CN116516897A - 一种基于bim的生态框护岸施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及护岸施工技术领域，尤其涉及一种基于BIM的生态框护岸施工方法，包括在BIM软件中通过获取到的河道地形地貌数据，地质数据，水文数据，对河道进行建模；通过BIM软件对河道数据进行分析，确定护岸结构的基础生态桩结构与材料；通过BIM软件对护岸结构进行受力分析，根据生态框抗滑指数改进生态框，根据生态框抗倾覆指数改进生态框，根据生态框抗冲击指数改进生态框；根据综合评价指数确定生态框内的植物种植密度；解决了现有技术中存在不能根据实际施工情况对护岸施工过程进行精确合理的控制的问题。
Description
技术领域
本发明涉及护岸施工技术领域，尤其涉及一种基于BIM的生态框护岸施工方法。
背景技术
传统的护岸结构多为钢筋混凝土或者浆砌块石等硬质的整体结构，其功能不仅单一，而且阻断了水体和土壤交换的渠道，动植物不容易栖息，对河道的生态系统造成了破坏。现阶段护岸除了自身安全保障功能，其生态景观和亲水需求等功能也日趋受到重视。受限各种客观原因，现有施工方式的设计和建造无法考虑多方面因素，包括地形、水文特征、气候条件、土质等因素，根据实际情况进行调整和优化，且需要较长时间才能形成完整的植被覆盖层，并且对于某些特殊环境可能无法有效发挥作用，传统的混凝土或者石头堆砌护岸建造成本较高，需要考虑经济效益和可行性问题，植被覆盖不够密集或者未及时修剪，就可能导致土壤流失和水流冲刷。
中国专利公开号：CN1/17//666/公开了一种活枝框格式面源截留净化型生态护岸构建方法，包括：在河岸斜坡面与河床的夹角处铺设块石，将柳树、桤树和黑杨树的嫩枝中的至少一种嫩枝扎成活枝捆，由活枝捆组成活枝框格层，将活枝框格层沿着块石铺设在河岸斜坡面上，活枝框格层与活枝层交错铺设，在活枝层中铺设填料，所述块石粒径约为3/～//cm，所述活枝框格层由活枝捆用铁丝纵横联结形成，所述活枝框格层中的单元框面积为1～2m，所述活枝框格层用木桩固定在河岸斜坡面上，所述交错铺设的最上层为活枝框格层，所述填料为粒径为/cm～1/cm的卵石或砾石。
由此可见，现有技术存在不能根据实际施工情况对护岸施工过程进行精确合理的控制的问题。
发明内容
为此，本发明提供一种基于BIM的生态框护岸施工方法，用以克服现有技术中存在不能根据实际施工情况对护岸施工过程进行精确合理的控制的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于BIM的生态框护岸施工方法，包括：
步骤S1，在BIM软件中通过获取到的河道地形地貌数据、地质数据、水文数据、边界条件和载荷信息建立有限元分析模型，将生态框、河岸地质和水流在有限元分析模型中划分为有限个小单元；
步骤S2，对河道数据进行分析，根据河岸坡度确定待施工护岸的生态框级数和单个生态框高度，根据河岸可承载压强确定所述待施工护岸的生态框的底部面积，以及根据河岸地质摩擦系数确定所述待施工护岸的生态框所需材料的抗滑系数，根据水流冲击力确定所述待施工护岸的生态框的厚度，并在BIM软件中模拟施工；
步骤S3，对模拟施工完成的所述待施工护岸在有限元分析模型中分析每个单元的应力、应变和位移，计算生态框护岸结构的抗滑指数、抗倾覆指数和抗冲击指数以确定对所述待施工护岸的生态框进行调整；
步骤S4，计算所述待施工护岸的综合评价指数以确定待施工护岸的生态框中植物的种植方式；
所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗滑指数完成时，根据抗滑指数确定对所述生态框的结构进行调整的调整方式，当计算所述待施工护岸的抗倾覆指数完成时，根据抗倾覆指数确定对生态框的结构进行加固的加固方式，当计算所述待施工护岸的抗冲击指数完成时，根据抗冲击指数确定对生态框的材料进行优化的优化方式；
所述步骤S4中，当确定所述待施工护岸的综合评价指数完成时，根据综合评价指数确定生态框的所述加固方式与优化方式下的修正系数，根据综合评价指数与预设综合评价指数的差值确定生态框内的植物种植密度。
进一步的，在所述步骤S2中，当根据河岸坡度确定所述待施工护岸的生态框级数和单个生态框高度时，根据河岸坡度与预设坡度的比对结果确定若干生态框级数和单个生态框高度H，设定H＝△W/N，其中△W为河道历史平均水位变化量，N为生态框级数；
当根据河岸可承载压强确定所述待施工护岸的生态框的底部面积时，根据所述河岸可承载压强与预设压强的比对结果确定若干生态框的底部面积。
当根据河岸地质摩擦系数确定所述待施工护岸的生态框的材料时，根据河岸地质摩擦系数与预设摩擦系数的比对结果确定生态框所需材料的若干抗滑系数；
当根据水流冲击力确定所述待施工护岸的生态框的厚度时，根据水流冲击力与预设冲击力的比对结果确定生态框的若干厚度。
进一步的，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗滑指数时，将抗滑指数设置为E，设定
E＝C×M×J/(0./×/×//×C/×//
其中，C为河岸可承载压强，M为生态框的底部面积，J为生态框底部的摩擦系数，/为水密度，/为水流速度，C/为生态框的阻力系数，/为护岸结构横截面积；
当抗滑指数小于等于预设抗滑指数时确定对所述生态框的结构进行调整的调整方式，所述调整方式包括通过螺栓连接相邻两个生态框的第一调整方式或为生态框下设钢筋混凝土基础的第二调整方式。
进一步的，当所述调整方式为通过螺栓连接相邻两个生态框的第一调整方式时，计算抗滑指数与预设抗滑指数的第一差值与预设抗滑指数差值的相对差以根据该相对差与预设相对差的比对结果确定若干螺栓间距，当所述调整方式为生态框下设钢筋混凝土基础的第二调整方式时，根据抗滑指数与预设抗滑指数的第一差值与预设抗滑指数差值的百分比变化量与预设百分比变化量的比对结果确定钢筋混凝土中的钢筋体积的若干比例。
进一步的，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗倾覆指数时，将抗倾覆指数设置为F，设定：
F＝(水平向支撑反力+环向土反力+垂向地基反力)/(水平向水压力+环向土压力+垂向重量)
在所述步骤S3中，当抗倾覆指数小于等于预设抗倾覆指数时确定对生态框的结构进行加固的方式，所述加固方式包括在所述护岸埋设锚杆，将所述锚杆与生态框连接的第一加固方式，或在生态框周围设置挡土墙，并将所述挡土墙与生态框连接的第二加固方式。
进一步的，在所述步骤S3中，当所述加固方式为在所述护岸埋设锚杆，将所述锚杆与生态框连接的第一加固方式时确定锚杆间距，当所述加固方式为在生态框周围设置挡土墙，将所述挡土墙与生态框连接的第二加固方式时确定挡土墙埋深。
进一步的，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗冲击指数时，将抗冲击指数设置为G，设定
G＝E×εf/(0./×mf×vf^2/
其中，E为材料的弹性模量，εf为材料的断裂应变，mf为漂浮物质量，vf为漂浮物移度；
当所述抗冲击指数小于等于预设抗冲击指数时确定对生态框的材料进行优化的优化方式，所述优化方式包括在生态框材料外部添加吸能层的第一优化方式，或在生态框材料中添加吸能纤维的第二优化方式。
进一步的，在所述步骤S3中，当所述优化方式为在生态框材料外部添加吸能层的第一优化方式时确定吸能层厚度，当所述优化方式为在生态框材料中添加吸能纤维的第二优化方式时确定吸能纤维密度。
进一步的，在所述步骤S4中，当确定所述待施工护岸的综合评价指数时，将综合评价指数设置为Z，设定Z＝E+F+G；当确定所述待施工护岸的综合评价指数完成时，根据综合评价指数确定生态框的所述加固方式与优化方式下的修正系数。
进一步的，在所述步骤S4中，当根据综合评价指数与预设综合评价指数的差值确定所述待施工护岸的生态框内的植物种植密度时，计算综合评价指数与预设综合评价指数的差值，并与预设综合评价指数差值进行比对以根据比对结果确定生态框内的若干植物种植密度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明根据不同的河道环境和实际施工情况来灵活调整生态框的高度和级数，以适应不同河岸坡度，更精准地控制护岸施工精度。同时，该方法也能够充分考虑到河流水位变化的历史平均值，从而更加科学地确定生态框高度。
进一步地，由于不同河道环境和水文地质条件的差异，以及护岸结构类型和设计要求的不同，所需的生态框底面积也会有所变化，本发明通过河岸可承载压强与预设可承载压强的比对结果灵活调整生态框底面积，以达到更好的护岸效果，对护岸施工过程进行精确合理的控制。
进一步地，本发明根据河岸地质摩擦系数与预设摩擦系数的比对结果确定生态框所需材料的抗滑系数，选择合适的生态框材料，不仅可以提高护岸工程的安全性和稳定性，还可以对护岸施工过程进行精确合理的控制。
进一步地，本发明根据水流冲击力与预设冲击力的比对结果确定生态框厚度，确保所选厚度具有足够的稳定性和安全性，在水流冲击力低于预设值或水流冲击力高于预设值时，分别设置不同生态框的厚度，避免在设计过程中出现盲目的选择和浪费，导致生态框厚度过大或过小，提高了对施工过程控制的精确性和合理性，且能够降低施工成本，避免浪费资源。
进一步地，本发明通过对抗滑指数与预设抗滑指数进行比较，可以判断当前的护岸结构是否稳定，是否需要对生态框进行改进来提高其稳定性，可以有效地保障水利工程建设中涉及到的护岸结构的安全性和可靠性。
进一步地，本发明通过对抗滑指数与预设抗滑指数的差值与预设抗滑指数差值进行比对，可以评估当前的护岸结构是否足够稳定，并确定调整方式来提高其稳定性。
进一步地，本发明根据抗滑指数与预设抗滑指数的差值与预设抗滑指数差值的相对差与预设相对差的比对结果确定螺栓间距，科学合理地确定螺栓间距以保证护岸结构的稳定性和抗滑性能，降低成本。同时，根据具体施工情况，本领域技术人员也可以对螺栓间距进行调整，以满足工程实际要求。
进一步地，本发明根据抗滑指数与预设抗滑指数的差值与预设抗滑指数差值的百分比变化量与预设百分比变化量的比对结果，可以确定钢筋混凝土中的钢筋体积比例，合理的钢筋体积比例可以提高混凝土护岸结构的耐久性，减少因钢筋锈蚀、混凝土开裂等问题导致的维修成本，使护岸结构在满足安全性要求的同时，避免过度设计，降低工程成本。
进一步地，本发明通过选择合适的加固方式，还可以延长生态框的使用寿命，增强抗倾覆指数，并降低后期维护和修缮的成本，采用不同的加固方式还可以适应不同的地质环境和工程需求。
进一步地，本发明通过设定锚杆密度，可以确保锚杆在生态框周围分布得当，从而提高生态框的稳定性，防止因地质环境和施工条件引起的倾覆和滑移。
进一步地，本发明通过设定合适的挡土墙埋深，可以确保挡土墙能够有效抵抗土体的侧向压力，从而提高生态框的稳定性，防止因地质环境和施工条件引起的倾覆和滑移。
进一步地，本发明通过选择合适的材料并进行优化在不同地区和不同气候条件下，漂浮物体的种类和数量都可能存在差异，因此需要选择具有适应性的生态框材料来保障其抗冲击能力，通过对生态框材料进行改进进一步提高其抗冲击能力，可以更好地适应不同环境条件下的需求，在实际施工中，可能会遇到一些未知的漂浮物体或者异常情况，提高生态框材料的抗冲击能力，则可以更好地保障水利工程的安全性。
进一步地，本发明根据具体的抗冲击指数需求和材料特性选择最优的优化方式，提高护岸结构的抗冲击能且安全性能够更好地适应不同的施工环境和使用条件，通过在生态框材料中添加吸能纤维，以提高整体的抗冲击能力；通过在生态框材料外部添加吸能层，以满足抗冲击指数的要求，同时减少材料消耗和成本。
进一步地，本发明根据实际工程中可能遇到的冲击荷载和吸能层材料的性能确定吸能层厚度，有助于优化资源分配，避免使用过厚的吸能层导致成本增加，或使用过薄的吸能层导致抗冲击性能不足。
进一步地，本发明通过设定合适的吸能纤维密度，可以有效提高生态框的抗冲击性能，降低漂浮物体冲击造成的损坏风险，根据实际工程中可能遇到的冲击荷载和吸能纤维的性能确定吸能纤维密度，有助于优化资源分配，避免使用过多的吸能纤维导致成本增加，或使用过少的吸能纤维导致抗冲击性能不足。
进一步地，本发明根据综合评价指数与预设综合评价指数的比对结果确定生态框内的所述吸能纤维密度，吸能层厚度，锚杆密度，挡土墙埋深的修正系数为本领域技术人员提供了应对不同工程条件的灵活性，有助于提高工程的实施效果。
进一步地，本发明通过比对综合评价指数差值与预设综合评价指数差值，根据实际情况调整植物种植密度，避免种植密度过低导致植物覆盖不够完整，或种植密度过高，导致植物根系发育不良，影响护岸的稳定性。
附图说明
图1为本发明一种基于BIM的生态框护岸施工方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
请参阅图1所示，其为本发明一种基于BIM的生态框护岸施工方法的流程图，包括：
步骤S1，在BIM软件中通过获取到的河道地形地貌数据、地质数据、水文数据、边界条件和载荷信息建立有限元分析模型，将生态框、河岸地质和水流在有限元分析模型中划分为有限个小单元；
步骤S2，对河道数据进行分析，根据河岸坡度确定待施工护岸的生态框级数和单个生态框高度，根据河岸可承载压强确定所述待施工护岸的生态框的底部面积，以及根据河岸地质摩擦系数确定所述待施工护岸的生态框所需材料的抗滑系数，根据水流冲击力确定所述待施工护岸的生态框的厚度，并在BIM软件中模拟施工；
步骤S3，对模拟施工完成的所述待施工护岸在有限元分析模型中分析每个单元的应力、应变和位移，计算生态框护岸结构的抗滑指数、抗倾覆指数和抗冲击指数以确定对所述待施工护岸的生态框进行调整；
步骤S4，计算所述待施工护岸的综合评价指数以确定待施工护岸的生态框中植物的种植方式；
所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗滑指数完成时，根据抗滑指数确定对所述生态框的结构进行调整的调整方式，当计算所述待施工护岸的抗倾覆指数完成时，根据抗倾覆指数确定对生态框的结构进行加固的加固方式，当计算所述待施工护岸的抗冲击指数完成时，根据抗冲击指数确定对生态框的材料进行优化的优化方式；
所述步骤S4中，当确定所述待施工护岸的综合评价指数完成时，根据综合评价指数确定生态框的所述加固方式与优化方式下的修正系数，根据综合评价指数与预设综合评价指数的差值确定生态框内的植物种植密度。
具体而言，在所述步骤S2中，当根据河岸坡度确定所述待施工护岸的生态框生态框级数和单个生态框高度时，根据河岸坡度P与预设坡度P/的比对结果确定生态框级数和单个生态框高度H，设定H＝△W/N，其中△W为河道历史平均水位变化量，N为生态框级数；
若P≤P/，所述护岸结构确定生态框级数为第一级数；
若P＞P/，所述护岸结构确定生态框级数为第二级数。
本发明实施例中，预设坡度为4/°，预设坡度是基于实践经验和设计原则选定的一个参考值，选择4/度作为预设坡度的目的是为了简化生态框级数的确定过程，同时在保证护岸结构稳定性的同时，降低施工难度和成本，第一级数为3，第二级数为/，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设坡度，生态框级数进行调整。
本发明根据不同的河道环境和实际施工情况来灵活调整生态框的高度和级数，以适应不同河岸坡度，更精准地控制护岸施工精度。同时，该方法也能够充分考虑到河流水位变化的历史平均值，从而更加科学地确定生态框高度。
具体而言，在所述步骤S2中，当根据河岸可承载压强确定所述待施工护岸的生态框的底部面积时，根据河岸可承载压强C与预设可承载压强C/的比对结果确定生态框底面积；
若C≤C/，所述护岸结构确定生态框底面积为第一面积；
若C＞C/，所述护岸结构确定生态框底面积为第二面积。
本发明实施例中，预设可承载压强为1/MPa，预设可承载压强是根据土壤压力试验机对土壤试样施加不同等级的压力，记录土壤试样在不同压力下的变形和破坏情况，分析不同土壤类型的可承载压强，求均值得到对应的预设可承载压强。该预设可承载压强可以作为工程设计时的参考值；第一面积为/./㎡，第二面积为//8㎡，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设可承载压强，生态框底面积进行调整。
由于不同河道环境和水文地质条件的差异，以及护岸结构类型和设计要求的不同，所需的生态框底面积也会有所变化，本发明通过河岸可承载压强与预设可承载压强的比对结果灵活调整生态框底面积，以达到更好的护岸效果，对护岸施工过程进行精确合理的控制。
具体而言，在所述步骤S2中，当根据河岸地质摩擦系数确定所述待施工护岸的生态框的材料时，根据河岸地质摩擦系数K与预设摩擦系数K/的比对结果确定生态框所需材料的抗滑系数；
若K≤K/，确定生态框所需材料的抗滑系数为第一抗滑系数；
若K＞K/，确定生态框所需材料的抗滑系数为第二抗滑系数。
本发明实施例中，预设摩擦系数为/./，预设摩擦系数是根据土壤试样和不同生态框材料试样分别放置在摩擦系数测量仪器上，使两者之间的接触面平整，使生态框材料试样在土壤试样上以一定速度滑动，同时记录实验数据求取均值得到对应的预设摩擦系数；本发明实施例中第一抗滑系数为//8，对应材料为钢筋混凝土，第二抗滑系数/./，对应材料为塑木复合材料，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设摩擦系数，生态框材料进行调整。
本发明根据河岸地质摩擦系数与预设摩擦系数的比对结果确定生态框所需材料的抗滑系数，选择合适的生态框材料，不仅可以提高护岸工程的安全性和稳定性，还可以对护岸施工过程进行精确合理的控制。
具体而言，在所述步骤S2中，当根据水流冲击力确定所述待施工护岸的生态框的厚度时，根据水流冲击力L与预设冲击力L/的比对结果确定生态框厚度；
若L≤L/，所述护岸结构确定生态框厚度为第一厚度；
若L＞L/，所述护岸结构确定生态框厚度为第二厚度。
本发明实施例中，预设冲击力为1/KN，该预设冲击力是根据不同厚度生态框试样施加不同等级的冲击力，同时记录并分析试样在不同冲击力下的变形和破坏情况，通过求取均值确定对应的预设冲击力，本实施例中，第一厚度为8cm,第二厚度为12cm，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设冲击力，生态框厚度进行调整。
本发明根据水流冲击力与预设冲击力的比对结果确定生态框厚度，确保所选厚度具有足够的稳定性和安全性，在水流冲击力低于预设值或水流冲击力高于预设值时，分别设置不同生态框的厚度，避免在设计过程中出现盲目的选择和浪费，导致生态框厚度过大或过小，提高了对施工过程控制的精确性和合理性，且能够降低施工成本，避免浪费资源。
具体而言，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗滑指数时，根据抗滑指数E与预设抗滑指数E/确定是否对生态框的结构进行调整，设定：
E＝C×M×J/(0./×/×//×C/×//
其中，C为河岸可承载压强，M为生态框的底部面积，J为生态框底部的摩擦系数，/为水密度，/为水流速度，C/为生态框的阻力系数，/为护岸结构横截面积。
若E≤E/，则对所述生态框的结构进行调整；
若E＞E/，则不对所述生态框的结构进行调整。
本发明实施例中，预设抗滑指数的取值为7Kpa，预设抗滑指数是根据生态框试样在水流模拟实验装置中，模拟不同水流速度和水流方向的情况，同时记录并计算试样在不同水流条件下的抗滑指数，通过对比分析求取众数确定对应的预设抗滑指数，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该抗滑指数进行调整。
本发明通过对抗滑指数与预设抗滑指数进行比较，可以判断当前的护岸结构是否稳定，是否需要对生态框进行改进来提高其稳定性，可以有效地保障水利工程建设中涉及到的护岸结构的安全性和可靠性。
具体而言，在所述步骤S3中，当根据抗滑指数与预设抗滑指数的差值确定对生态框的结构进行调整的调整方式时，根据抗滑指数E与预设抗滑指数E/的第一差值△E与预设抗滑指数差值△E/的比对结果确定对生态框的结构进行调整的调整方式，设定△E＝E/-E；
若△E≤△E/，所述护岸结构确定生态框的改进方式为第一调整方式；
若△E＞△E/，所述护岸结构确定生态框的改进方式为第二调整方式。
本发明实施例中，预设抗滑指数差值为//9Kpa，预设抗滑指数差值是根据生态框试样在水流模拟实验装置中，计算不同水流速度和水流方向的情况下的抗滑指数，统计所有实验数据中1/％的最低抗滑指数并求均值，将预设抗滑指数与所述均值取差值得到对应的预设抗滑指数差值。第一调整方式为通过螺栓连接相邻两个生态框，第二调整方式为生态框下设钢筋混凝土基础，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设抗滑指数差值,生态框的改进方式进行调整。
本发明通过对抗滑指数与预设抗滑指数的差值与预设抗滑指数差值进行比对，可以评估当前的护岸结构是否足够稳定，并确定调整方式来提高其稳定性。
具体而言，在所述步骤S3中，当所述调整方式为通过螺栓连接相邻两个生态框的第一调整方式时，计算所述第一差值与预设抗滑指数差值的相对差D以根据该相对差D与预设相对差D/的比对结果确定螺栓间距，设定：
D＝(△E/-△E)//(△E/+△E)/2/
若D≤D/，则确定螺栓间距为第一间距；
若D＞D/，则确定螺栓间距为第二间距。
其中预设相对差为/.0/，第一间距为生态框高度的二分之一，第二间距为生态框高度的四分之一，本领域技术人员也可根据具体施工情况对预设相对差，螺栓间距进行调整。
本发明根据抗滑指数与预设抗滑指数的差值与预设抗滑指数差值的相对差与预设相对差的比对结果确定螺栓间距，科学合理地确定螺栓间距以保证护岸结构的稳定性和抗滑性能，降低成本。同时，根据具体施工情况，本领域技术人员也可以对螺栓间距进行调整，以满足工程实际要求。
具体而言，在所述步骤S3中，当所述调整方式为生态框下设钢筋混凝土基础的第二调整方式时，根据所述第一差值与预设抗滑指数差值的百分比变化量R与预设百分比变化量R/的比对结果确定钢筋混凝土中的钢筋体积比例，设定R＝(△E-△E/)/△E/；
若R≤R/，则确定钢筋混凝土中的钢筋体积比例为第一百分比；
若R＞R/，则确定钢筋混凝土中的钢筋体积比例为第二百分比。
其中预设百分比变化量为/％，第一百分比为钢筋的体积占混凝土体积的3％，第一百分比为钢筋的体积占混凝土体积的/％，本领域技术人员也可根据具体施工情况对预设百分比变化量，钢筋混凝土中的钢筋体积比例进行调整。
本发明根据抗滑指数与预设抗滑指数的差值与预设抗滑指数差值的百分比变化量与预设百分比变化量的比对结果，可以确定钢筋混凝土中的钢筋体积比例，合理的钢筋体积比例可以提高混凝土护岸结构的耐久性，减少因钢筋锈蚀、混凝土开裂等问题导致的维修成本，使护岸结构在满足安全性要求的同时，避免过度设计，降低工程成本。
具体而言，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗倾覆指数时，根据抗倾覆指数F与预设抗倾覆指数F/的比对结果确定是否对生态框进行加固，设定：
F＝(水平向支撑反力+环向土反力+垂向地基反力)/(水平向水压力+环向土压力+垂向重量)
若F≤F/，则对所述生态框进行加固；
若F＞F/，则不对所述生态框进行加固。
本发明实施例中，预设抗倾覆指数根据模拟实际工程中可能遇到的水流情况对模型施加各种荷载，记录和计算试样在不同受力条件下的抗倾覆指数，通过求取均值确定对应的预设抗倾覆指数。
本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设抗倾覆指数进行调整。
本发明通过对生态框进行合理加固，还可以延长其使用寿命，减少后期维护和修缮的成本，对抗倾覆指数进行评估和加固，加强其稳定性。
具体而言，在所述步骤S3中，当根据抗倾覆指数与预设抗倾覆指数的差值确定对生态框的加固方式时，计算抗倾覆指数F与预设抗倾覆指数F/的第二差值△F以根据第二差值△F与预设抗倾覆指数差值△F/的比对结果确定对生态框的加固方式，设定△F＝F/-F；
若△F≤△F/，所述护岸结构确定生态框的加固方式为第一加固方式；
若△F＞△F/，所述护岸结构确定生态框的加固方式为第二加固方式。
本发明实施例中，预设抗倾覆指数差值为/./，预设抗倾覆指数差值是根据模拟实际工程中可能遇到的水流情况对模型施加各种荷载，记录和计算试样在不同受力条件下的抗倾覆指数，统计所有实验数据中1/％的最高抗倾覆指数并求均值，将预设抗倾覆指数与所述均值取差值得到对应的预设抗倾覆指数差值。第一加固方式为在所述护岸埋设锚杆，并将其与生态框连接，第二加固方式为在生态框周围设置挡土墙，并将其与生态框连接，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设抗倾覆指数差值，生态框的加固方式进行调整。
本发明通过选择合适的加固方式，还可以延长生态框的使用寿命，增强抗倾覆指数，并降低后期维护和修缮的成本，采用不同的加固方式还可以适应不同的地质环境和工程需求。
具体而言，在所述步骤S3中，当所述加固方式为在生态框周围埋设锚杆，将所述锚杆与生态框连接的第一加固方式时，确定锚杆间距T，设定：
T＝m×/ΔF//ΔF/
其中，m表示锚杆的设计长度。
本发明通过设定锚杆密度，可以确保锚杆在生态框周围分布得当，从而提高生态框的稳定性，防止因地质环境和施工条件引起的倾覆和滑移，本实施方式中，锚杆总数量为对应工程设计的锚杆数量。
具体而言，在所述步骤S3中，当所述加固方式为在所述护岸设置挡土墙，将所述挡土墙与生态框连接的第二加固方式时，确定挡土墙埋深X，设定：
X＝h×(ΔF/ΔF/)
其中，h为挡土墙的设计高度。
本发明通过设定合适的挡土墙埋深，可以确保挡土墙能够有效抵抗土体的侧向压力，从而提高生态框的稳定性，防止因地质环境和施工条件引起的倾覆和滑移。
具体而言，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗冲击指数时，根据抗冲击指数G与预设抗冲击指数G/的比对结果确定是否对生态框材料进行优化，设定：
G＝E×εf/(0./×mf×vf^2/
其中，E为材料的弹性模量，εf为材料的断裂应变，mf为漂浮物质量，vf为漂浮物移速；
若G≤G/，则对所述生态框材料进行优化；
若G＞G/，则不对所述生态框材料进行优化。
其中，预设抗冲击指数为2/J，预设抗冲击指数是根据生态框材料试样放置在冲击试验设备上，模拟实际工程中可能遇到的漂浮物体冲击情况，对模型施加冲击荷载，记录试样在不同冲击力条件下的破坏情况，计算生态框材料在不同冲击力条件下的抗冲击指数求取均值确定，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设抗冲击指数进行调整。
本发明通过选择合适的材料并进行优化在不同地区和不同气候条件下，漂浮物体的种类和数量都可能存在差异，因此需要选择具有适应性的生态框材料来保障其抗冲击能力，通过对生态框材料进行改进进一步提高其抗冲击能力，可以更好地适应不同环境条件下的需求，在实际施工中，可能会遇到一些未知的漂浮物体或者异常情况，提高生态框材料的抗冲击能力，则可以更好地保障水利工程的安全性。
具体而言，在所述步骤S3中，当根据抗冲击指数与预设抗冲击指数的差值确定对生态框材料优化的方式时，计算抗冲击指数G与预设抗冲击指数G/的第三差值△G以根据第三差值△G与预设抗冲击指数差值△G/的比对结果确定对生态框材料优化的方式；
若△G≤△G/，所述护岸结构确定生态框材料的优化方式为第一优化方式；
若△G＞△G/，所述护岸结构确定生态框材料的优化方式为第二优化方式。
其中，预设抗冲击指数差值为3J，预设抗冲击指数差值是根据生态框材料试样放置在冲击试验设备上，模拟实际工程中可能遇到的漂浮物体冲击情况，对模型施加冲击荷载，记录试样在不同冲击力条件下的破坏情况，计算生态框材料在不同冲击力条件下的抗冲击指数，统计所有实验数据中1/％的抗冲击指数并求均值，将预设抗冲击指数与所述均值取差值得到对应的抗冲击指数预设差值。第一优化方式为在生态框材料外部添加吸能层，吸能层为聚丙烯蜂窝板，第二优化方式为在生态框材料中添加吸能纤维，吸能纤维为玻璃纤维和树脂组成的复合材料，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设抗冲击指数差值，生态框材料的优化方式进行调整。
本发明根据具体的抗冲击指数需求和材料特性选择最优的优化方式，提高护岸结构的抗冲击能且安全性能够更好地适应不同的施工环境和使用条件，通过在生态框材料中添加吸能纤维，以提高整体的抗冲击能力；通过在生态框材料外部添加吸能层，以满足抗冲击指数的要求，同时减少材料消耗和成本。
具体而言，在所述步骤S3中，当所述优化方式为在生态框材料外部添加吸能层的第一优化方式时，确定吸能层厚度α，设定：
α＝γ//Q×q/
其中，γ为模拟实际工程中遇到的漂浮物体冲击情况时对有限元分析模型施加的最大冲击荷载，Q为吸能层材料的单位体积能量吸收量，q为生态框表面积。
本发明根据实际工程中可能遇到的冲击荷载和吸能层材料的性能确定吸能层厚度，有助于优化资源分配，避免使用过厚的吸能层导致成本增加，或使用过薄的吸能层导致抗冲击性能不足。
具体而言，在所述步骤S3中，当所述优化方式为在生态框材料中添加吸能纤维的第二优化方式时，确定吸能纤维密度β，设定：
β＝γ///×q/
其中，/为吸能纤维的单位质量能量吸收量。
本发明通过设定合适的吸能纤维密度，可以有效提高生态框的抗冲击性能，降低漂浮物体冲击造成的损坏风险，根据实际工程中可能遇到的冲击荷载和吸能纤维的性能确定吸能纤维密度，有助于优化资源分配，避免使用过多的吸能纤维导致成本增加，或使用过少的吸能纤维导致抗冲击性能不足。
具体而言，在所述步骤S4中，当计算所述待施工护岸的综合评价指数时，根据综合评价指数Z与预设综合评价指数Z/的比对结果确定生态框内的所述吸能纤维密度，吸能层厚度，锚杆密度，挡土墙埋深的修正系数i，从而修正所述吸能纤维密度，吸能层厚度，锚杆密度，挡土墙埋深，设定：
Z＝E+F+G
若Z≤Z/，确定所述生态框内的第一修正系数；
若Z＞Z/，确定所述生态框内的第二修正系数。
修正后的吸能纤维密度β/＝β×i,修正后的吸能层厚度α/＝α×i，修正后的锚杆密度T/＝T×i，修正后的挡土墙埋深X/＝X×i。
其中预设综合评价指数为/./，预设综合评价指数是通过分析历史护岸工程案例，收集抗滑指数、抗倾覆指数和抗冲击指数的数据，计算对应的综合评价指数取均值确定的，第一修正系数为1/2，第二修正系数为//9，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设综合评价指数，修正系数进行调整。
本发明根据综合评价指数与预设综合评价指数的比对结果确定生态框内的所述吸能纤维密度，吸能层厚度，锚杆密度，挡土墙埋深的修正系数为本领域技术人员提供了应对不同工程条件的灵活性，有助于提高工程的实施效果。
具体而言，在所述步骤S4中，当根据综合评价指数与预设综合评价指数的差值确定生态框内的植物种植密度时，计算综合评价指数Z与预设综合评价指数Z/的差值△Z，并与预设综合评价指数差值△Z/进行比对以根据比对结果确定生态框内的植物种植密度；
若△Z≤△Z/，所述生态框内的植物种植密度为第一种植密度；
若△Z＞△Z/，所述生态框内的植物种植密度为第二种植密度。
其中，预设综合评价指数差值为//1，预设综合评价指数差值是通过分析历史护岸工程案例，计算对应的综合评价指数，对比分析植物的不同种植密度对护岸结构稳定性和防护能力的影响对所述综合评价指数取均值，并将预设综合评价指数与所述均值求取差值确定的。第一种植密度为/株/㎡，第二种植密度为1/株/㎡，本领域技术人员也可根据具体施工情况对该预设综合评价指数差值，生态框内的植物种植密度进行调整。
本发明通过比对综合评价指数差值与预设综合评价指数差值，根据实际情况调整植物种植密度，避免种植密度过低导致植物覆盖不够完整，或种植密度过高，导致植物根系发育不良，影响护岸的稳定性。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、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的生态框护岸施工方法，其特征在于，包括：
步骤S1，在BIM软件中通过获取到的河道地形地貌数据、地质数据、水文数据、边界条件和载荷信息建立有限元分析模型，将生态框、河岸地质和水流在有限元分析模型中划分为有限个小单元；
步骤S2，对河道数据进行分析，根据河岸坡度确定待施工护岸的生态框级数和单个生态框高度，根据河岸可承载压强确定所述待施工护岸的生态框的底部面积，以及根据河岸地质摩擦系数确定所述待施工护岸的生态框所需材料的抗滑系数，根据水流冲击力确定所述待施工护岸的生态框的厚度，并在BIM软件中模拟施工；
步骤S3，对模拟施工完成的所述待施工护岸在有限元分析模型中分析每个单元的应力、应变和位移，计算生态框护岸结构的抗滑指数、抗倾覆指数和抗冲击指数以确定对所述待施工护岸的生态框进行调整；
步骤S4，计算所述待施工护岸的综合评价指数以确定待施工护岸的生态框中植物的种植方式；
所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗滑指数完成时，根据抗滑指数确定对所述生态框的结构进行调整的调整方式，当计算所述待施工护岸的抗倾覆指数完成时，根据抗倾覆指数确定对生态框的结构进行加固的加固方式，当计算所述待施工护岸的抗冲击指数完成时，根据抗冲击指数确定对生态框的材料进行优化的优化方式；
所述步骤S4中，当确定所述待施工护岸的综合评价指数完成时，根据综合评价指数确定生态框的所述加固方式与优化方式下的修正系数，根据综合评价指数与预设综合评价指数的差值确定生态框内的植物种植密度。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，在所述步骤S2中，当根据河岸坡度确定所述待施工护岸的生态框级数和单个生态框高度时，根据河岸坡度与预设坡度的比对结果确定若干生态框级数和单个生态框高度H，设定H＝△W/N，其中△W为河道历史平均水位变化量，N为生态框级数；
当根据河岸可承载压强确定所述待施工护岸的生态框的底部面积时，根据所述河岸可承载压强与预设压强的比对结果确定若干生态框的底部面积；
当根据河岸地质摩擦系数确定所述待施工护岸的生态框的材料时，根据河岸地质摩擦系数与预设摩擦系数的比对结果确定生态框所需材料的若干抗滑系数；
当根据水流冲击力确定所述待施工护岸的生态框的厚度时，根据水流冲击力与预设冲击力的比对结果确定生态框的若干厚度。
3.根据权利要求2所述基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗滑指数时，将抗滑指数设置为E，设定：
E＝C×M×J/(0.5×ρ×V×Cd×A)
其中，C为河岸可承载压强，M为生态框的底部面积，J为生态框底部的摩擦系数，ρ为水密度，V为水流速度，Cd为生态框的阻力系数，A为护岸结构横截面积；
当抗滑指数小于等于预设抗滑指数时确定对所述生态框的结构进行调整的调整方式，所述调整方式包括通过螺栓连接相邻两个生态框的第一调整方式或为生态框下设钢筋混凝土基础的第二调整方式。
4.根据权利要求3所述基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，当所述调整方式为通过螺栓连接相邻两个生态框的第一调整方式时，计算抗滑指数与预设抗滑指数的第一差值与预设抗滑指数差值的相对差以根据该相对差与预设相对差的比对结果确定若干螺栓间距，当所述调整方式为生态框下设钢筋混凝土基础的第二调整方式时，根据抗滑指数与预设抗滑指数的第一差值与预设抗滑指数差值的百分比变化量与预设百分比变化量的比对结果确定钢筋混凝土中的钢筋体积的若干比例。
5.根据权利要求4所述的基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗倾覆指数时，将抗倾覆指数设置为F，设定：
F＝(水平向支撑反力+环向土反力+垂向地基反力)/(水平向水压力+环向土压力+垂向重量)
在所述步骤S3中，当抗倾覆指数小于等于预设抗倾覆指数时确定对生态框的结构进行加固的方式，所述加固方式包括在所述护岸埋设锚杆，将所述锚杆与生态框连接的第一加固方式，或在生态框周围设置挡土墙，并将所述挡土墙与生态框连接的第二加固方式。
6.根据权利要求5所述的基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当所述加固方式为在所述护岸埋设锚杆，将所述锚杆与生态框连接的第一加固方式时确定锚杆间距，当所述加固方式为在生态框周围设置挡土墙，将所述挡土墙与生态框连接的第二加固方式时确定挡土墙埋深。
7.根据权利要求6所述的基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当计算所述待施工护岸的抗冲击指数时，将抗冲击指数设置为G，设定
G＝E×εf/(0.5×mf×vf^2)
其中，E为材料的弹性模量，εf为材料的断裂应变，mf为漂浮物质量，vf为漂浮物移度；
当所述抗冲击指数小于等于预设抗冲击指数时确定对生态框的材料进行优化的优化方式，所述优化方式包括在生态框材料外部添加吸能层的第一优化方式，或在生态框材料中添加吸能纤维的第二优化方式。
8.根据权利要求7所述的基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当所述优化方式为在生态框材料外部添加吸能层的第一优化方式时确定吸能层厚度，当所述优化方式为在生态框材料中添加吸能纤维的第二优化方式时确定吸能纤维密度。
9.根据权利要求8所述的基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当确定所述待施工护岸的综合评价指数时，将综合评价指数设置为Z，设定Z＝E+F+G；
当确定所述待施工护岸的综合评价指数完成时，根据综合评价指数确定生态框的所述加固方式与优化方式下的修正系数。
10.根据权利要求9所述的基于BIM的生态框护岸施工方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当根据综合评价指数与预设综合评价指数的差值确定所述待施工护岸的生态框内的植物种植密度时，计算综合评价指数与预设综合评价指数的差值，并与预设综合评价指数差值进行比对以根据比对结果确定生态框内的若干植物种植密度。
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