CN115098934A - 一种基于gis+bim的水泥搅拌桩管理系统及其施工方法 - Google Patents

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吴维国
李令群
程苏娟
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Abstract

本发明涉及一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统及其施工方法，GIS管理模块、BIM管理模块、项目管理中心3D数据库模块、GIS+BIM 3D可视化数字模型电子沙盘模块、数据转换中心、GIS+BIM施工质量管理预警模块，通过GIS+BIM空间模型中，快速准确分析水泥搅拌桩成桩后的空间位置偏差、坐标位置偏差、高程偏差、成桩后群桩桩径、成桩完整性等施工质量问题，减少人工复核的工作量，及时纠偏，从而保证水泥搅拌桩施工的质量与安全。

Description

一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统及其施工方法，属于基础设施建设技术领域。
背景技术
在道路工程施工过程中，经常遇到各种不良地质、且复杂多样的地形情况，对此类地质与地形的软基处理方法作为首要解决问题，既要保证施工的质量与安全，同时也要保障道路运营使用时质量与安全，以达到设计要求的使用年限，满足经济性、稳定性、耐久性要求，使得道路路基持续承载不发生破坏、不变形、不塌陷。
泥土搅拌桩作为软基处理技术中的一个重要方法，在各种不良地质与复杂多样的地形条件下，其成桩的施工方法、施工工艺、施工质量、处理效果等直接影响道路路基施工质量和安全。在施工过程中，主要依靠施工人员的管理水平、施工经验、技术水平，且施工团队的其他人员技术经验水平参差不齐，人为与自然环境影响因素大，尤其在施工范围大、长距离、地形地质复杂的工程项目中，问题特别严重。
在施工准备阶段，主要依靠施工技术人员徒步现场踏勘与测量作业，并受到各种复杂地形情况限制，勘探结果不详细不全面，测量精度差误差大，施工效率低成本高都将直接影响道路路基施工质量和安全。且施工过程资料主要依靠人员记录与保存，不能及时、准确、全面、详细的描述出单桩、群桩成桩过程及完成情况，致使后续检测与复核查询数据困难，工作量大等问题，一旦出现质量问题，难以及时、准确、全面、详细的查询出对应单桩与群桩数据、分析其造成的质量问题的直接原因，拖延其维修与维护时效，造成进一步的破坏与经济损失，从而增加其使用过程中的安全隐患，缩短了道路的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，包括：
GIS管理模块：所述GIS管理模块包括飞行采集模块、模型建立模块、模型精修模块；
所述飞行采集模块用于获取水泥搅拌桩周围设定范围内地理信息数据；
所述模型建立模块用于对飞行采集模块获取的数据进行实景三维建模；
所述模型精修模块用于对建立的实景三维建模进行修缮与重构精修；
BIM管理模块：所述BIM管理模块根据设计图纸建立水泥搅拌桩周围设定范围内的建筑物模型；
项目管理中心3D数据库模块：用于GIS管理模块与BIM管理模块的数据集成；
GIS+BIM 3D可视化数字模型电子沙盘模块：用于调用、查看GIS管理模块和BIM管理模块的模型和参数信息；
数据转换中心：用于数据的转换、数据生成和输出；
GIS+BIM施工质量管理预警模块：用于现场成桩数据和设计数据进行3D偏差分析、筛选并生成所需数据报告，得出相应结论。
优选的，通过在飞行设备搭载摄影相机，进行多个方向不同角度的图像、坐标、高程信息采集工作得到地理信息数据。
优选的，该摄影相机具有四光谱热敏相机和卫星传感器。
优选的，所述模型建立模块基于ConTextCapture进行实景三维建模，载入POS数据和倾斜摄影影像进行修正形成高精度实景三维模型。
优选的，所述模型精修模块基于DP-Modeler对倾斜摄影影像进行单体化实景三维模型形体的修缮与重构精修作业，并将单体化模型与场景融合，得到高精度精细化实景三维模型，得到OSGB数据；
所述模型精修模块基于ConTextCapture生成真正射影像，通过导入带有高程、坐标数据的倾斜摄影影像修正形成TDOM数据，得到TIF正射影像；
所述模型精修模块基于SuperMapiServer加载OSGB与TDOM数据，将地理信息数据进行ID关联与修正编辑，并存储于GIS模块数据库中。
优选的，所述BIM管理模块通过Civil3D Geotechnical Module与Dynamo结合建立场地环境模型、地质模型、原状道路线型模型、设计道路线型模型，同时附着地质各土层编码，按图层断面与分布位置统一编码体系，并按土层分布情况，附着坐标、高程、图层分布分层厚度信息，导出带有特定编码体系和参数信息的IFC模型，并存储于BIM模块数据库中；
所述BIM管理模块基于Revit+Dynamo建立道路与附属设施空间形态模型、水泥搅拌桩分布与空间形态模型、原状地下管线模型、交通标志标线模型，并根据水泥搅拌桩结构信息在模型上附着相应的编码，导出带有特定编码体系和参数信息的IFC模型，并存储于BIM模块数据库中；
所述BIM管理模块基于统一基点、高程、坐标、线性方向整合场地环境模型、地质模型、原状道路线型模型、设计道路线型模型、道路与附属设施空间形态模型、水泥搅拌桩分布与空间形态模型、原状地下管线模型、交通标志标线模型。
优选的，还包括现场数据采集模块，所述现场数据采集模块用于提取现场成桩数据，并通过数据转换中心输入至项目管理中心3D数据库模块内，从而生成成桩后实际数据。
优选的，数据采集模块包括远红外激光雷达无人机和/或三维激光扫描仪和/或智能超站仪和/或高精度GPS/RTK测量设备。
一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩施工方法，包括以下步骤：
在水泥搅拌桩周围设定范围内获取地表、地物、设施、设备完整准确的地理信息数据；
根据获取的地理信息数据进行实景三维建模；
实景三维模型载入POS数据和倾斜摄影影像进行修正形成高精度实景三维模型；
对倾斜摄影影像进行单体化实景三维模型形体的修缮与重构精修作业，并将单体化模型与场景融合，得到高精度精细化实景三维模型，最终得到OSGB数据；
通过导入带有高程、坐标数据的倾斜摄影影像修正形成TDOM数据，得到TIF正射影像；
加载OSGB与TDOM数据，将地理信息数据进行ID关联与修正编辑，并存储于GIS模块数据库中；
整合场地环境模型、地质模型、原状道路线型模型、设计道路线型模型、道路与附属设施空间形态模型、水泥搅拌桩分布与空间形态模型、原状地下管线模型、交通标志标线模型，并存储于BIM模块数据库中；
将BIM模块数据库和GIS模块数据库集成形成项目管理中心3D数据库模块；
待水泥搅拌桩成桩后，提取现场成桩数据，将现场成桩数据和项目管理中心3D数据库模块的设计数据进行对比进行3D偏差分析。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩施工方法。
本发明具有如下有益效果：
通过GIS+BIM空间模型中，快速准确分析水泥搅拌桩成桩后的空间位置偏差、坐标位置偏差、高程偏差、成桩后群桩桩径、成桩完整性等施工质量问题，减少人工复核的工作量，及时纠偏，从而保证水泥搅拌桩施工的质量与安全。
附图说明
图1为本发明水泥搅拌桩管理系统平台架构；
图2为本发明GIS管理模块原理结构示意图；
图3为本发明BIM管理模块原理结构示意图。
图4为本发明GIS管理模块结构示意图；
图5为本发明GIS+BIM融合地质与搅拌桩模型；
图6为本发明GIS+BIM地下管线模型；
图7为本发明GIS+BIM场布与地形地貌融合模型。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
如图1-7所示：
包含5个系统模块，分别是GIS管理模块、BIM管理模块、项目管理中心3D数据库模块、GIS+BIM 3D可视化数字模型电子沙盘模块、GIS+BIM施工质量管理预警模块。详见图1。
(1)GIS管理模块：详见图2：
①运用倾斜摄影技术，通过在飞行设备搭载远红外高清五镜头倾斜摄影相机，其相机具有四光谱热敏相机和卫星传感器，在水泥搅拌桩红线外500m以内范围，设定既定的航线、航高、航测范围，进行五个方向不同角度的图像、坐标、高程信息采集工作，获取范围内地表、地物、设施、设备等完整准确的地理信息数据。
②基于ConTextCapture进行实景三维建模，载入POS数据和高精度倾斜摄影影像，进行倾斜摄影联合平差，精确计算外方位元素，生成高精度高密度空间三维点云数据，并基于点云数据构建三维TIN的空间数位置信息数据，映射纹理，形成高精度实景三维模型。
③基于DP-Modeler对高精度倾斜摄影影像进行单体化实景三维模型形体的修缮与重构精修作业，并将单体化模型与场景融合，得到基于完整闭合的单体空间形体，以及清晰完善的带纹理贴图的高精度精细化实景三维模型，最终得到OSGB数据成果。
④基于ConTextCapture生成TDOM(真正射影像)，通过导入带有高程、坐标数据的高精度倾斜摄影影像，进行空中三角测量运算，并修正控制点坐标空间参考系，调整靶向点，最终形成TDOM数据，得到TIF正射影像。⑤基于SuperMapiServer加载OSGB与TDOM数据成果，将水泥搅拌桩红线外500m以内范围及影响范围内地表的道路、建筑物、设施、设备等地理信息进行ID关联与修正编辑，并基于本企业服务器集成于GIS+BIM的复杂地质条件下水泥搅拌桩管理系统平台，并存储于GIS模块数据库中。
(2)BIM管理模块：详见图3：
①运用BIM可视化编程技术，依据地质勘察报告、地形地貌图、项目规划道路红线及规划河道蓝线图、原状地下管线图、施工图设计文件(道路、交通、排水、电气工程等)，基于Civil3D Geotechnical Module与Dynamo结合，创建水泥搅拌桩施工范围内的场地环境模型、地质模型、原状道路线型模型、设计道路线型模型，同时附着地质各土层编码，按图层断面与分布位置统一编码体系，并按土层分布情况，附着坐标、高程、图层分布分层厚度信息，而后导出带有特定编码体系和参数信息的IFC模型，并存储于BIM模块数据库中；
②基于Revit+Dynamo创建水泥搅拌桩施工范围内道路与附属设施空间形态模型、水泥搅拌桩分布与空间形态模型、原状地下管线模型、交通标志标线模型等，并按照水泥搅拌桩坐标、桩径、桩长等信息，在模型上附着相应的编码，导出带有特定编码体系和参数信息的IFC模型，最终集成于GIS+BIM的复杂地质条件下水泥搅拌桩管理系统平台，并存储于BIM模块数据库中；
③在BIM模块进行模型整合，并基于统一基点、高程、坐标、线性方向合成场地环境模型、地质模型、原状道路线型模型、设计道路线型模型、道路与附属设施空间形态模型、水泥搅拌桩分布与空间形态模型、原状地下管线模型、交通标志标线模型。
(3)项目管理中心3D数据库模块：
该模块负责水泥搅拌桩施工范围内GIS管理模块与BIM管理模块的数据集成、数据转换、数据生成与输出功能，可通过本数据库生成3D原状场地坐标与高程数据、3D设计场地坐标与高程数据、3D软基地质情况数据、3D地下管线数据、3D水泥搅拌桩桩位坐标高程数据、3D各阶段机械材料场布数据，通过以上生成数据，进行3D数据模型优化场地平整作业方案、基于3D数据模型优化桩位平面布置与桩深布设方案、基于3D数据模型优化桩位施工顺序及对应机械设备布设方案，从而实现基于GIS+BIM数字模型场地平整作业、基于GIS+BIM数字模型智能测量放样、基于GIS+BIM机械设备就位与调试，从方案策划阶段实现可视化GIS与BIM的空间模型的方案优化，减少不必要的测量点、高程点、坐标点的布设，与参加各方及施工人员进行可视化现场交底与沟通，更加高效指导与指挥施工人员、机械设备操作人员完成项目水泥搅拌桩施工作业。
项目管理中心3D数据库模块还包含子模块有：GIS+BIM 3D可视化数字模型电子沙盘模块、数据转换中心、GIS+BIM施工质量管理预警模块。
实施流程为：
①GIS+BIM 3D可视化数字模型电子沙盘模块包含所有GIS与BIM模型数据，可实时3D查看，调用水泥搅拌桩施工范围内的各类模型和各类参数信息，也可通过特定的ID编码进行查询和调取模型，具备发布webGL查看功能，可实现移动app端(ISO/Android)查看、查询、调取数据等功能。其次，具备3D可视化数据输出功能，可输出3D测绘数据、搅拌桩桩位3D施工数据、各阶段3D场地平整数据、3D地线管线数据，可完成批量导出、统计计算。
②将这些数据输入至数据转换中心，转换中心设置有各类格式转换功能，可依据各类外部测绘设备所需的数据格式类型(如：手持移动设备、高精度GPS/RTK测量设备、智能超站仪、远红外激光雷达无人机、三维激光扫描仪等)，解决传统格式不兼容，数据单一，无法实现三维数据贯通与融合等问题。并可根据项目现有设备情况，进行各种组合使用。主要作用如：在场地平整作业阶段、现场测量阶段、机械设备施工阶段三个阶段上，依据可视化GIS与BIM的空间模型，快速布控、坐标定位、高程控制，通过模型分析计算减少不必要的测量点、高程点、坐标点的布设，与参加各方及施工人员进行可视化现场交底与沟通，更加高效指导与指挥施工人员、机械设备操作人员完成项目水泥搅拌桩施工作业。
③待项目水泥搅拌桩工程成桩完成后，基于远红外激光雷达无人机+三维激光扫描仪+智能超站仪或高精度GPS/RTK测量设备的采集，提取现场成桩数据，并通过数据转换中心输入至项目管理中心3D数据库模块内，从而生成成桩后实际数据，并将其转入至GIS+BIM施工质量管理预警模块，通过本模块实现与设计数据进行3D偏差分析，筛选并生成所需数据报告，得出相应结论，并能通过GIS+BIM空间模型中，快速准确分析水泥搅拌桩成桩后的空间位置偏差、坐标位置偏差、高程偏差、成桩后群桩桩径、成桩完整性等施工质量问题，减少人工工作量，及时纠偏，实时预警，减少人工复核的工作量，及时纠偏，从而保证水泥搅拌桩施工的质量与安全。
集成建筑信息模型技术(BIM)、地理信息系统(GIS)，在各种复杂地形、不良地质条件下，更加高效、经济、快捷、全面、详细、高精度的完成现场踏勘与测量工作，减少人工勘测工作量。实现成桩数据与设计数据实时3D偏差分析与预警，筛选并生成所需数据报告，得出相应结论，并能通过GIS+BIM空间模型中，快速准确分析水泥搅拌桩成桩后的空间位置偏差、坐标位置偏差、高程偏差、成桩后群桩桩径、成桩完整性等施工质量问题，减少人工复核的工作量，及时纠偏，从而保证水泥搅拌桩施工的质量与安全。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，其特征在于：包括：
GIS管理模块：所述GIS管理模块包括飞行采集模块、模型建立模块、模型精修模块；
所述飞行采集模块用于获取水泥搅拌桩周围设定范围内地理信息数据；
所述模型建立模块用于对飞行采集模块获取的数据进行实景三维建模；
所述模型精修模块用于对建立的实景三维建模进行修缮与重构精修；
BIM管理模块：所述BIM管理模块根据设计图纸建立水泥搅拌桩周围设定范围内的建筑物模型；
项目管理中心3D数据库模块：用于GIS管理模块与BIM管理模块的数据集成；
GIS+BIM 3D可视化数字模型电子沙盘模块：用于调用、查看GIS管理模块和BIM管理模块的模型和参数信息；
数据转换中心：用于数据的转换、数据生成和输出；
GIS+BIM施工质量管理预警模块：用于现场成桩数据和设计数据进行3D偏差分析、筛选并生成所需数据报告，得出相应结论。
2.如权利要求1所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，其特征在于：通过在飞行设备搭载摄影相机，进行多个方向不同角度的图像、坐标、高程信息采集工作得到地理信息数据。
3.如权利要求2所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，其特征在于：该摄影相机具有四光谱热敏相机和卫星传感器。
4.如权利要求3所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，其特征在于：所述模型建立模块基于ConTextCapture进行实景三维建模，载入POS数据和倾斜摄影影像进行修正形成高精度实景三维模型。
5.如权利要求4所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，其特征在于：所述模型精修模块基于DP-Modeler对倾斜摄影影像进行单体化实景三维模型形体的修缮与重构精修作业，并将单体化模型与场景融合，得到高精度精细化实景三维模型，得到OSGB数据；
所述模型精修模块基于ConTextCapture生成真正射影像，通过导入带有高程、坐标数据的倾斜摄影影像修正形成TDOM数据，得到TIF正射影像；
所述模型精修模块基于SuperMapiServer加载OSGB与TDOM数据，将地理信息数据进行ID关联与修正编辑，并存储于GIS模块数据库中。
6.如权利要求2所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，其特征在于：所述BIM管理模块通过Civil3D Geotechnical Module与Dynamo结合建立场地环境模型、地质模型、原状道路线型模型、设计道路线型模型，同时附着地质各土层编码，按图层断面与分布位置统一编码体系，并按土层分布情况，附着坐标、高程、图层分布分层厚度信息，导出带有特定编码体系和参数信息的IFC模型，并存储于BIM模块数据库中；
所述BIM管理模块基于Revit+Dynamo建立道路与附属设施空间形态模型、水泥搅拌桩分布与空间形态模型、原状地下管线模型、交通标志标线模型，并根据水泥搅拌桩结构信息在模型上附着相应的编码，导出带有特定编码体系和参数信息的IFC模型，并存储于BIM模块数据库中；
所述BIM管理模块基于统一基点、高程、坐标、线性方向整合场地环境模型、地质模型、原状道路线型模型、设计道路线型模型、道路与附属设施空间形态模型、水泥搅拌桩分布与空间形态模型、原状地下管线模型、交通标志标线模型。
7.如权利要求2所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，其特征在于：还包括现场数据采集模块，所述现场数据采集模块用于提取现场成桩数据，并通过数据转换中心输入至项目管理中心3D数据库模块内，从而生成成桩后实际数据。
8.如权利要求7所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩管理系统，其特征在于：数据采集模块包括远红外激光雷达无人机和/或三维激光扫描仪和/或智能超站仪和/或高精度GPS/RTK测量设备。
9.运用权利要求1-8任意一项所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
在水泥搅拌桩周围设定范围内获取地表、地物、设施、设备完整准确的地理信息数据；
根据获取的地理信息数据进行实景三维建模；
实景三维模型载入POS数据和倾斜摄影影像进行修正形成高精度实景三维模型；
对倾斜摄影影像进行单体化实景三维模型形体的修缮与重构精修作业，并将单体化模型与场景融合，得到高精度精细化实景三维模型，最终得到OSGB数据；
通过导入带有高程、坐标数据的倾斜摄影影像修正形成TDOM数据，得到TIF正射影像；
加载OSGB与TDOM数据，将地理信息数据进行ID关联与修正编辑，并存储于GIS模块数据库中；
整合场地环境模型、地质模型、原状道路线型模型、设计道路线型模型、道路与附属设施空间形态模型、水泥搅拌桩分布与空间形态模型、原状地下管线模型、交通标志标线模型，并存储于BIM模块数据库中；
将BIM模块数据库和GIS模块数据库集成形成项目管理中心3D数据库模块；
待水泥搅拌桩成桩后，提取现场成桩数据，将现场成桩数据和项目管理中心3D数据库模块的设计数据进行对比进行3D偏差分析。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现如权利要求9所述的一种基于GIS+BIM的水泥搅拌桩施工方法。
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