CN115748836B - 一种基于bim技术的高边坡稳定性监测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM技术的高边坡稳定性监测方法和系统,其改变了传统高边坡监测的方法或手段,将BIM技术融合应用到高边坡监测中,根据监测成果动态反馈修正理论检算结果,进行分阶段监测,从而达到提前预警和预防的目的,具有监测信息直观可视化、仿真结果精确化及灾害预防提前化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及工程监测技术领域,更具体地,涉及一种基于BIM技术的高边坡稳定性监测方法和系统。
背景技术
随着我国道路运输基础建设纷纷上马,对于道路沿线边坡稳定性研究越来越重要,道路沿线边坡的稳定性直接影响着道路运输安全和人们的生命财产安全。在道路工程施工中高边坡是较为常见的,而由于其稳定性差、施工难度高及构造复杂等特点,成为道路工程项目中的控制性工程,所以对沿线高边坡展开设计及监测专项风险评估,对于降低道路工程高边坡施工过程和后期运营中的风险具有重要意义。
目前,高边坡监测时,人工现场测量仍占很大比重,人工监测方法获取样本数据较少,代表性差,而且很考验监测人员的专业能力,带有较强的经验性。除了人工监测方法外,埋设安全监测仪器进行动态安全监测,一旦发现异常,采取停工排险等紧急补救措施;基于有限元分析计算结果进行动态安全评价,根据评价结果优化施工方案,增加支护手段等。但这些手段存在直观性不强,无法实现监测结果、支护方法、理论检算结果的动态集成分析,导致理论计算结果与现场实际情况存在较大偏差,不能够很好地指导高边坡的支护设计施工。
发明内容
针对上述背景技术部分提到的现有技术的至少一个缺陷或改进需求,本发明提供了一种基于BIM技术的高边坡稳定性监测方法和系统,用以解决、优化或克服现有技术中的道路工程高边坡稳定性监测直观性不强,无法实现监测结果、支护方法、理论检算结果的动态集成分析,导致理论计算结果与现场实际情况存在较大偏差,不能够很好地指导高边坡的支护设计施工的技术问题。
为实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种基于BIM技术的高边坡稳定性监测方法,包括:
基于高边坡的监测数据并利用BIM技术以构建能够动态反映高边坡的地形地质数据和监测数据的三维信息模型;
将不同类的监测数据进行分类整理和归纳分析以获取反映高边坡变形等级的变形量数据;
判断所述变形量数据超过第一预警阈值,则基于所述变形量数据重构所述三维信息模型,获取本阶段的高边坡失稳形式,并更新所述第一预警阈值以获取第二预警阈值;
判断所述变形量数据超过所述第二预警阈值,则基于本阶段的高边坡失稳形式和第二预警阈值对高边坡进行针对性加固支护。
进一步地,所述判断所述变形量数据超过第一预警阈值,则基于所述变形量数据重构所述三维信息模型,获取本阶段的高边坡失稳形式,并更新所述第一预警阈值以获取第二预警阈值具体包括:
判断所述变形量数据超过所述第一预警阈值,则基于所述变形量数据调整所述三维信息模型中变形对应监测点的三维坐标;
基于调整后的变形对应监测点的三维坐标重构所述三维信息模型;
基于该重构的三维信息模型的高边坡稳定性检算以获取本阶段的高边坡失稳形式,并更新所述第一预警阈值以获取第二预警阈值。
进一步地,还包括:
判断所述变形量数据小于所述第一预警阈值,则继续监测所述高边坡的稳定性。
进一步地,还包括:
判断所述变形量数据超过所述第一预警阈值,则将变形对应监测点的所述变形量数据呈现于所述三维信息模型,以供查看。
进一步地,还包括:
判断所述变形量数据超过所述第一预警阈值,则基于所述变形量数据的依次插值以获取变形对应监测点之外的其他监测点的三维坐标。
进一步地,还包括:
将所述第二预警阈值反馈发送给监测端,以供查看。
进一步地,所述监测数据包括边坡地表位移监测数据、坡体深部位移监测数据、桩后土压力监测数据、锚索应力监测数据、北斗卫星定位监测数据、边坡坡体深度位移监测数据和坡体内部水位监测数据中的一种或多种。
进一步地,所述地形地质数据包括地形数据和地质数据;
所述地形数据可由倾斜摄影技术和三维扫描技术以获取,所述地质数据可由地质勘探和土工试验以获取。
进一步地,所述第一预警阈值基于国标规范所规定的相应阈值来确定。
为实现上述目的,第二方面,本发明还提供了一种基于BIM技术的高边坡稳定性监测系统,所述监测系统能够实现上述任一项所述的监测方法。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
本发明充分利用了BIM技术,建立了真实直观的高边坡三维地形地质BIM模型,并将BIM模型、监测数据及理论检算进行动态集成,具有直观可视、操作简单、易于实现的优点,适用于道路工程高边坡的动态监测和控制。本发明改变了传统的对高边坡监测的方法或手段,将BIM技术融合应用到对高边坡的监测中,能够根据监测成果动态反馈修正理论检算结果,进行分阶段地监测,从而达到提前预警和预防的目的,具有监测信息直观可视化、仿真结果精确化及灾害预防提前化等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需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为本发明实施例提供的一种基于BIM技术的高边坡稳定性监测方法的总体流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请的说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”或“第三”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序的。此外,术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还可以包括没有列出的步骤或单元,或可选地还可以包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
基于现有道路工程高边坡稳定性监测直观性不强,无法实现监测结果、支护方法和理论检算结果的动态集成分析,导致理论计算结果与现场实际情况存在较大偏差,不能够很好地指导道路工程高边坡的支护设计施工等现状,本发明提出了一种基于BIM技术的道路工程高边坡稳定性监测方法。本发明充分利用了BIM技术,建立了真实直观的高边坡三维地形地质BIM模型,并将该BIM模型、监测数据及理论检算结果进行了动态集成,操作简单且易于实现,适用于道路工程高边坡的动态监测和控制。该专利的使用改变了传统的高边坡监测方法,将BIM技术融合应用到对道路工程高边坡的监测中,能够根据监测成果动态反馈修正理论检算结果,进行分阶段地监测,从而达到提前预警和预防的目的,具有监测信息直观可视化、仿真结果精确化及灾害预防提前化等优点。
如图1所示,在一个实施例中,一种基于BIM技术的铁路工程高边坡稳定性监测方法整体上主要包括以下几个步骤。实际上,该方法也可以应用在公路、桥梁等道路工程的高边坡稳定性监测中,本实施例仅以铁路工程为例进行示例性说明。
步骤S1:根据设计图纸在铁路工程的高边坡处布置安装高边坡监测仪器,以此来获取高边坡相关的各类监测数据。
在岩土工程或工程地质(地质工程)的研究领域,所谓“边坡”一般指自然斜坡、河流水岸坡、台塬塬边、崩滑流堆积体、以及人工边坡(交通道路、露天采矿、建筑场地与基础工程等所形成)等坡体形态的总称。也可以广义定义为地球表面具有倾向临空的地质体,主要由坡顶、坡面、坡脚及下部一定范围内的坡体组成。边坡的分类有很多种。对于土质边坡高度大于20m、小于100m或岩质边坡高度大于30m、小于100m的边坡,其边坡高度因素将对边坡稳定性产生重要作用和影响,其边坡稳定性分析和防护加固工程设计应进行个别或特别地设计计算,这些边坡称为高边坡。
高边坡相关的监测仪器包括施工期间的短期常规监测仪器和长期自动监测仪器。短期常规监测包括:边坡地表位移监测、坡体深部位移监测、桩后土压力监测、锚索应力监测等;长期自动监测包括:北斗卫星定位监测、边坡坡体深度位移监测、坡体内部水位监测等。
步骤S2:利用BIM技术建立铁路工程高边坡三维信息BIM模型,该BIM模型应能动态反映高边坡的地形地质数据和监测数据等信息,其中地形数据信息可由倾斜摄影技术、三维扫描技术等得到,而地质数据信息则可通过地质勘探和土工试验等方法获得。
步骤S3:提取所建高边坡BIM模型的三维坐标。
步骤S4:对监测数据进行归纳分析,判断边坡变形等级;将不同类仪器的监测数据分类整理,并将其与对应的规范预警值比较,判断目前边坡变形等级。若变形量数据小于规范预警值的1/2,即若小于某一个第一预警阈值,则继续加强监测;若变形量数据超过规范预警值的1/2,即若超过上述的第一预警阈值,则进行步骤S5。有关变形的第一预警阈值初始先采用国标规范所规定的值来确定,当变形量超过该第一预警阈值时,改用步骤S5计算反馈回来的预警阈值。
步骤S5:根据变形等级,基于高边坡三维信息BIM模型采取对应的处理措施。步骤S5具体又可以包括以下的子步骤:
步骤S51:若变形量数据超过上述的第一预警阈值,则将变形对应监测点的数据信息呈现于BIM模型中,并及时反馈给监测人员。
步骤S52:提取处理相应变形监测点的变形量数据,得到变形后监测点的三维坐标信息,对BIM模型进行调整,其他的模型控制点(或叫模型监测点)的三维坐标可以根据变形监测点的变形量数据依次插值获得。
步骤S53:基于变形后的高边坡BIM模型检算高边坡的稳定性,得到现阶段的可能的高边坡失稳形式及失稳预警阈值。
步骤S54:将计算得到的失稳预警阈值动态反馈回步骤S4,重构更新上述的第一预警阈值,以获取第二预警阈值,并将该第二预警阈值发送到监测人员的手机终端,进行提前提醒和提前预警。
步骤S55:当变形量数据超过上述的第二预警阈值时,即可根据步骤S53计算得到的高边坡潜在的失稳形式及失稳预警阈值范围,对高边坡进行有针对性地加固支护。
在另一个实施例中,本发明还提供了一种基于BIM技术的铁路工程高边坡稳定性监测系统,该监测系统是由硬件或软件等的组合组成的一个实体系统,其能够实现上述任一项所述的监测方法,此处就不再赘述。
以上所述者,仅为本公开的示例性实施例,不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰,皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后,将容易想到本公开的其他实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的范围和精神由权利要求限定。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于BIM技术的高边坡稳定性监测方法,其特征在于,包括:
基于高边坡的监测数据并利用BIM技术以构建能够动态反映高边坡的地形地质数据和监测数据的三维信息模型;
将不同类的监测数据进行分类整理和归纳分析以获取反映高边坡变形等级的变形量数据;
判断所述变形量数据超过第一预警阈值,则基于所述变形量数据重构所述三维信息模型,获取本阶段的高边坡失稳形式,并更新所述第一预警阈值以获取第二预警阈值;
判断所述变形量数据超过所述第二预警阈值,则基于本阶段的高边坡失稳形式和第二预警阈值对高边坡进行针对性加固支护。
2.如权利要求1所述的监测方法,其特征在于,所述判断所述变形量数据超过第一预警阈值,则基于所述变形量数据重构所述三维信息模型,获取本阶段的高边坡失稳形式,并更新所述第一预警阈值以获取第二预警阈值具体包括:
判断所述变形量数据超过所述第一预警阈值,则基于所述变形量数据调整所述三维信息模型中变形对应监测点的三维坐标;
基于调整后的变形对应监测点的三维坐标重构所述三维信息模型;
基于该重构的三维信息模型的高边坡稳定性检算以获取本阶段的高边坡失稳形式,并更新所述第一预警阈值以获取第二预警阈值。
3.如权利要求1所述的监测方法,其特征在于,还包括:
判断所述变形量数据小于所述第一预警阈值,则继续监测所述高边坡的稳定性。
4.如权利要求2所述的监测方法,其特征在于,还包括:
判断所述变形量数据超过所述第一预警阈值,则将变形对应监测点的所述变形量数据呈现于所述三维信息模型,以供查看。
5.如权利要求2所述的监测方法,其特征在于,还包括:
判断所述变形量数据超过所述第一预警阈值,则基于所述变形量数据的依次插值以获取变形对应监测点之外的其他监测点的三维坐标。
6.如权利要求2所述的监测方法,其特征在于,还包括:
将所述第二预警阈值反馈发送给监测端,以供查看。
7.如权利要求1所述的监测方法,其特征在于,所述监测数据包括边坡地表位移监测数据、坡体深部位移监测数据、桩后土压力监测数据、锚索应力监测数据、北斗卫星定位监测数据、边坡坡体深度位移监测数据和坡体内部水位监测数据中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的监测方法,其特征在于,所述地形地质数据包括地形数据和地质数据;
所述地形数据可由倾斜摄影技术和三维扫描技术以获取,所述地质数据可由地质勘探和土工试验以获取。
9.如权利要求1所述的监测方法,其特征在于,所述第一预警阈值基于国标规范所规定的相应阈值来确定。
10.一种基于BIM技术的高边坡稳定性监测系统,其特征在于,所述监测系统能够实现权利要求1-9任一项所述的监测方法。
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