CN107916678A - 基于bim的沉管施工***及方法 - Google Patents
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Abstract
基于BIM的沉管施工***，包括浮运信息获取单元、安装信息获取单元、浮运数据存储单元、安装数据存储单元等；还包括用于根据浮运航运条件数据建立沉管浮运BIM模型的第一建模单元，用于根据沉管安装环境建立沉管安装BIM模型的第二建模单元，第一建模单元进一步根据获取的沉管实施浮运数据动态更新沉管浮运BIM模型，第二建模单元进一步根据获取的沉管实时安装数据动态更新沉管安装BIM模型。该***和方法利用BIM建立整个工程的整体模型，可对沉管浮运的过程、沉管安装的过程进行可视化模拟，采用测控***实施采集浮运和施工数据，做到整个施工过程的动态可视化监控和记录和可视化预测，完成对沉管浮运、安装过程的整体协调指导。
Description
技术领域
本发明涉及沉管隧道施工技术领域，具体涉及一种基于BIM的沉管施工方法。
背景技术
沉管法是修建水下隧道的主要方法。沉管的施工主要包括沉管的浮运和沉管的下沉安装两根步骤。需要将沉管运输到指定的位置，在预先挖好的基槽上沉放下去，进行水力压接进行水下连接，再覆土回填。
沉管的浮运过程受自然条件、航道条件及浮运船等条件的影响，例如不同的自然条件，水流速度、水流方向等的不同，将直接影响沉管的浮运航向。而为了实现精准的施工，每节沉管的沉放指标都是有严格的限制的，结合自然条件等限制等下的实时浮运状态需要用来指导每节沉管的具体安装，并对安装过程做出适时的调整，才能保证施工质量。
现有技术中，沉管的浮运和沉装的过程控制多是靠各种检测装置进行的一种不可视化的控制。公开号为CN203745863U的中国专利申请公开了一种沉管对到管节海上浮运和沉放施工监控***，通过记录各种参数指标，风速、水流速等，来预测施工作业的时间。这种方法存在以下不足：第一，仅是通过数据的形式来反应沉管施工的过程，不能对施工的过程进行动态的模拟，实现施工过程的直观可视化；第二，只能对施工的时间进行预测，不能结合自然条件及施工实时过程，对后续的施工进行实时指导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于BIM的沉管施工***和沉管施工方法。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
基于BIM的沉管施工***，包括：
浮运信息获取单元：用于获取沉管实时浮运数据；
安装信息获取单元：用于获取沉管实时安装数据；
浮运数据存储单元：用于存储沉管期望浮运指标，以及沉管实时浮运数据；
安装数据存储单元：用于存储沉管期望安装指标，以及沉管实时安装数据；
计算单元：用于比较沉管实时浮运指标和期望浮运指标并获得浮运指标差、用于根据沉管实时安装指标和期望安装指标并获得安装指标差；
第一建模单元：用于根据浮运航运条件数据建立沉管浮运BIM模型；
第二建模单元：用于根据沉管安装环境建立沉管安装BIM模型；
所述第一建模单元进一步根据获取的沉管实施浮运数据动态更新沉管浮运BIM模型，所述第二建模单元进一步根据获取的沉管实时安装数据动态更新沉管安装BIM模型。
所述期望浮运指标包括浮运姿态和浮运速度；所述期望安装指标包括每节沉管安装位置、沉放速度和沉放姿态等。
作为优选：所述沉管施工***进一步包括自然条件数据采集单元，及用于存储自然条件数据采集单元采集数据的自然条件数据存储单元，所述自然条件数据存储单元存储的数据可传递至第一建模单元和第二建模单元，以更新沉管浮运模型和沉管安装模型。
基于BIM的沉管施工方法，采用上述的基于BIM的沉管施工***，其特征在于，包括以下步骤：
根据浮运航运条件数据建立沉管浮运BIM模型，根据沉管实时浮运数据更新沉管浮运BIM模型，所述浮运航运条件数据包括浮运航道、设计航道、沉管和浮运船等，所述的浮运数据包括浮运速度。浮运姿态和位置坐标等；
将沉管的实时浮运数据与设定的期望浮运指标进行比较，若比较结果超出容差阈值，则提示调整浮运指标，并根据调整后的实时浮运指标更新沉管浮运模型；
根据沉管安装环境建立沉管安装BIM模型，所述沉管安装环境包括基槽、碎石整平后的基础信息、沉管沉放模型、一体船系泊模型；
以默认沉放策略按设定的沉管期望安装指标安装第N节沉管，检测沉管的实际安装数据，与期望安装指标比较计算沉管的安装指标差；其中第N+1节沉管安装时，累计计算第1节至第N节沉管安装指标差，并预测第N+1节沉管的安装指标差，判断第N+1接沉管的安装指标差是否在容差允许的阈值范围内，若是，则调整沉放策略，若否，则继续按当前沉放策略安装沉管。
作为优选：若实时浮运指标与期望浮运指标相比超出阈值，则调整本节沉管之后的其他沉管的浮运指标。
作为优选：第二建模单元根据设定的沉放指标、自然条件和预测的第N+1节沉管的安装指标差，模拟第N+1节沉管的沉放模型。
作为优选，所述施工方法进一步包括以下步骤，根据浮运实时自然条件数据更新沉管浮运BIM模型和沉管安装BIM模型，实现模型动态更新以实时显示沉管浮运状态和安装状态，所述实时自然条件数据包括水位、水流速、水流向。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种基于BIM技术的沉管施工***和沉管施工方法。该***和方法利用BIM建立整个工程的整体模型，可以对沉管浮运的过程、沉管安装的过程进行可视化模拟，采用测控***实施采集浮运和施工数据，做到整个施工过程的动态可视化监控和记录，进而结合自然条件、航运条件和施工具体执行情况，做到可视化预测，生成合理的调整策略，完成对沉管浮运、安装过程的整体协调指导。将该***和方法用于沉管安装，可以极大的提高施工质量和施工效率。
附图说明
图1为沉管浮运方法流程图；
图2为沉管安装方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行清楚完整地描述。显然，具体实施方式所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种就要BIM技术的沉管施工***和沉管施工方法，用于实现沉管施工的可视化智能管理。
基于BIM的沉管施工***，可完成沉管浮运和沉管安装过程的全过程可视化监控和记录。沉管施工是水底隧道的一种施工方法。沉管隧道是有多段沉管逐一封装而成的。进行沉管施工前，需要在船台上或干坞中制作沉管，在水底疏浚基槽，将沉管通过一体船逐节输送到隧道设计的位置，再逐节沉放，并用水力压接法将相邻的沉管连接。其中，沉管的浮运和沉管的安装两个过程受自然条件、地理环境条件、人为施工因素等多重条件的限制不确定性因素较多，因此，沉管施工最主要的两道工序为沉管的浮运和沉管的安装两个过程，基于BIM的沉管施工***，其核心主要是是要完成这两个过程的监控。
基于BIM的沉管施工***，包括：
浮运信息获取单元：用于获取沉管实时浮运数据；沉管是通过一体船运输到指定的施工地点的，浮运过程中受不同气象条件、航道条件、航线设计条件等多重条件的影响，此处所述的沉管实时浮运数据包括浮运的航速、浮运的位置坐标、浮运的姿态等，这些数据，一些来自于船载自身的卫星定位***，一些来自于安装在沉管或船体上的传感器；
安装信息获取单元：用于获取沉管实时安装数据；沉管的安装数据为一个坐标值，沉管实时的安装数据用于反应沉管实际被沉放下的安装位置；
浮运数据存储单元：用于存储沉管期望浮运指标，以及沉管实时浮运数据；所述浮运指标包括浮运姿态和浮运速度；
安装数据存储单元：用于存储沉管期望安装指标，以及沉管实时安装数据；根据水底隧道的设计，在误差允许的范围内，每一节沉管的安装位置是设定好的，这个指标为也一个位置坐标，称为沉管期望安装指标；而，沉管的实际安装位置受气相条件、人为施工因素等多重条件的限制，沉管的实际安装位置与期望的安装位置是会存在差异的，如上文所述，这个实际被沉放下的位置称为实际安装位置；
计算单元：用于比较沉管实时浮运指标和期望浮运指标并获得浮运指标差、用于根据沉管实时安装指标和期望安装指标并获得安装指标差；浮运指标差用于指导调整浮运工作，安装指标差用于指导调整安装工作；
自然条件数据采集单元：用于采集自然条件数据，此处所述的自然条件包括水位、流速流向等，这些数据来源于现场传感器；自然条件数据存储单元存储自然条件数据采集单元采集数据，自然条件数据可传递至第一建模单元和第二建模单元，用以更新沉管浮运模型和沉管安装模型；
第一建模单元：用于根据浮运航运条件数据建立沉管浮运BIM模型；此处所述的航运条件数据包括浮运航道、设计航道的界线、沉管以及一体船等；第一建模单元进一步根据获取的沉管实施浮运数据动态更新沉管浮运BIM模型；同时，第二建模单元还根据自然数据采集单元采集的现场数据，实现浮运BIM模型的动态变化，做到全程的可视化监控和记录，指导沉管浮运；
第二建模单元：用于根据沉管安装环境建立沉管安装BIM模型；第二建模单元进一步根据获取的沉管实时安装数据动态更新沉管安装BIM模型；同时，第一建模单元还根据自然数据采集单元采集的现场数据，实现沉管安装BIM模型的动态变化，做到全程的可视化监控和记录，指导沉管的沉放和对接；
基于BIM的沉管施工方法，采用上述的基于BIM的沉管施工***，包括以下步骤：
沉管浮运方法。
根据浮运航运条件数据建立沉管浮运BIM模型，所述浮运航运条件数据包括浮运航道、设计航道、沉管、浮运船等；根据浮运实时自然条件数据、浮运指标数据更新沉管浮运BIM模型，所述的自然条件数据包括水位、流速流场，所述的浮运指标数据包括浮运的航速、位置坐标和姿态等；基于以上，沉管浮运的BIM模型可以实现整个沉管浮运过程的可视化和动态更新，可以实时显示沉管随时间浮运的实际的状态，包括浮运的航速、已到达的位置坐标和姿态等。
将沉管的实时浮运数据与设定的期望浮运指标进行比较，若比较结果超出容差阈值，则提示调整浮运指标，并根据调整后的实时浮运指标更新沉管浮运模型；结合水底隧道的设计需求和航道特点，对施工浮运的速度、沉管的姿态等指标都有具体的要求，这些要求作为设定的浮运指标存储在***中；指挥人员需要根据不同的航速和设计的允许姿态信息，知道都匀工作。而受人为因素或自然因素的影响，实际的浮运指标可能会与设定的浮运指标之间存在差异，当实际浮运指标与设定的浮运指标之间差异太大时，将影响施工质量。此时，当两个指标的比较结果超过允许的阈值时，***将预警并记录。这种情况下，施工人员将结合工况条件，对浮运指标进行控制，确保沉管浮运施工过程的安全可靠。同时这种数据记录也将被用于下一节沉管浮运过程的预测指导，用于指导调节下一关节的浮运指标，以避免在相同的自然条件和航运条件下，再发生浮运指标超标的情况。
沉管安装方法。
根据沉管安装环境建立沉管安装BIM模型，所述沉管安装环境包括基槽、碎石整平后的基础信息、沉管沉放模型、一体船系泊模型等。
以默认沉放策略按设定的沉管期望安装指标安装第N节沉管，检测沉管的实际安装数据，与期望安装指标比较计算沉管的安装指标差；其中第N+1节沉管安装时，累计计算第1节至第N节沉管安装指标差，并判断指标差是否超过容差阈值，若是，则调整沉放策略，若否，则继续按当前沉放策略安装沉管。此处所述的沉放策略是指沉放速度、沉放的角度控制等。
对于每个水底隧道项目，沉管安装指标对应的为具体的地理坐标值，***中预存储每节沉管的具体地理坐标。具体的说，进行首节沉管沉放时，按照第一节沉管的地理坐标值将其沉放，但受自气象条件、水流速度、沉放速度等因素的影响，沉管实际的沉放位置会与设定沉放指标之间存在差异，这个差异的大小将会影响施工质量。在进行第二节沉管的施工时，将会考虑第一节沉管实际沉放位置与设定沉放位置的指标差，若指标差在容差范围内，则继续按当前沉放速度沉放沉管；而如果这个指标差已经过大到超出阈值允许的范围，则说明当前气象条件、水流速度下，按当前沉放速度安装沉管将导致沉放指标不合格，则需要调整沉放速度，或等待气象条件较好的情况下再进行沉管安装。而在进行第三节沉管安装是，需要考虑第一节和第二节沉管的安装偏差的平均值，根据这个数据预测按当前沉放策略结合气相条件等因素，第三节沉管的安装偏差是否会在容差范围内，如果在，则继续按设定的安装指标和当前沉放操作安装第三节沉管，否则，需要调整当前沉放策略。
第二建模单元根据设定的沉放指标、自然条件和预测的第N+1节沉管的安装指标差，模拟第N+1节沉管的沉放模型。这种方法可以实现，可视化所有已安装管节的沉放安装效果与设计位置之间的偏差，以便施工人员及时调整施工策略，控制施工指标。
沉放过程中还将实时监测沉管的沉放速度、姿态等指标，BIM模型实时更新，一但超标，将自动报警，施工人员将其调整至合理的范围。
同时，在沉管浮运和沉管安装的过程中，将根据浮运实时自然条件数据更新沉管浮运BIM模型和沉管安装BIM模型，实现模型动态更新以实时显示沉管浮运状态和安装状态，实时自然条件数据包括水位、水流速、水流向，实现动态可视化监控。
本***可以实现对整个陈孤单隧道工程的全过程漫游，不同视角的观测，任意位置的数据信息查看和调取，实现沉管施工过程的全程可视化监控和制动规划管理。
Claims (6)
1.基于BIM的沉管施工***，其特征在于，包括：
浮运信息获取单元：用于获取沉管实时浮运数据；
安装信息获取单元：用于获取沉管实时安装数据；
浮运数据存储单元：用于存储沉管期望浮运指标，以及沉管实时浮运数据；
安装数据存储单元：用于存储沉管期望安装指标，以及沉管实时安装数据；
计算单元：用于比较沉管实时浮运指标和期望浮运指标并获得浮运指标差、用于根据沉管实时安装指标和期望安装指标并获得安装指标差；
第一建模单元：用于根据浮运航运条件数据建立沉管浮运BIM模型；
第二建模单元：用于根据沉管安装环境建立沉管安装BIM模型；
所述第一建模单元进一步根据获取的沉管实施浮运数据动态更新沉管浮运BIM模型，所述第二建模单元进一步根据获取的沉管实时安装数据动态更新沉管安装BIM模型。
2.如权利要求1所述的基于BIM的沉管施工***，其特征在于，所述沉管施工***进一步包括自然条件数据采集单元，及用于存储自然条件数据采集单元采集数据的自然条件数据存储单元，所述自然条件数据存储单元存储的数据可传递至第一建模单元和第二建模单元，以更新沉管浮运模型和沉管安装模型。
3.基于BIM的沉管施工方法，采用权利要求1或2所述的基于BIM的沉管施工***，其特征在于，包括以下步骤：
根据浮运航运条件数据建立沉管浮运BIM模型，根据沉管实时浮运数据更新沉管浮运BIM模型；
将沉管的实时浮运数据与设定的期望浮运指标进行比较，若比较结果超出容差阈值，则提示调整本节沉管的浮运指标，并根据调整后的实时浮运指标更新沉管浮运模型；
根据沉管安装环境建立沉管安装BIM模型；
以默认沉放策略按设定的沉管期望安装指标安装第N节沉管，检测沉管的实际安装数据，与期望安装指标比较计算沉管的安装指标差；其中第N+1节沉管安装时，累计计算第1节至第N节沉管安装指标差，并预测第N+1节沉管的安装指标差，判断第N+1接沉管的安装指标差是否在容差允许的阈值范围内，若是，则调整沉放策略，若否，则继续按当前沉放策略安装沉管。
4.如权利要求3所述的基于BIM的沉管施工方法，其特征在于，若实时浮运指标与期望浮运指标相比超出阈值，则调整本节沉管之后的其他沉管的浮运指标。
5.如权利要求3所述的基于BIM的沉管施工方法，其特征在于，第二建模单元根据设定的沉放指标、自然条件和预测的第N+1节沉管的安装指标差，模拟第N+1节沉管的沉放模型。
6.如权利要求3所述的基于BIM的沉管施工方法，其特征在于，所述施工方法进一步包括以下步骤，根据浮运实时自然条件数据更新沉管浮运BIM模型和沉管安装BIM模型，实现模型动态更新以实时显示沉管浮运状态和安装状态，所述实时自然条件数据包括水位、水流速、水流向。
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