CN114239105A - 一种新型混凝土坝施工bim模型编码方法 - Google Patents

一种新型混凝土坝施工bim模型编码方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法。包括结合设计与施工边界条件对大坝整体BIM模型分层分级进行模型分割，得到各浇筑仓BIM模型；定义各浇筑仓BIM模型的命名规则；调整各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的位置关系；根据条件更新编码；根据条件更新模型和编码；得到大坝各浇筑仓的全局唯一性标识码；实现基于各浇筑仓BIM模型为载体及其全局唯一性标识码的几何、非几何要素映射。本发明利用大坝施工BIM模型作为准确描述大坝各项几何特征与非几何特征的信息输入载体的技术路线，从而实现以模型中的每一浇筑仓模型为载体，实现任一浇筑仓时空特征信息、浇筑先后关系等非几何信息要素与几何特征信息的一一映射。

Description

一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法
技术领域
本发明属于水利水电工程施工仿真技术领域，具体涉及一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法。
背景技术
水利水电工程中混凝土坝的建设是一个复杂的系统工程。需将百米级宽度的大坝按照20m～40m一坝段沿横河向分为若干浇筑坝段，再在每坝段内沿高程向按2m～4.5m分为若干浇筑块，每次用施工机械依次浇筑一仓混凝土，如此往复，使得大坝各坝段逐步上升直至设计高程。类似乌东德水电站的工程，大坝部分分仓数可高达上千仓，即大坝由1000余块浇筑块“组合”而成。其施工的难度在于：混凝土坝对浇筑过程混凝土温度的敏感度很高，极易发生因温度应力产生的裂缝，会危及工程建设质量与运行安全。为避免这种情况发生，安排大坝各浇筑块相互之间的浇筑先后顺序十分重要，工程上称为跳仓浇筑法[1]。如何跳仓即如何选择各浇筑块之间的先后浇筑顺序是由当时现场实际的各项施工边界条件决定的。设计上，会采用计算机仿真的方法[2]对这个选择的过程进行模拟，以预测大坝是否能按期浇筑完成以及实现其他工程目标，通常称之为混凝土大坝施工仿真。
混凝土大坝施工仿真的必要性在于通过计算机仿真的方法对大坝跳仓浇筑过程进行模拟预测，对保障实现工程进度目标、合理安排施工计划具有重要的、不可代替的作用，在三峡、乌东德、白鹤滩等代表性混凝土坝的项目建设过程中均包含相关工作的开展。根据实际工作开展情况，对混凝土大坝施工仿真工作要求通常包含三方面：数据准备、仿真计算、可视化展示与查询。
①数据准备：即利用数学物理方法准确描述大坝空间几何特征及现场施工边界条件特征，为仿真计算准备几何与非几何数据基础。
②仿真计算：即基于计算机仿真基本原理面向大坝混凝土浇筑开发的仿真算法、程序，用于实现工期预测等仿真核心目标。
③可视化展示与查询：即支持对仿真计算结果(主要是混凝土的跳仓浇筑顺序)进行直观的、可视的、动态的过程展示，支持对特定目标对象仿真结果(例如大坝整体面貌形象、某浇筑仓浇筑时间相关信息等)的形象、直观查询，以满足辅助决策、对外展示等工作需求。
现有多条技术路线[3][4]支持以上需求，但是以[3]为代表性的技术还存在不足：
①仿真用数据不能完全准确描述大坝空间几何特征，影响仿真结果的可靠性。因混凝土坝存在孔口、牛腿、乃至通航建筑物等特殊异形结构，其浇筑仓仓面等属性较其他部位一般浇筑仓会有所不同，实际施工工效较其他普通仓位也不同；现有技术是采用大坝形体方程对大坝进行描述，无法准确描述此类特殊仓面的几何特征，从而会直接影响仿真结果的可靠性、准确性。
②大坝仿真计算的数据基础是以每一浇筑仓为对象，大坝模拟展示用的模型往往是一个整体三维模型，以大坝整体为对象，仅用于展示。二者并非在时空特征信息、浇筑先后顺序等以各浇筑仓为对象进行描述的非几何特征信息上建立的单射关系。这与基于离散仿真基本原理理论体系开发的各类仿真模拟算法本质上是有区别的，即模型本身仍是非离散的，与仿真计算的离散的浇筑仓对象并非同一对象。严格来说，此模型展示的结果也并非真正仿真计算出的结果，不利于辅助决策。
③仿真结果展示的数据组织形式不够直观，未实现浇筑仓位非几何信息(仓位名称、浇筑时间等代表仓位显著特征的信息)与浇筑形象面貌的同屏展示，不利于瞬时性获取完整的、决策所需的仿真结果信息，制约了辅助决策、对外直观展示的效率与效果。
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制："抗与放"的设计原则及其在"跳仓法"施工中的应用[M].中国建筑工业出版社,2007.
[2]朱光熙.孙锡衡.吴炳方.混凝土坝浇筑过程中的系统仿真[C].中国水利学会系统工程在水利中的应用.1986.
[3]钟登华.高混凝土坝施工仿真与实时控制[M].中国水利水电出版社,2008.
[4]申明亮.刘少林.陈伟.水利水电工程施工仿真与土石方平衡[M].中国水利水电出版社,2007.
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，针对现有施工仿真技术路线中的不足与局限之处，提供一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法。
本发明采用的技术方案是：一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法，包括以下步骤：
(1)结合设计与施工边界条件对大坝整体BIM模型分层分级进行模型分割，得到各浇筑仓BIM模型，各浇筑仓BIM模型在BIM软件中以名称节点的形式在模型结构树上进行有序、结构化排列；
(2)定义各浇筑仓BIM模型的命名规则：
以大坝实际浇筑施工的分仓方案为输入条件，定义大坝各浇筑仓BIM模型的命名规则，包括各浇筑仓的空间位置描述、时间特征描述；
空间位置描述包括所属的坝(闸)段、结构部位、方位、浇筑层四项特征；每一特征均采用有序数字字段代替，并根据每一特征所包含的类别数量从1开始，依次、连续计数；每一特征应根据该特征类别数量多少而决定采用合适长短的数字字段进行描述；例如，浇筑层特征对应的字段一般采用3个字节，即000～999中任一数字进行描述；
时间特征描述包括计划起始浇筑时间、计划终止浇筑时间两项特征；每一特征均采用“yyyymmddhhmmss”型式的字段进行描述，其中“yyyy”代表年份，“mm”代表月份，“dd”代表日期，“hh”代表小时，“mm”代表分钟，“ss”代表秒；
所述大坝各浇筑仓BIM模型的命名按顺序、以“空间位置描述”+“_”+“时间特征描述”的形式组成；其中“空间位置描述”按顺序以“坝(闸)段”+“_”+“结构部位”+“_”+“方位”+“_”+“浇筑层”的形式组成；其中“时间特征描述”按顺序、以“计划起始浇筑时间”+“_”+“计划终止浇筑时间”的形式组成；
(3)调整各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的位置关系，采用遍历代码进行编码；
(4)根据条件更新编码：根据步骤(2)所述命名规则的变化，重复步骤(3)更新各浇筑仓BIM模型编码，此更新后的编码仍具有全局唯一性；
(5)根据条件更新模型和编码：根据步骤(1)所述大坝整体BIM模型的分割方案变化，重复步骤(1)～(3)，更新各浇筑仓BIM模型与各浇筑仓BIM模型编码，此更新后的编码仍具有全局唯一性；
(6)若无调整，步骤(3)所述编码即为大坝各浇筑仓的全局唯一性标识码，方便使用人员通过其内容准确掌握对应浇筑仓BIM模型的准确时空分布特征；时空分布特征包含空间位置描述、时间特征描述，通过编码规则中的字段组合，最终可实现告知该浇筑仓模型对象位于位n坝段x部位y结构m浇筑仓位等，即每一个字段代表一个时间、空间信息特征，通过字段的组合可以实现所有时间、空间信息要素的描述；
(7)实现基于各浇筑仓BIM模型为载体及其全局唯一性标识码的几何、非几何要素映射，实现施工仿真模型形象与数据信息直观、集约、准确的展示。
进一步地，调整各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的位置关系过程包括：使相邻的两个或若干各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的相对位置关系映射于实际各浇筑仓在空间上的相对位置关系；采用遍历代码对各浇筑仓BIM模型在模型结构树上的名称节点内容进行批量编码。
进一步地，遍历代码包括特征：
遍历代码支持至少一项上述特征内容对应的字段在遍历中根据各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的排列顺序自动进行有序计数；遍历代码支持至少一项上述特征内容对应的字段在遍历中保持特定内容不发生改变；
遍历代码使各浇筑仓BIM模型名称节点内容在该遍历代码遍历后符合步骤(2)所述命名规则，包含各浇筑仓的空间位置描述、时间特征表述两部分内容，且以数字字段+“_”的组合形式呈现；
遍历后各浇筑仓BIM模型名称节点的内容按步骤(2)所述命名规则及型式进行组织，任意两浇筑仓BIM模型名称节点内容不存在上述六项特征内容相同的情况，故此编码具有全局唯一性。
进一步地，上述步骤(4)中，步骤(2)所述命名规则发生了变化，则重复步骤(3)；其变化的内容包括：任一字段的代表性含义发生变化或任一字段的字数长短发生改变或任一字段与其他字段的排列顺序发生变化。
进一步地，上述步骤(5)中，步骤(1)所述大坝整体BIM模型的分割方案发生变化，则重复步骤(1)～(3)；其变化内容包括：任一坝段分割宽度改变或任一浇筑仓分割厚度改变或新增了需纳入分割方案的坝段或浇筑仓。
步骤4、步骤5为步骤3的非必要紧后步骤，旨在根据不同变化情况，提供不同的编码更新的方法，使BIM模型分割方案与实际的大坝分仓浇筑方案相一致且各编码保持全局唯一性。
本发明利用大坝施工BIM模型来代替大坝形体方程作为准确描述大坝各项几何特征与非几何特征的信息输入载体的技术路线：定义模型编码内容的代表性含义与读取规则；利用现有的、基于结构树排序方式的模型组织形式对各浇筑仓模型进行快速、结构化、唯一性编码；从而实现以模型中的每一浇筑仓模型为载体，实现任一浇筑仓时空特征信息、浇筑先后关系等非几何信息要素与几何特征信息的一一映射，并将仿真计算产生的非几何信息要素快速、直观反应到模型结构树上的名称当中，实现直观、高效、准确、真实的信息展示。
大坝施工BIM模型：是指能反映大坝分层分块浇筑方式的、附带施工相关属性信息的BIM模型，相对于大坝整体三维模型，它的特征在于：①模型分散，且分散方式与实际施工方法存在关联；②模型属性中包含除几何信息之外的施工相关的非几何属性信息；③由各浇筑仓BIM模型组合而成。
本发明技术方法产生的有效效果在于：
(1)采用大坝施工BIM模型作为仿真用几何数据基础，更加完整准确；相较于现有技术路线更加准确描述了大坝的几何特征尤其是特殊部位的几何特征，同等条件下基于此数据基础的仿真结果更可靠。
(2)采用特定命名规则完成全局唯一性结构化快速编码，使模型的几何基础属性与仿真产生的非几何属性可以实现基于各浇筑仓模型载体的一一映射关系，从而使面向用户端展示的结果与仿真计算的结果实质统一。
(3)采用特定命名规则完成全局唯一性结构化快速编码，使基于大坝施工BIM模型的仿真展示的数据组织与呈现形式更集约、更直观，有利于操作人员更直接高效地获取信息、有利于提升辅助决策、对外直观展示的效率与效果。
附图说明
图1为本发明大坝附属通航闸部位浇筑仓命名规则示意图；
图2为本发明结构化编码脚本示意图；
图3为本发明实施后的大坝通航闸部位的施工BIM模型展示面貌示意图；
图4为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图4所示，本发明包括以下步骤：
(1)结合设计与施工边界条件对大坝整体BIM模型分层分级进行模型分割，得到各浇筑仓BIM模型，各浇筑仓BIM模型在BIM软件中以名称节点的形式在模型结构树上进行有序、结构化排列；
(2)定义各浇筑仓BIM模型的命名规则：
以大坝实际浇筑施工的分仓方案为输入条件，定义大坝各浇筑仓BIM模型的命名规则，包括各浇筑仓的空间位置描述、时间特征描述；
空间位置描述包括所属的坝(闸)段、结构部位、方位、浇筑层四项特征；每一特征均采用有序数字字段代替，并根据每一特征所包含的类别数量从1开始，依次、连续计数；每一特征应根据该特征类别数量多少而决定采用合适长短的数字字段进行描述；例如，浇筑层特征对应的字段一般采用3个字节，即000～999中任一数字进行描述(图1所示)；
时间特征描述包括计划起始浇筑时间、计划终止浇筑时间两项特征；每一特征均采用“yyyymmddhhmmss”型式的字段进行描述，其中“yyyy”代表年份，“mm”代表月份，“dd”代表日期，“hh”代表小时，“mm”代表分钟，“ss”代表秒(图1所示)；
所述大坝各浇筑仓BIM模型的命名按顺序、以“空间位置描述”+“_”+“时间特征描述”的形式组成；其中“空间位置描述”按顺序以“坝(闸)段”+“_”+“结构部位”+“_”+“方位”+“_”+“浇筑层”的形式组成；其中“时间特征描述”按顺序、以“计划起始浇筑时间”+“_”+“计划终止浇筑时间”的形式组成；
(3)调整各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的位置关系，采用遍历代码进行编码；
(4)根据条件更新编码：根据步骤(2)所述命名规则的变化，重复步骤(3)更新各浇筑仓BIM模型编码，此更新后的编码仍具有全局唯一性；
(5)根据条件更新模型和编码：根据步骤(1)所述大坝整体BIM模型的分割方案变化，重复步骤(1)～(3)，更新各浇筑仓BIM模型与各浇筑仓BIM模型编码，此更新后的编码仍具有全局唯一性；
(6)若无调整，步骤(3)所述编码即为大坝各浇筑仓的全局唯一性标识码，方便使用人员通过其内容准确掌握对应浇筑仓模型的准确时空分布特征；时空分布特征包含空间位置描述、时间特征描述，通过编码规则中的字段组合，最终可实现告知该浇筑仓模型对象位于位n坝段x部位y结构m浇筑仓位等，即每一个字段代表一个时间、空间信息特征，通过字段的组合可以实现所有时间、空间信息要素的描述；
(7)实现基于各浇筑仓BIM模型为载体及其全局唯一性标识码的几何、非几何要素映射，实现施工仿真模型形象与数据信息直观、集约、准确的展示。
调整各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的位置关系过程包括：使相邻的两个或若干各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的相对位置关系映射于实际各浇筑仓在空间上的相对位置关系；采用遍历代码对各浇筑仓BIM模型在模型结构树上的名称节点内容进行批量编码。
遍历代码包括特征：
遍历代码支持至少一项上述特征内容对应的字段在遍历中根据各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的排列顺序自动进行有序计数；遍历代码支持至少一项上述特征内容对应的字段在遍历中保持特定内容不发生改变；
遍历代码使各浇筑仓BIM模型名称节点内容在该遍历代码遍历后符合步骤(2)所述命名规则，即应包含各浇筑仓的空间位置描述、时间特征表述两部分内容，且以数字字段+“_”的组合形式呈现；
遍历后各浇筑仓BIM模型名称节点的内容按步骤(2)所述命名规则及型式进行组织，任意两浇筑仓BIM模型名称节点内容不存在上述六项特征内容相同的情况，故此编码具有全局唯一性。
上述步骤(4)中，步骤(2)所述命名规则发生了变化，则重复步骤(3)；其变化的内容包括：任一字段的代表性含义发生变化或任一字段的字数长短发生改变或任一字段与其他字段的排列顺序发生变化。
上述步骤(5)中，步骤(1)所述大坝整体BIM模型的分割方案发生变化，则重复步骤(1)～(3)；其变化内容包括：任一坝段分割宽度改变或任一浇筑仓分割厚度改变或新增了需纳入分割方案的坝段或浇筑仓。
步骤4、步骤5为步骤3的非必要紧后步骤，旨在根据不同变化情况，提供不同的编码更新的方法，使BIM模型分割方案与实际的大坝分仓浇筑方案相一致且各编码保持全局唯一性。
(1)本发明采用大坝施工BIM模型作为仿真用几何数据基础，更加完整准确；相较于现有技术路线更加准确描述了大坝的几何特征尤其是特殊部位的几何特征，同等条件下基于此数据基础的仿真结果更可靠。
(2)本发明采用特定命名规则完成全局唯一性结构化快速编码，使模型的几何基础属性与仿真产生的非几何属性可以实现基于各浇筑仓模型载体的一一映射关系，从而使面向用户端展示的结果与仿真计算的结果实质统一。图1为大坝附属通航闸部位浇筑仓命名规则，图2为结构化编码脚本图示。
(3)本发明采用特定命名规则完成全局唯一性结构化快速编码，使基于大坝施工BIM模型的仿真展示的数据组织与呈现形式更集约、更直观，有利于操作人员更直接高效地获取信息、有利于提升辅助决策、对外直观展示的效率与效果。图3为本发明方法实施后的大坝通航闸部位的施工BIM模型展示面貌。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种混凝土坝施工BIM模型编码方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)结合设计与施工边界条件对大坝整体BIM模型分层分级进行模型分割，得到各浇筑仓BIM模型，各浇筑仓BIM模型在BIM软件中以名称节点的形式在模型结构树上进行有序、结构化排列；
(2)定义各浇筑仓BIM模型的命名规则：
以大坝实际浇筑施工的分仓方案为输入条件，定义大坝各浇筑仓BIM模型的命名规则，包括各浇筑仓的空间位置描述、时间特征描述；
空间位置描述包括所属的坝段、结构部位、方位、浇筑层四项特征；
时间特征描述包括计划起始浇筑时间、计划终止浇筑时间两项特征；
所述大坝各浇筑仓BIM模型的命名按顺序、以“空间位置描述”+“_”+“时间特征描述”的形式组成；其中“空间位置描述”按顺序以“坝段”+“_”+“结构部位”+“_”+“方位”+“_”+“浇筑层”的形式组成；其中“时间特征描述”按顺序、以“计划起始浇筑时间”+“_”+“计划终止浇筑时间”的形式组成；
(3)调整各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的位置关系，采用遍历代码进行编码；
(4)根据条件更新编码：根据步骤(2)所述命名规则的变化，重复步骤(3)更新各浇筑仓BIM模型编码；
(5)根据条件更新模型和编码：根据步骤(1)所述大坝整体BIM模型的分割方案变化，重复步骤(1)～(3)，更新各浇筑仓BIM模型与各浇筑仓BIM模型编码；
(6)若无调整，步骤(3)所述编码即为大坝各浇筑仓的全局唯一性标识码；
(7)实现基于各浇筑仓BIM模型为载体及其全局唯一性标识码的几何、非几何要素映射。
2.根据权利要求1所述的一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法，其特征在于：调整各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的位置关系过程包括：使相邻的两个或若干各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的相对位置关系映射于实际各浇筑仓在空间上的相对位置关系；采用遍历代码对各浇筑仓BIM模型在模型结构树上的名称节点内容进行批量编码。
3.根据权利要求2所述的一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法，其特征在于：遍历代码包括特征：
遍历代码支持至少一项上述特征内容对应的字段在遍历中根据各浇筑仓BIM模型名称节点在模型结构树上的排列顺序自动进行有序计数；遍历代码支持至少一项上述特征内容对应的字段在遍历中保持特定内容不发生改变；
遍历代码使各浇筑仓BIM模型名称节点内容在该遍历代码遍历后符合步骤(2)所述命名规则，包含各浇筑仓的空间位置描述、时间特征表述两部分内容，且以数字字段+“_”的组合形式呈现；
遍历后各浇筑仓BIM模型名称节点的内容按步骤(2)所述命名规则及型式进行组织，任意两浇筑仓BIM模型名称节点内容不存在上述六项特征内容相同的情况。
4.根据权利要求1所述的一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法，其特征在于：上述步骤(4)中，步骤(2)所述命名规则发生了变化，则重复步骤(3)；其变化的内容包括：任一字段的代表性含义发生变化或任一字段的字数长短发生改变或任一字段与其他字段的排列顺序发生变化。
5.根据权利要求1所述的一种新型混凝土坝施工BIM模型编码方法，其特征在于：上述步骤(5)中，步骤(1)所述大坝整体BIM模型的分割方案发生变化，则重复步骤(1)～(3)；其变化内容包括：任一坝段分割宽度改变或任一浇筑仓分割厚度改变或新增了需纳入分割方案的坝段或浇筑仓。
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CN115168978A (zh) * 2022-09-05 2022-10-11 中铁第五勘察设计院集团有限公司 一种桥梁建筑信息模型数据搭建方法

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