CN116049945A - 隧道施工工程量测算方法、装置、设备以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种隧道施工工程量测算方法、装置、设备以及存储介质，属于建筑施工领域，通过三维激光扫描的方式，获得隧道内壁表面的开挖点云数据，并根据开挖点数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积，从而根据隧道里程与开挖面积确定隧道施工工程量，进而在实时跟进隧道开挖时，可以准确计算出挖土放量和初期支护喷射混凝土量，以确保工程施工质量。

Description

隧道施工工程量测算方法、装置、设备以及存储介质

技术领域

本申请设计建筑施工领域领域，尤其设计一种隧道施工工程量测算方法、装置、设备以及存储介质。

背景技术

目前，隧道施工工程量测算主要采用延米工程量测算与节点工程量测算两种方式，延米工程量测算可以是对衬砌断面类型的工程量的测算，节点工程量测算可以是对洞口工程量、堵头墙工程量等的测算。

由于隧道设计衬砌断面类型形式多样，工程量的测算方法也变换多样，不同的衬砌断面类型形式需要设计不同的测算方法，而一般需要设计人员对于不同的衬砌断面类型设计不同的计算方法手动完成计算。隧道洞口节点的工程量测算对于回填、开挖量等的统计一直是设计人员的难点，一般设计人员都是采用简化估算的方式完成，计算精度较低。

申请内容

本申请的主要目的在于提供一种隧道施工工程量测算方法、装置、设备以及存储介质，旨在解决隧道施工工程量测算精度较低的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种隧道施工工程量测算方法，包括：

获取隧道内壁表面的开挖点云数据；

根据所述开挖点云数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积；

根据所述开挖里程与所述开挖面积，确定所述隧道的开挖体积；

根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量。

可选的，所述根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量之后，所述方法还包括：

根据所述开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型；

将所述开挖参考模型与隧道设计BIM模型进行对比，以获得所述开挖参考模型与所述隧道设计BIM模型的开挖体积差；

根据所述开挖体积差，确定隧道超欠挖程度。

可选的，所述根据所述开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型，包括：

对所述开挖点云数据进行噪声剔除，获得噪声剔除后的开挖点云数据；

将噪声剔除后的开挖点云数据进行均匀网格算法，获得精简后的开挖点云数据；

根据精简后的开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型。

可选的，所述根据所述精简后的开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型，包括：

获得精简后的开挖点云数据的地理坐标；

根据所述地理坐标，逆向构建所述隧道开挖BIM模型。

可选的，所述将所述开挖参考模型与隧道设计BIM模型进行对比，以获得所述开挖参考模型与所述隧道设计BIM模型的开挖体积差之前，所述方法还包括：

获取隧道中轴线与设计断面；

根据所述中轴线与所述设计断面，获得所述隧道设计BIM模型。

可选的，所述根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量之后，所述方法还包括：

根据所述开挖点云数据，确定所述隧道内壁表面的断面点云数据；

根据所述断面点云数据，构建断面BIM模型；

将所述断面BIM模型与隧道设计BIM模型进行色谱可视化对比，以获得隧道净空检测信息。

可选的，所述获取隧道内壁表面的开挖点云数据，包括：

在隧道控制点上对已成型隧道进行三维激光扫描，以获得所述隧道内壁表面的开挖点云数据。

第二方面，本申请提供一种隧道施工工程量测算装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取隧道内壁表面的开挖点云数据；

第一确定模块，用于根据所述开挖点云数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积；

第二确定模块，用于根据所述开挖里程与所述开挖面积，确定所述隧道的开挖体积；

第三确定模块，用于根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量。

第三方面，本申请还提供一种隧道施工工程量测算的设备，存储器/处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的隧道施工工程量测算程序，隧道施工工程量测算程序配置为实现如上述的隧道施工工程量测算方法的步骤。

第四方面，本申请还提供了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本申请任意实施例的隧道施工工程量测算方法。

本申请实施例提出的一种隧道施工工程量测算方法，在本申请中获得隧道内壁表面的开挖点云数据后，根据开挖点数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积，从而根据隧道里程与开挖面积确定隧道施工工程量，进而在实时跟进隧道开挖时，可以准确计算出挖土放量和初期支护喷射混凝土量，从而提高施工工程量的测算精度，以确保工程施工质量。

附图说明

图1为本申请隧道施工工程量测算方法实施例的硬件结构示意图；

图2为本申请隧道施工工程量测算方法第一实施例的流程示意图；

图3为本申请隧道施工工程量测算方法第二实施例的流程示意图；

图4为本申请精简后的开挖点云数据示意图；

图5为本申请隧道施工工程量测算方法第三实施例的流程示意图；

图6为本申请隧道施工工程量测算装置的结构框架示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

由于现有技术，隧道设计衬砌断面类型形式多样，工程量的测算方法也变换多样，不同的衬砌断面类型形式需要设计不同的测算方法，而一般需要设计人员对于不同的衬砌断面类型设计不同的计算方法手动完成计算。隧道洞口节点的工程量测算对于回填、开挖量等的统计一直是设计人员的难点，一般设计人员都是采用简化估算的方式完成，计算精度较低。

本申请提供一种解决方案，通过三维激光扫描的方式，获得隧道内壁表面的开挖点云数据，并根据开挖点数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积，从而根据隧道里程与开挖面积确定隧道施工工程量，进而在实时跟进隧道开挖时，可以准确计算出挖土放量和初期支护喷射混凝土量，从而提高施工工程量的测算精度，以确保工程施工质量。

参照图1，图1为本申请实施例方案设计的硬件运行环境的隧道施工工程量测算设备的结构示意图。

如图1所示，该隧道施工工程量测算设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对播放终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及隧道施工工程量测算程序。

在图1所示的隧道施工工程量测算终端中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本申请隧道施工工程量测算终端中的处理器1001、存储器1005可以设置在隧道施工工程量测算终端中，隧道施工工程量测算终端通过处理器1001调用存储器1005中存储的隧道施工工程量测算程序，并执行本申请实施例提供的隧道施工工程量测算方法。

基于上述隧道施工工程量测算设备的硬件结构但不限于上述硬件结构，本申请提供一种隧道施工工程量测算方法第一实施例。参照图2，图2示出了申请隧道施工工程量测算方法第一实施例的流程示意图。

需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实施例中，所述隧道施工工程量测算方法包括：

步骤S10、获取隧道内壁表面的开挖点云数据；

隧道施工工程量测算方法的执行主体为具有显示、交互功能的终端设备。如笔记本电脑等，本申请并不对此进行限制。如，施工人员将获取到的开挖点云数据导入笔记本电脑中。

在本实施例中，点云数据是在获取物体表面每个采样点的空间坐标后得到的一个点的集合，也称为目标对象表面特性的海量点集。扫描资料以点的形式记录，每一个点包含有三维坐标，有些可能含有颜色信息(RGB)或反射强度信息(Intensity)。

示例性的，三维激光扫描设备对隧道控制点上对已成型隧道进行三维激光扫描，以获得所述隧道内壁表面的开挖点云数据，施工人员可以将开挖点云数据导入终端设备中。其中，三维激光扫描技术又称实景复制技术，利用激光测距原理，通过记录被测物体表面大量密集点的三维坐标信息，形成点云，快速复制建立被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。即、通过高速测量记录被测物体表面大量的密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速构建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。

步骤S20、根据所述开挖点云数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积；

步骤S30、根据所述开挖里程与所述开挖面积，确定所述隧道的开挖体积；

步骤S40、根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量。

在本实施例中，开挖里程可以是在当前隧道中，以当前所在位置为起点，隧道还未开挖处距离起点的距离。开挖面积可以是当前隧道口已挖掘的隧道面积。

具体的，在确定开挖点云数据后，确定出当前位置的最高点云，将最高点云确定为第一点云，并以穿过第一点云的隧道竖直方向为Y轴，隧道延申方向为X轴，确定在X轴方向上距离第一点云最远的最远点云，并将最远点云确定为第二点云，根据第一点云的坐标信息以及第二点云的坐标信息，确定第一点云与第二点云之间的点云距离，从而根据点云距离，确定开挖里程。同时根据第一点云的坐标信息，确定第一点云坐标到当前位置地面的第一距离，以第一距离作为整个隧道的半径，并根据圆的计算面积，获得开挖面积。

可以理解的，获得开挖里程和开挖面积后，可以将整个施工隧道作为半个圆柱体，从而根据圆柱体体积的计算公式，可以确定施工隧道的开挖体积，根据开挖体积确定隧道施工工程程量。

在本申请实施例中，对隧道进行三维激光扫描得到点云数据的方式突破了传统的单点测量技术，与传统的隧道测量手段相比，三维激光扫描仪能以较高的精度快速获取高密度的点云数据，形成一个由点云构成的隧道完整的精细模型，可以有效地避免传统的变形监测数据的局部性。同时，三维激光扫描仪的测量精度越来越高，工作距离也越来越远，扫描技术不断发展提升。地面三维激光扫描仪设备体积比较小，很容易携带，不受天气变化影响，具有操作简单、灵活、便捷的特点，采集数据速度快，无接触测量。

在本实施例中，通过三维激光扫描的方式，获得隧道内壁表面的开挖点云数据，并根据开挖点数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积，从而根据隧道里程与开挖面积确定隧道施工工程量，进而在实时跟进隧道开挖时，可以准确计算出挖土放量和初期支护喷射混凝土量，从而提高施工工程量的测算精度，以确保工程施工质量。

进一步的，作为一个实施例，参照图3，本申提供请隧道施工工程量测算方法第二实施例，基于上述图3所示的实施例，在本实施例中，所述步骤S40之后，所述方法还包括:

步骤S401A、根据所述开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型；

步骤S402A、将所述开挖参考模型与隧道设计BIM模型进行对比，以获得所述开挖参考模型与所述隧道设计BIM模型的开挖体积差；

步骤S403A、根据所述开挖体积差，确定隧道超欠挖程度。

在本申请实施例中，超欠挖是以设计开挖轮廓线为基准，实际开挖的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖。BIM(Building InformationModeling，建筑信息模型)，由Autodesk公司2002年提出，主要是用数字的方法来表达一个建设项目物理特性和功能特点，不同利益相关方通过在BIM模型中修改、提取、插入和更新信息，为建设项目全寿命周期中的所有决策提供可靠依据，以此来提高工程项目的设计、建造、管理效率的一种方法，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递。

具体的，可以将隧道中轴线及设计断面导入，生成隧道设计BIM模型。同时，在获取到开挖点云数据后，由于开挖点云数据是海量数据，在不影响曲面重构和保持一定精度的情况下需要对数据进行精简。精简前的开挖点云数据数量巨大，可达几百万个。庞大的开挖点云数据对后续的模型构建及数据计算以及数据的存储、显示、传输等都带来了许多不便。为此，在满足数据计算及三维建模要求的前提下，采用均匀网格法将隧道模型点云数据简化，以提高数据处理的效率。均匀网格法利用图形处理中被广泛采用的中值滤波法，首先建立均匀网格，然后将所有数据点分配到相应的网格之中，对于同一网格中的所有点，选取中值点来代替这个网格中的所有点，从而达到简化开挖点云数据的目的。根据精简后的开挖点云数据，确定精简后的开挖点云数据的地理坐标，并根据地理坐标，逆向构建隧道开挖BIM模型，如图4所示。即对所述开挖点云数据进行噪声剔除，获得噪声剔除后的开挖点云数据；将噪声剔除后的开挖点云数据进行均匀网格算法，获得精简后的开挖点云数据；根据精简后的开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型。

在获得隧道设计BIM模型与隧道开挖BIM模型后，将由开挖点云数据构建的隧道开挖BIM模型行与隧道设计模型叠加，使用断面分析功能，可以在任意位置，以任意间隔分割断面，并生成断面分析色谱，结果可以在CAD中打开，根据获得的结果，可以确定开挖BIM模型与所述隧道设计BIM模型的开挖体积差，从而根据开挖体积差，确定隧道超欠挖程度。

在本实施例中，通过将三维激光扫描获取的点云数据进行逆向建模，并将该模型直接与BIM模型进行融合对比，或是对点云数据进行模型展示，将施工阶段实际点云模型与设计阶段BIM模型进行对比分析。其次，利用三维扫描技术对现场进行扫描，连接PC端或手簿平台进行分析，快速反应现场测量情况，通过平台控制自动全站仪，进行区域放样，以此完成快速实体检测和偏差标记，以至于侵限或欠挖部位实现完全消除，进而对超欠挖的位置进行精确定位，对超欠挖的数量进行详细计算，并得出隧道任意断面处的超欠挖数据，避免出现大面积超欠挖。

进一步的，作为一个实施例，参照图5，本申请提供隧道施工工程量测算方法第三实施例，基于上述图5所示的实施例，本实施例中，所述步骤S40之后，还包括：

步骤S401B、根据所述开挖点云数据，确定所述隧道内壁表面的断面点云数据；

步骤S402B、根据所述断面点云数据，构建断面BIM模型；

步骤S403B、将所述断面BIM模型与隧道设计BIM模型进行色谱可视化对比，以获得隧道净空信息。

在本申请实施例中，隧道净空可以是隧道内轮廓线所包围的空间，包括公路隧道建筑限界、通风及其它功能所需的断面积。断面形状和大小应根据结构设计力求得到最经济值。净空所包括的其它断面中，有通风机或通风管道、照明灯具及其它设备、监控设备和运行管理设备、电缆沟或电缆桥架、防灾设备等断面，以及富裕量和施工允许误差等。

具体的，在隧道控制点上对已成型隧道进行三维激光扫描，以获得所述隧道内壁表面的开挖点云数据后，在开挖点云数据中，确定断面点云数据，通过断面点云数据可以对隧道的断面进行分析，检视隧道的各项指标是否符合设计标准。根据三维激光扫描实际测量图形显示，通过线扫描进行断面分析，一个隧道断面实际参与分析的点在大约200个点。与采用全站仪进行断面分析相比，采用全站仪进测量的点不超过20个，其现场情况不能反映其现场真实情况。全站仪和三维激光扫描的测点数相差比较大，同时，测量速度方面反而不如三维激光扫描效率高。在点位比较密集的情况下，任何一个部位是否侵入建筑限界或行车限界，均能准确显示。

在本实施例中，从开挖点云数据中确定出断面点云数据后，根据断面点云数据构建断面BIM模型，根据断面BIM模型与隧道设计BIM模型进行色谱可视化对比，可以获得隧道净空信息，从而使得提取的断面更加准确，可以极大程度趋近圆弧的断面。

基于同一发明构思，本申请提出隧道施工工程量测算装置，参照图6，图6为本申请隧道施工工程量测算装置第一实施例的模块示意图。

获取模块10，用于获取隧道内壁表面的开挖点云数据；

第一确定模块20，用于根据所述开挖点云数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积；

第二确定模块30，用于根据所述开挖里程与所述开挖面积，确定所述隧道的开挖体积；

第三确定模块40，用于根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量。

需要说明的是，本实施例中的关于隧道施工工程量测算装置的各实施方式以及其达到的技术效果可参照前述实施例中隧道施工工程量测算方法的各种实施方式，这里不再赘述。

本实施例的技术方案，通过各个功能模块间的相互配合，通过三维激光扫描的方式，获得隧道内壁表面的开挖点云数据，并根据开挖点数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积，从而根据隧道里程与开挖面积确定隧道施工工程量，进而在实时跟进隧道开挖时，可以准确计算出挖土放量和初期支护喷射混凝土量，从而提高施工工程量的测算精度，以确保工程施工质量。

此外，本申请实施例还提出一种计算机存储介质，存储介质上存储有隧道施工工程量测算程序，隧道施工工程量测算程序被处理器执行时实现如上文的隧道施工工程量测算方法的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本申请所设计的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述。确定为示例，程序指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本申请提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本申请而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘、U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道施工工程量测算方法，其特征在于，所述方法包括：

获取隧道内壁表面的开挖点云数据；

根据所述开挖点云数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积；

根据所述开挖里程与所述开挖面积，确定所述隧道的开挖体积；

根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量。

2.根据权利要求1所述的隧道施工工程量测算方法，其特征在于，所述根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量之后，所述方法还包括：

根据所述开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型；

将所述开挖参考模型与隧道设计BIM模型进行对比，以获得所述开挖参考模型与所述隧道设计BIM模型的开挖体积差；

根据所述开挖体积差，确定隧道超欠挖程度。

3.根据权利要求2所述的隧道施工工程量测算方法，其特征在于，所述根据所述开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型，包括：

对所述开挖点云数据进行噪声剔除，获得噪声剔除后的开挖点云数据；

将噪声剔除后的开挖点云数据进行均匀网格算法，获得精简后的开挖点云数据；

根据精简后的开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型。

4.根据权利要求3所述的隧道施工工程量测算方法，其特征在于，所述根据所述精简后的开挖点云数据，构建隧道开挖BIM模型，包括：

获得精简后的开挖点云数据的地理坐标；

根据所述地理坐标，逆向构建所述隧道开挖BIM模型。

5.根据权利要求2所述的隧道施工工程量测算方法，其特征在于，所述将所述开挖参考模型与隧道设计BIM模型进行对比，以获得所述开挖参考模型与所述隧道设计BIM模型的开挖体积差之前，所述方法还包括：

获取隧道中轴线与设计断面；

根据所述中轴线与所述设计断面，获得所述隧道设计BIM模型。

6.根据权利要求1所述的隧道施工工程量测算方法，其特征在于，所述根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量之后，所述方法还包括：

根据所述开挖点云数据，确定所述隧道内壁表面的断面点云数据；

根据所述断面点云数据，构建断面BIM模型；

将所述断面BIM模型与隧道设计BIM模型进行色谱可视化对比，以获得隧道净空检测信息。

7.根据权利要求1所述的隧道施工工程量测算方法，其特征在于，所述获取隧道内壁表面的开挖点云数据，包括：

在隧道控制点上对已成型隧道进行三维激光扫描，以获得所述隧道内壁表面的开挖点云数据。

8.一种隧道施工工程量测算装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取隧道内壁表面的开挖点云数据；

第一确定模块，用于根据所述开挖点云数据，确定隧道的开挖里程与开挖面积；

第二确定模块，用于根据所述开挖里程与所述开挖面积，确定所述隧道的开挖体积；

第三确定模块，用于根据所述开挖体积，确定隧道施工工程量。

9.一种隧道施工工程量测算设备，其特征在于，包括：处理器，存储器以及存储在所述存储器中的隧道施工工程量测算程序，所述隧道施工工程量测算程序被所述处理器运行时实现如权利要求1-7中任一项所述隧道施工工程量测算方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有隧道施工工程量测算程序，所述隧道施工工程量测算程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的隧道施工工程量测算方法。

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