CN115186997A - 一种基于bim的内河限制性航道养护航段筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，具体是一种受年度航道养护资金投入限制，对航道管理部门管辖范围内不同航道的养护手段进行分阶段、重点碍航航段优先处理的BIM分析手段和方法。通过应用BIM技术，对各航道尺度现状进行高效评价，根据养护资金限制，对待养护航段进行重点碍航航段筛选，为航道管理部门提供准确、高效的航道维护决策手段，确保在有限的养护管理措施下实现通航安全和效益的最大化。

Description

一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法
技术领域
本发明属于内河限制性航道养护及管理领域，具体涉及一种基于BIM技术的内河限制性航道现状评价和基于优先级的重点碍航航段筛选的分析过程和方法。
背景技术
为确保航行安全，航道养护必须定期对泥沙淤泥的航道进行必要的疏浚，以保证航行所需航宽和水深的要求，确保通航安全。目前国内长江航道已实现对长江主航道全年的航道计划宽度和水深的维护。和长江干流航道的维护现状不同的是，国内大部分内河航道低等级限制性航道占比较大，河道狭窄，无法通过调整航标达到临时性维护的目的。对于航道维护的年度资金安排有限，达不到对所辖区域内航道进行年度维护疏浚全覆盖的条件。目前航道管理部门还缺乏科学的手段对于疏浚任务进行合理规划。因此，如何利用有限的养护资金条件下，选取最需要实施疏浚措施的航段进行维护，尽可能实现通航安全和经济效益最大化，是目前内河限制性航道维护亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有对优先维护的重点碍航航段分析手段的不足的问题，本发明提供一种养护航段筛选方法，提高了年度航道养护计划分析中的工作效率和养护资金利用的经济性。
为解决上述问题，本发明提供以下的技术方案：
一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，具体步骤如下：
步骤1：根据待研究航道区域内的水文统计资料，计算航道养护基准水位，包括所处区域特征常水位和最低通航水位；收集当前待养护航道集合得基本资料，包括年货运量、航道长度及航道的维护水深、航宽数据；
步骤2：根据航道养护相关规定要求，对待养护航道进行水下地形测量作业，并形成水下地形内业成果，设航道计数器i初值为1；
步骤3：取第i条航道，将航道按航段单元长度分割为若干航段单元；
步骤4：计算各航段单元在通航水位限制下的对应设计航道等级的维护疏浚量，并计算航段平均水深指标Z1、平均航宽指标Z2、水深比例指标Z3、航宽比例指标Z4；
步骤5：如达到最后一条航道，计算结束，形成各航道航段单元指标及疏浚量统计表，否则计数器i增1，转步骤4；
步骤6：跟据各航道航段单元尺度及疏浚量统计表内疏浚量，计算各航道航段单元维护资金量；
步骤7：将航道年货运量统计指标Z0，及各航段平均水深指标Z1、平均航宽指标Z2、尺度比例指标Z3、通过指标的量化方法，计算各指标的量化分值，将各指标分值与指标权重相乘，得到各指标对航段养护优先级综合分值；
步骤8：将航道年货运量统计指标表按航段养护优先级综合分值进行排序，得到年度养护航段结果；
步骤9：按航段所在航道和桩号对养护航段进行组合，给出养护资金限制下的养护航段列表，以航道、起始桩号和终止桩号表示的养护航段的集合。
本发明的进一步技术：
优选的，所述步骤2中，水下地形内业成果为1:1000水下地形图，测点分布符合水运工程测量规范要求。
优选的，所述步骤4中，通航水位限制根据年度水文预报情况，取常水位或设计通航水位，实现养护资金利用效果的最大化。
优选的，所述步骤4中，考虑到航道实际通航情况，对等级航道标准断面的设计航宽和水位进行适当减小，以保证养护的经济性，可对水深减去安全临界值hs，也可对航宽减去安全临界值ws；
优选的，所述步骤4中，航段各指标计算可通过BIM工程设计软件Civil3D 完成，将测绘地形资料形成地形现状三角网曲面，根据当前通航水位下的航道设计资料形成航道设计三角网曲面，两三角网曲面组合形成体积曲面，对体积曲面做高程分析，形成航道尺度的特征线，由Civil3D的二次开发功能，对特征线进行高效分析，得到该航段的平均水深指标Z1、平均航宽指标Z2、尺度比例指标Z3、其中平均水深指标为平均水深与设计水深比例、平均航宽指标为平均航宽与设计航宽比例、尺度比例指标为水深、航宽不足部分长度比例。
优选的，所述步骤6中，跟据实际情况，将疏浚维护量小于2000方的航段从航段中剔除，作为日常养护航段。
优选的，所述步骤8中，养护航段结果可分为两种方式，一种可根据当年养护资金限制，对优先级最高且总养护费用不超过资金限制的航段进行筛选，另一种是按资金分段单元限制，给出养护段分阶段实施表，每阶段养护航段养护资金不超过资金分段单元限制。
优选的，所述步骤9中，最终结果可通过组合优化算法，人工调整，消减养护航段数量，使养护航段更加连续，便于养护工程的实施。
以上技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，解决了工程管理养护阶段的受限养护资金条件下重点养护段科学、定量的分析问题。
通过BIM技术应用，高效计算各航段的尺度评价指标和疏浚量，可同时处理大量长航道，计算效率高且不受航道数量、航段单元长度因素影响；且本发明中的航道BIM模型可直接采用设计、施工阶段的航道BIM模型成果，实现了BIM模型在航道全生命周期中养护阶段的延伸应用，打破了工程部门间的信息孤岛效应；
通过航道年货运量统计指标Z0，及各航段平均水深指标Z1、平均航宽指标Z2、尺度比例指标Z3，可对航段所在航道进行养护的重要性和航道现状尺度所需维护程度进行综合全面的概括；
本发明中的航段养护航段指标权重可由以往养护记录中经过回归分析得到，把管理决策者主观意愿和业务经验融合到量化的航道养护优先级分析中，在提高分析效率前提下，保证了分析结果的合理性。
本发明中航段养护优先级可对区域内重点亟待养护航段进行快速筛选，填补了养护管理中的空白，为指导航道的养护和管理，制订航道养护计划提供明确、定量的技术准则。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的主要执行流程示意图；
图2是本发明的具体实施例中的航段BIM体积曲面分析图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例而不是全部。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。
图1为本发明提出的一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法的执行流程，包括航道评价指标计算、优先级计算、养护航段筛选等一整套过程。本实施例方法，以某内湖近入湖口四条等级航道L1、L2、L3、L4的年度养护计划安排为具体实施案例，主要包括以下步骤：
步骤1：研究航道区域内的近年水文统计资料见图2所示，计算得水文年度内汛期月份(6～9月)、枯水期月份(10月～次年5月)，除洪水年份外全年水位变动幅度较小，一般在6.5～8.5m区间内变化，常水位取7.0m；搜集各航道设计资料，得到各航道基本信息表；
表1各航道基本信息表
Figure BDA0003705441980000051
步骤2：对待养护航道进行水下地形测量作业，并形成水下地形内业成果，成果最终转换为CAD测图数据，反映了各航道所在河床地形高程的变化；设航道计数器i初值为1；
步骤3：取航道L1，取航段单元长度为500m，将航道按等分分割，最后一个航段长度如大于250m，则为独立的单元，如小于250m，则于前单元合并，最终得到L1的16个航段单元，单元桩号为0+000-0+500、0+500-1+000、...，7+500-7+800。
步骤4：取通航限制水位为L1航道最低通航水位5.8m，利用BIM工程设计软件Civil3D作L1航道的纵断面BIM模型、标准设计横断面BIM模型，并将横纵断面组合成为航道曲面模型S1，再由步骤2所得CAD测图数据生成原始地形曲面模型S0，将曲面模型组合S0、S1组成生成航道包络体积曲线模型 V1，并对V1作等高线分析，见图2，由Civil3D的二次开发功能，提取V1的 0高程等高线和航道曲面模型S1的边线，对航段单元在通航水位限制下的航段平均水深指标Z1、平均航宽指标Z2、尺度比例指标Z3，并计算由体积曲面挖方体积计算得该航段的维护疏浚量为5080m3，航段单元指标如下：
Z1＝平均水深/维护水深＝3.8/4.0＝0.95
Z2＝平均航宽/维护航宽＝42/60＝0.70
Z3＝航宽水深不足航段长度/航段长度＝1.0
步骤5：如达到最后一条航道，计算结束，形成各航道航段单元指标及疏浚量统计表，否则计数器i增1，转步骤4。所有航段的航道航段单元指标及疏浚量统计表如下表：
表2各航道航段单元指标及疏浚量统计表
Figure BDA0003705441980000061
步骤6：跟据上述统计表内疏浚量，根据计价规则，取每疏浚方成本为 25元，计算各航道航段单元维护资金量；
步骤7：将航道年货运量进行归一化，形成各航道货运量统计指标Z0， Z0＝航道年货运量/总货运量。因为各指标反映的是航道的重要程度和航道程度目前的不符合等级尺度的程度，将平均水深指标Z1取反，Z1＝1-Z1，平均航宽指标Z2、尺度比例指标Z3不变，各指标的量化分值可由也可由各指标的分项评分表获取，本实施例直接取各指标归一或取反变换后的数值为各指标量化分值。各指标权重可根据往年的养护记录，对往年养护航道进行指标赋值和优先级试算，对数据进行回归分析得到合理的各指标权值取值。进而计算航段养护优先级综合分值如下：
航段养护优先级综合分值＝∑(指标量化分值*指标权重)
本实施例根据往年的养护记录，取年货运量指标
表2各航道航段单元指标权重表
序号 航段指标 指标权重
1 年货运量指标 25
2 平均水深指标 20
3 平均航宽指标 2
4 尺度比例指标 1
经过历时养护记录回归的权重指标体现了本实施例中几条航道中在养护过程中的经验和实施习惯。即货运繁忙的航道维护优先，在航道尺度中，深度优先维护，航宽次之，尺度比例指标反映了航道以往维护中，考虑水深航宽的安全余量，对维护尺度进行适当放宽的经验，因为本指标因各地航运实际运行现状而异，所以综合回归结果权重最小。
步骤8：将航道年货运量统计指标表按航段养护优先级综合分值进行排序，根据当年养护资金限制为120万元，对优先级最高且总养护费用不超过资金限制的航段进行筛选，得到年度养护航段结果如下表。
表3年度养护航段优先级排序结果表
Figure BDA0003705441980000071
步骤9：按航段所在航道和桩号对养护航段进行组合，给出养护资金限制下的养护航段列表，以航道+起始桩号+终止桩号表示的养护航段的集合，即当前养护航段为L1航道0+500-1+000，，2+000-3+500，L2航道 10+500-11+000共2.5公里，所需养护资金为1196200元。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：根据待研究航道区域内的水文统计资料，计算航道养护基准水位，包括所处区域特征常水位和最低通航水位；收集当前待养护航道集合得基本资料，包括年货运量、航道长度及航道的维护水深、航宽数据；
步骤2：根据航道养护相关规定要求，对待养护航道进行水下地形测量作业，并形成水下地形内业成果，设航道计数器i初值为1；
步骤3：取第i条航道，将航道按航段单元长度分割为若干航段单元；
步骤4：计算各航段单元在通航水位限制下的对应设计航道等级的维护疏浚量，并计算航段平均水深指标Z1、平均航宽指标Z2、水深比例指标Z3、航宽比例指标Z4；
步骤5：如达到最后一条航道，计算结束，形成各航道航段单元指标及疏浚量统计表，否则计数器i增1，转步骤4；
步骤6：跟据各航道航段单元尺度及疏浚量统计表内疏浚量，计算各航道航段单元维护资金量；
步骤7：将航道年货运量统计指标Z0，及各航段平均水深指标Z1、平均航宽指标Z2、尺度比例指标Z3、通过指标的量化方法，计算各指标的量化分值，将各指标分值与指标权重相乘，得到各指标对航段养护优先级综合分值；
步骤8：将航道年货运量统计指标表按航段养护优先级综合分值进行排序，得到年度养护航段结果；
步骤9：按航段所在航道和桩号对养护航段进行组合，给出养护资金限制下的养护航段列表，以航道、起始桩号和终止桩号表示的养护航段的集合。
2.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，其特征在于，所述步骤2中，水下地形内业成果为1:1000水下地形图。
3.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，其特征在于，所述步骤4中，通航水位限制根据年度水文预报情况，取常水位或设计通航水位。
4.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，其特征在于，所述步骤4中，考虑到航道实际通航情况，对等级航道标准断面的设计航宽和水位进行减小，可对水深减去安全临界值hs，也可对航宽减去安全临界值ws。
5.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，其特征在于，所述步骤4中，航段各指标计算可通过BIM工程设计软件Civil3D完成，将测绘地形资料形成地形现状三角网曲面，根据当前通航水位下的航道设计资料形成航道设计三角网曲面，两三角网曲面组合形成体积曲面，对体积曲面做高程分析，形成航道尺度的特征线，由Civil3D的二次开发功能，对特征线进行高效分析，得到该航段的平均水深指标Z1、平均航宽指标Z2、尺度比例指标Z3、其中平均水深指标为平均水深与设计水深比例、平均航宽指标为平均航宽与设计航宽比例、尺度比例指标为水深、航宽不足部分长度比例。
6.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，其特征在于，所述步骤6中，将疏浚维护量小于2000方的航段从航段中剔除，作为日常养护航段。
7.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的内河限制性航道养护航段筛选方法，其特征在于，所述步骤8中，养护航段结果可分为两种方式，一种根据当年养护资金限制，对优先级最高且总养护费用不超过资金限制的航段进行筛选，另一种是按资金分段单元限制，给出养护段分阶段实施表，每阶段养护航段养护资金不超过资金分段单元限制。
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