层的地层厚度1232以及相应的地质属性数据1233。具体地，由于地层的变化，每个地质勘察钻孔所对应的各个地层的地层厚度1232都会不同，而地质属性数据则与地层本身的性质相关，因此同一类型(即同一地层名称1231)的地层具有相同的地质属性数据，如图2中的第1条及第2条数据所示，“淤泥”所对应的地质属性数据均为“属性A”。

另外，本实施例中，地质属性数据主要为各个地层的物理力学属性，用于在进行基坑的受力计算时使用。

历史方案存储单元13存储有实际已施工的历史围护构架方案、对应的历史基坑模型图以及对应的多种施工工况参数。

本实施例中，施工工况参数为在历史基坑的历史围护结构方案设计完成后进行实施时，构建相应的围护架构在不同施工进度下的施工工况参数。由于相似的围护架构所对应的施工工况参数往往相同，因此本实施例中将过去施工工况参数作为进行围护架构的方案设计时所使用的施工工况参数。

另外，本实施例中，基坑围护构架方案的设计装置100与基坑工程的施工系统以及勘察系统相通信连接，从而能够获取到基坑工程的全过程中所产生的各类数据，并筛选出有用的数据存储至基坑信息存储部101中。

画面存储部102存储有剖面指定画面、设计参数输入画面以及设计方案显示画面。

剖面指定画面用于在设计装置100启动时显示，并显示基坑信息存储部101中存储的基坑模型图让用户基于该基坑模型图指定与围护构架相对应的剖面。

本实施例中，剖面指定画面中显示基坑模型图，可以让用户根据该基坑模型图来指定一个基坑中需要进行围护构架设计的剖面。

另外，当基坑信息存储部101中存储有多个基坑模型图时，剖面指定画面还可以让用户先选择一个需要进行设计的基坑模型图(例如以打开文件的形式打开所需的基坑模型图)，并基于选定的基坑模型图指定待计算的剖面。

设计参数输入画面用于在剖面数据生成部106生成围护构架计算用剖面数据后显示，并在该画面中基于围护构架计算用剖面数据显示相应的围护构架计算用剖面图让用户输入多种围护构架设计参数范围。

图3是本发明实施例中设计参数输入画面的示意图。

如图3所示，设计参数输入画面21包括剖面图显示部分211、挡土墙参数输入部分213、支撑参数输入部分213以及确认按钮214。

其中，剖面图显示部分211用于显示围护构架计算用剖面图，使得用户可以通过该剖面图直观地确认基坑周边的地层以及基坑本身的形状等信息，图3中的剖面图显示部分211示出了部分的围护构架计算用剖面图。

挡土墙参数输入部分213以及支撑参数输入部分213分别用于让用户输入以及确认围护构架设计参数范围。

本实施例中，围护构架设计参数主要包括挡土墙的挡土结构长度、挡土截面厚度和挡土墙材质、以及支撑架的内支撑数量、内支撑间距和支撑架型号六种，用户可以针对每一种参数设定相应的围护构架设计参数范围。例如，对于挡土结构长度，用户可以输入“30～35”(单位m)作为该挡土结构长度的围护构架设计参数范围。在实际使用时，由于支撑架以及挡土墙的选材可能会预先规定有多个规格，此时，用户也可以输入多个可选的规格作为相应的围护构架设计参数范围。

同时，如图3所示，用户在输入相应的围护构架设计参数后，剖面图显示部分211还会对应地显示挡土墙211a以及支撑211b，使得用户可以通过剖面图显示部分211来确认方案的实际情况。

设计方案显示画面用于在设计方案确定部确定出围护构架方案时显示，并在该画面中显示围护构架方案让用户对该方案进行查看以及确认。

图4是本发明实施例中设计方案显示画面的示意图。

如图4所示，设计方案显示画面22中显示了一个根据剖面数据以及围护结构设计方案所对应生成的围护构架剖面图221。在该围护构架剖面图221中，显示有不同施工工况下围护构架受力的弯矩曲线221a，使得用户可以通过该画面简单且直观地确认围护构架的状态。

输入显示103部用于显示上述画面，从而让用户通过这些画面完成相应的人机交互。

剖面空间坐标生成部104用于在用户指定好剖面时，根据基坑模型图、对应的基坑空间坐标以及剖面生成与该剖面相对应的剖面空间坐标。

其中，剖面空间坐标主要包括对应于基坑剖面的纵向深度坐标(对应于基坑的深度)和横向宽度坐标(对应于基坑在剖面上的宽度)。本实施例中，基坑空间坐标以及剖面空间坐标均对应于大地坐标，从而便于进行坐标的换算。

检索部105用于根据剖面空间坐标基坑信息存储部101中检索到与剖面空间坐标相对应的多个地层的地层名称、地层厚度和地质属性数据。

具体地，检索部105会针对地质属性数据存储单元12进行检索，并基于剖面空间坐标以及大地坐标检索出距离剖面最近的地质勘察钻孔的钻孔剖面数据，从而得到与剖面空间坐标相对应的地层信息，即，基坑周边距离待计算的剖面最近的地质勘察钻孔所测得的地质数据。

剖面数据生成部106至少基于基坑模型图、剖面空间坐标以及与剖面空间坐标相对应的地层名称和地质属性数据生成对应于剖面的围护构架计算用剖面数据。

本实施例中，剖面数据生成部106包括土层数据生成单元以及剖面数据生成单元。

土层数据生成单元用于根据检索部105检索到的地层名称、地层厚度以及地质属性数据，生成对应于被指定的剖面的土层剖面数据。

剖面数据生成单元用于在土层数据生成单元生成的土层剖面数据的基础上，根据基坑模型图的剖面大小、剖面坐标生成与基坑相对应的基坑剖面数据，并将土层剖面数据以及基坑剖面数据作为围护构架计算用剖面数据。

本实施例中，围护构架计算用剖面数据为一个xml形式的中间文件，通过该中间文件将土层剖面数据以及基坑剖面数据作为围护构架计算用剖面数据进行相应存储。

进一步，本实施例中，根据围护构架计算用剖面数据可以方便地生成相应的围护构架计算用剖面图，从而通过设计参数输入画面让用户查看。

方案设计控制部107用于对涉及方案设计过程的部件进行控制，即针对待筛选方案生成部108、安全系数计算部109、设计方案确定部110以及方案调整部111的部件工作进行控制。具体地：

一旦用户确认围护构架设计参数范围的输入，方案设计控制部107就控制待筛选方案生成部108基于多种围护构架设计参数范围生成相应的多个待筛选方案，并控制安全系数计算部109基于围护构架计算用剖面数据、待筛选方案分别计算每一个待筛选方案所对应的围护构架安全系数，进一步控制设计方案确定部110根据预定的方案确定规则从多个待筛选方案中确定出围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为围护构架方案。

其中，待筛选方案生成部108在生成待筛选方案时，会根据每一种围护构架设计参数范围确定相应围护构架设计参数的取值，并针对不同种围护构架设计参数的不同取值的组合生成相应的待筛选方案。

本实施例中，待筛选方案生成部108可以根据预先设定的取值数量在围护构架设计参数范围中进行取值，从而避免用户输入连续或是过多离散的围护构架设计参数范围导致待筛选方案过多。具体地，在针对连续的数值范围进行取值时，待筛选方案生成部108能够根据取值数量来等间距地选取相应数量的取值(如针对挡土结构长度“30～35”(单位m)这一范围进行取值且取值数量为3时，可以取值30、32.5、35)；在针对离散的数值范围进行取值时，待筛选方案生成部108能够根据取值数量随机(或是根据预定规则)选取相应数量的取值(如针对挡土墙材质“A材质、B材质、C材质”这一范围进行取值且取值数量为2时，可以取值A材质、C材质)。

另外，在实际使用时，用户也可以只输入对应各个围护构架设计参数的一个定值，即表示只针对一个待筛选方案进行计算。

接下来，安全系数计算部109在方案设计控制部107的控制下，针对待筛选方案生成部108生成的每一个待筛选方案计算相应的围护构架安全系数。

图5是本发明实施例中安全系数计算部的结构框图。

如图5所示，安全系数计算部109包括工况参数获取单元91、围护构架参数计算单元92、工况安全系数计算单元93以及围护构架安全系数计算单元94。

工况参数获取单元91用于根据待筛选方案从基坑信息存储部101中获取相似的历史围护构架方案所对应的施工工况参数。

本实施例中，工况参数获取单元91通过对待筛选方案以及历史围护构架方案中各个围护构架设计参数进行匹配，从而匹配出相似的历史围护构架方案。

围护构架参数计算单元92基于围护构架计算用剖面数据、待筛选方案以及工况参数获取单元91获取到的各种施工工况参数，分别计算相应的围护构架在不同施工进度下会产生的围护构架受力参数。

本实施例中，围护构架受力参数至少包括围护架构所受到的内力参数以及变形参数。具体地，在每一个施工进度下，围护构架参数计算单元92会根据围护构架计算用剖面数据中每个地层所对应的地层厚度以及地质属性数据，来生成各个地层对围护结构造成的压力，从而根据该压力生成围护架构所受到的内力参数以及变形参数。

工况安全系数计算单元93基于预设的围护构架承载能力参数对围护构架内力参数以及围护构架变形参数进行计算生成围护构架的工况安全系数。

本实施例中，围护构架承载能力参数为基坑的容许变形阈值、挡土墙承载力以及支撑承载力等国家标准数据，工况安全系数计算单元93可以根据这些国家标准数据计算待筛选方案所对应的围护构架在不同施工进度下的工况安全系数。

围护构架安全系数计算单元94用于根据待筛选方案对应的所有工况安全系数计算相应待筛选方案的围护构架安全系数。

本实施例中，围护构架安全系数为待筛选方案的所有工况安全系数的均值。

设计方案确定部110用于在安全系数计算部109计算出每一个待筛选方案的围护构架安全系数后，根据预定的方案确定规则确定出围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案作为围护构架方案。

本实施例中，设计方案确定部110所依据的方案确定规则为：根据预定安全阈值区间对每个待筛选方案所对应的围护构架安全系数进行筛选；进一步将所有围护构架安全系数位于安全阈值区间内的待筛选方案并将最接近安全阈值区间的中值的待筛选方案作为围护构架方案。

本实施例中，预定安全阈值区间可以根据实际需求设定。同时，围护构架安全系数的高低对应于各个待筛选方案的安全性以及成本的高低，具体地，当围护构架安全系数偏低时，表示围护构架的非常不安全；当围护构架安全系数偏高时，表示围护构架的较安全但是成本可能会偏高。

另外，在本实施例中，若设计方案确定部110没有确定出围护构架方案，即所有待筛选方案的围护构架安全系数均处于安全阈值区间外。此时，方案设计控制部107还会控制方案调整部111从基坑信息存储部101中获取与基坑模型图相似的历史基坑模型图获取相应的历史围护构架方案作为新的待筛选方案，并控制安全系数计算部109计算新的待筛选方案的所对应的围护构架安全系数，进一步控制设计方案确定部110从新的待筛选方案中确定围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为围护构架方案。

其中，方案调整部111在获取历史围护构架方案时，会将被用户指定了剖面的基坑模型图与基坑信息存储部101中的各个基坑模型图进行相似度匹配，并进一步将相似度最高预定数量个基坑模型图所对应的历史围护构架方案作为待筛选方案。

进一步，若设计方案确定部110从新的待筛选方案中仍未确定出围护构架方案，那么方案设计控制部107可以控制方案调整部111再次调整新的待筛选方案直到筛选出围护构架方案。

图6是本发明实施例中方案设计过程的流程图。

如图6所示，当用户启动基坑围护构架方案的设计装置100后，开始如下步骤：

步骤S1，输入显示部103显示剖面指定画面并显示基坑信息存储部101中存储的基坑模型图让用户基于基坑模型图指定基坑中需要进行围护构架的方案设计的剖面，在用户确认剖面的指定后进入步骤S2；

步骤S2，剖面空间坐标生成部104根据基坑模型图、对应的基坑空间坐标以及步骤S1中指定的剖面生成与该剖面相对应的剖面空间坐标，然后进入步骤S3；

步骤S3，检索部105基于步骤S2生成的剖面空间坐标以及大地坐标从基坑信息存储部101中检索到距离剖面最近的地质勘察钻孔的钻孔剖面数据，从而得到与剖面空间坐标相对应的地层名称、地层厚度和地质属性数据，然后进入步骤S4；

步骤S4，剖面数据生成部106基于基坑模型图、剖面空间坐标以及与剖面空间坐标相对应的地层名称、地层厚度和地质属性数据生成对应于剖面的围护构架计算用剖面数据，然后进入步骤S5；

步骤S5，输入显示部103显示设计参数输入画面，并基于步骤S4生成的围护构架计算用剖面数据显示相应的围护构架计算用剖面图，从而让用户输入对应于挡土墙以及支撑架的多种围护构架设计参数范围，然后进入步骤S6；

步骤S6，方案设计控制部107控制待筛选方案生成部108基于步骤S5输入的多种围护构架设计参数范围生成相应的多个待筛选方案，然后进入步骤S7；

步骤S7，方案设计控制部107控制安全系数计算部109基于围护构架计算用剖面数据以及各个待筛选方案分别计算每一个待筛选方案所对应的围护构架安全系数，然后进入步骤S8；

步骤S8，方案设计控制部107控制设计方案确定部110从多个待筛选方案中确定出围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为围护构架方案，然后进入步骤S9；

步骤S9，方案设计控制部107判断设计方案确定部110是否确定出了围护构架方案，若确定出则进入步骤S10，若未确定出则进入步骤S11；

步骤S10，输入显示部103显示设计方案显示画面，并在该画面中基于围护构架计算用剖面数据和

步骤S11，方案设计控制部107控制方案调整部111从基坑信息存储部101中根据与基坑模型图相似的历史基坑模型图获取相应的历史围护构架方案作为新的待筛选方案，然后进入步骤S7。

通过上述过程，即可根据用户指定的剖面以及输入的围护构架设计参数范围生成一个安全系数在合理范围内的围护结构设计方案。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的基坑围护构架方案的设计装置，由于通过基坑信息存储部将对应于基坑的基坑模型图进行存储，使得用户可以通过剖面指定画面中显示的基坑模型图便捷地对需要进行围护构架设计的剖面进行指定。还由于具有剖面空间坐标生成部以及剖面数据生成部，可以根据被指定的剖面以及基坑模型图所对应的基坑空间坐标、地层名称等信息自动生成剖面空间坐标以及围护结构计算用剖面数据，因此实现了围护结构剖面的自动建模，便于后续根据用户输入的参数进行围护构架的模拟。最后由于在方案设计控制部的控制下，待筛选方案生成部可以根据用户输入的围护构架设计参数范围来生成待筛选方案，并由安全系数计算部计算出每个待筛选方案的维护构架安全系数，使得设计方案确定部可以通过维护构架安全系数来确定出一个符合预定安全阈值区间的围护构架方案，从而自动设计出一个即保证安全性、并且实现成本较为经济的围护构架方案。通过本实施例的基坑围护构架方案的设计装置，可以大大地节省用户进行方案设计时在建模、计算过程中所耗费的时间，同时，还可以帮助用户批量地从多个方案中确定出合适的方案，从而有效地避免了用户的重复劳动，提高用户对围护构架的方案设计效率。

另外，实施例中，由于安全系数计算部包括工况参数获取单元，可以根据待筛选方案从基坑信息存储部中获取历史围护构架方案的施工工况参数，因此在进行围护构架安全系数的计算时，可以先针对各种工况来计算围护构架的工况安全系数，有助于更全面地保证最终得到的围护构架方案在实际施工时的安全性。

另外，实施例中，由于设计方案确定部在确定围护构架方案时，会确定出一个围护构架安全系数位于安全阈值区间内、并且最接近安全阈值区间的中值的待筛选方案作为围护构架方案，因此，通过这样的方式所筛选出的围护结构设计方案能够保证安全性足够且成本不会过高。

另外，实施例中，由于在设计方案确定部无法确定出围护构架方案时，还会通过方案调整部来获取历史围护构架方案作为新的待筛选方案，并进一步进行安全系数的计算以及筛选。因此，在用户输入的方案不理想时，设计装置还能够自动通过过去实施的围护构架方案来进行模拟，并筛选出合适的围护架构设计方案。

另外，实施例中，由于基坑信息存储部中还存储有针对基坑周边事先通过多个地质勘察钻孔进行勘察得到的地层信息，因此在用户指定剖面后，可以通过检索部来根据剖面的剖面空间坐标检索到最近的地质勘察钻孔的钻孔剖面数据，从而实现了地层数据的自动获取。

<变形例>

本变形例中，在上述实施例中的基础上，方案调整部还可以通过调整待筛选方案的方式来形成新的待筛选方案。

为了便于表述，本变形例中对于与实施例中相同的结构，赋予相同的符号并省略相应的说明。

具体地，本变形例中，方案调整部在方案设计控制部107的控制下，根据预定的方案调整规则对最接近预定安全阈值区间的预定数量个待筛选方案中的围护构架设计参数进行调整形成新的待筛选方案。

本变形例中，方案调整部的方案调整规则为：

当围护构架安全系数高于预定安全阈值区间时(表示围护构架的安全性非常高)，对围护构架设计参数进行减弱处理，即，以降低成本的方式调整挡土墙以及支撑架的相应参数。例如，减少挡土墙的厚度以及缩小支撑架的直径(本变形例中不同支撑架型号的支撑架具有不同的直径)等，或是将支撑架的材质替换为更廉价的材质。此时，即可降低围护构架的成本。

当围护构架安全系数低于预定安全阈值区间时(表示围护构架的安全性较低)，对围护构架设计参数进行增强处理，即，以提升安全性的方式调整挡土墙以及支撑架的相应参数。例如，增加挡土墙的厚度以及加粗支撑架的直径等，或是将支撑架的材质替换为支撑能力更强的材质。此时，即提高围护构架的安全性。

本变形例中，方案调整部具体调整的参数以及参数的调整范围可以根据实际情况预先设定，从而避免最终设计出无法实施的围护构架方案。

另外，在本变形例中，还可以使得待筛选方案生成部108在生成待筛选方案时，仅从围护构架设计参数范围中选择出端值以及中值并组合成为不同的待筛选方案。这样的方式可以大大地降低用户在输入了较大的围护构架设计参数范围时，更有效率地确定出合适的围护结构设计方案。

图7是本发明变形例中方案设计过程的流程图。

如图7所示，本变形例中的方案设计过程与实施例中的方案设计过程的主要区别在于：

步骤S2-11，方案设计控制部107控制方案调整部根据预定的方案调整规则对最接近预定安全阈值区间的预定数量个待筛选方案中的围护构架设计参数进行调整形成新的待筛选方案，然后进入步骤S7。

本变形例的步骤S1至步骤S10均与实施例中相同，在此不再赘述。

根据本变形例提供的基坑围护构架方案的设计装置，由于在设计方案确定部无法确定出围护构架方案时，通过预定的方案调整规则对待筛选方案并进一步进行安全系数的计算以及筛选，直到迭代出符合预定安全阈值区间的历史围护构架方案，因此，在用户输入的方案不理想时，本变形例的设计装置能够自动地对待筛选方案进行优化调整，直到调整出合适的围护架构设计方案。

上述实施例及变形例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例及变形例的描述范围。

例如，在上述实施例中，用户通过剖面指定画面仅指定了一个剖面并进行后续的基坑围护构架设计。然而，在实际使用时，针对同一个基坑，用户可能需要根据基坑模型图多次指定在不同位置处的剖面，进一步确定好每一个剖面上的围护构架方案。

例如，在上述实施例中，待筛选方案生成部从用户输入的多个范围中确认不同取值并作为待筛选方案。在本发明的其他方案中，用户也可以直接输入多种不同取值并事先组合好的围护构架设计参数(即用户设计好的)或是只输入作为定值的围护构架设计参数，此时，待筛选方案生成部可以直接将用户输入的围护构架设计参数作为待筛选方案。通过这样的方式，可以使得用户更灵活地使用本发明的设计装置进行围护构架方案的设计。

例如，在上述实施例中，围护构架安全系数为待筛选方案的所有工况安全系数的均值。在本发明的其他方案中，围护构架安全系数计算单元也可以采用其他常规的数据综合方法计算围护构架安全系数，比如可以通过预定的权重，来对工况安全系数进行加权平均从而得到围护构架安全系数。

例如，在上述实施例中，设计方案确定部所依据的方案确定规则为：根据预定安全阈值区间对每个待筛选方案所对应的围护构架安全系数进行筛选；进一步将所有围护构架安全系数位于安全阈值区间内的待筛选方案并将最接近安全阈值区间的中值的待筛选方案作为围护构架方案。在本发明的其他方案中，设计方案确定部也可以将所有位于预定安全阈值区间的待筛选方案都作为围护构架方案让用户确认。

例如，在上述实施例中，设计参数输入画面仅用于让用户输入围护结构设计参数范围。在本发明的其他方案中，设计参数输入画面还可以显示有围护结构计算用剖面数据中的各类参数，从而让用户对这些参数进行确认以及修改，从而使得用户可以对基坑工程的各类参数进行校验。

例如，在上述实施例中，在设计方案确定部未确定出围护构架方案时，方案设计控制部会控制方案调整部调整新的待筛选方案直到筛选出围护构架方案。在本发明的其他方案中，也可以不设置有方案调整部，此时，若设计方案确定部未确定出维护构架设计方案，输入显示部通过显示提醒消息(例如以弹窗的形式)，告知用户其输入的围护构架设计参数范围无法组合出一个即安全又成本较低的方案。

更进一步地，在实际使用时，也可以将围护构架安全系数大于预定安全阈值区间的方案输出给用户，此时，虽然围护构架方案的实现成本较高，但仍然能保证其安全性。

Claims (8)

1.一种基坑围护构架方案的设计装置，用于对基坑的围护构架方案进行设计，所述基坑的围护构架包括位于所述基坑两侧内壁的挡土墙以及用于对两侧的所述挡土墙进行支撑的支撑架，其特征在于，包括：

基坑信息存储部、画面存储部、输入显示部、剖面空间坐标生成部、剖面数据生成部、方案设计控制部、待筛选方案生成部、安全系数计算部以及设计方案确定部，

其中，所述基坑信息存储部存储有与所述基坑相对应的基坑模型图、对应所述基坑所在位置的基坑空间坐标以及所述基坑周边多个位置处相应多层地层的地层名称和相应的地质属性数据，

所述画面存储部存储有剖面指定画面以及设计参数输入画面，

所述输入显示部显示所述剖面指定画面并显示被存储的所述基坑模型图让用户基于该基坑模型图指定与所述围护构架相对应的剖面，

一旦所述用户指定所述剖面，所述剖面空间坐标生成部就根据所述基坑模型图、对应的所述基坑空间坐标以及所述剖面生成与该剖面相对应的剖面空间坐标，

所述剖面数据生成部至少基于所述基坑模型图、所述剖面空间坐标以及与所述剖面空间坐标相对应的所述地层名称和所述地质属性数据生成对应于所述剖面的围护构架计算用剖面数据，

所述输入显示部显示所述设计参数输入画面并基于所述围护构架计算用剖面数据显示相应的围护构架计算用剖面图让所述用户输入对应于所述挡土墙以及所述支撑架的多种围护构架设计参数范围，

一旦所述用户确认所述围护构架设计参数范围的输入，所述方案设计控制部就控制待筛选方案生成部基于所述多种围护构架设计参数范围生成相应的多个待筛选方案，并控制所述安全系数计算部基于所述围护构架计算用剖面数据、所述待筛选方案分别计算每一个所述待筛选方案所对应的围护构架安全系数，进一步控制设计方案确定部根据预定的方案确定规则从所述多个待筛选方案中确定出所述围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为所述围护构架方案。

2.根据权利要求1所述的基坑围护构架方案的设计装置，其特征在于：

其中，所述基坑信息存储部还存储有实际已施工的历史围护构架方案在不同施工进度下的多种施工工况参数，

所述安全系数计算部包括：

工况参数获取单元，根据所述待筛选方案从所述基坑信息存储部中获取相似的所述历史围护构架方案所对应的施工工况参数，

围护构架参数计算单元，基于所述围护构架计算用剖面数据、所述待筛选方案以及获取到的各种所述施工工况参数分别计算每个待筛选方案所对应的围护构架在不同施工进度下的围护构架受力参数；

工况安全系数计算单元，基于预设的围护构架承载能力参数对所述待筛选方案以及所述围护构架受力参数进行计算生成相应所述围护构架的工况安全系数；以及

围护构架安全系数计算单元，分别根据每一个所述待筛选方案对应的所有工况安全系数计算相应所述待筛选方案的所述围护构架安全系数。

3.根据权利要求1所述的基坑围护构架方案的设计装置，其特征在于：

其中，所述待筛选方案为所述多种围护构架设计参数范围中每一种围护构架设计参数在不同取值下的组合，

所述方案确定规则为：

根据所述预定安全阈值区间对每个所述待筛选方案所对应的所述围护构架安全系数进行筛选；

将所有所述围护构架安全系数位于所述安全阈值区间内的所述待筛选方案并将最接近所述安全阈值区间的中值的待筛选方案作为所述围护构架方案。

4.根据权利要求1所述的基坑围护构架方案的设计装置，其特征在于，还包括：

方案调整部，

其中，一旦所述设计方案确定部确定所述多个待筛选方案中没有围护构架安全系数符合所述预定安全阈值区间的待筛选方案时，

所述方案设计控制部还控制所述方案调整部根据预定的方案调整规则对最接近所述预定安全阈值区间的预定数量个待筛选方案中的围护构架设计参数进行调整形成新的待筛选方案，并控制所述安全系数计算部计算所述新的待筛选方案的所对应的围护构架安全系数，进一步控制所述设计方案确定部从所述新的待筛选方案中确定所述围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为所述围护构架方案。

5.根据权利要求1所述的基坑围护构架方案的设计装置，其特征在于，还包括：

方案调整部，

其中，所述基坑信息存储部还存储有实际已施工的历史围护构架方案以及对应的历史基坑模型图，

一旦所述设计方案确定部确定所述多个待筛选方案中没有围护构架安全系数符合所述预定安全阈值区间的待筛选方案时，

所述方案设计控制部还控制所述方案调整部从所述基坑信息存储部中根据与所述基坑模型图相似的所述历史基坑模型图获取相应的所述历史围护构架方案作为新的待筛选方案，并控制所述安全系数计算部计算所述新的待筛选方案的所对应的围护构架安全系数，进一步控制所述设计方案确定部从所述新的待筛选方案中确定所述围护构架安全系数符合预定安全阈值区间的待筛选方案并作为所述围护构架方案。

6.根据权利要求1所述的基坑围护构架方案的设计装置，其特征在于，还包括：

检索部，

其中，所述基坑信息存储部还存储有多个地质勘察钻孔的钻孔识别信息、预先通过所述多个地质勘察钻孔分别测量得到的多个钻孔剖面数据以及每个所述地质勘察钻孔所在的大地坐标，

所述钻孔剖面数据至少包含所述地质勘察钻孔位置处的各类地层所对应的地层名称以及每类所述地层的地层厚度和地质属性数据，

所述检索部基于所述剖面空间坐标以及所述大地坐标从所述基坑信息存储部中检索到距离所述剖面最近的所述地质勘察钻孔的钻孔剖面数据，从而得到与所述剖面空间坐标相对应的所述地层名称和所述地质属性数据，

所述剖面数据生成部还基于所述钻孔剖面数据生成所述围护构架计算用剖面数据。

7.根据权利要求6所述的基坑围护构架方案的设计装置，其特征在于：

其中，所述剖面数据生成部包括：

土层数据生成单元，根据相对应的各个所述地层的所述地层名称、所述地质属性数据以及每个所述地层的所述地层厚度生成土层剖面数据；以及

剖面数据生成单元，在所述土层剖面数据的基础上根据所述基坑模型图的剖面大小、剖面坐标在所述土层剖面上生成与所述基坑相对应的，并作为围护构架计算用剖面数据。

8.根据权利要求1所述的基坑围护构架方案的设计装置，其特征在于，还包括：

其中，所述多种围护构架设计参数至少包括所述挡土墙的挡土结构长度、挡土截面厚度和挡土墙材质、以及所述支撑架的内支撑数量、内支撑间距和支撑架材质。