CN113467315A - 一种基于bim技术的隧道工程自动化监测控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于公路隧道施工应用技术领域，具体公开了一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法及***，包括以下步骤，步骤1、确定高速公路隧道智能建造关键安全质量信息对象；步骤2、智能采集得到的隧道建造关键建造信息；步骤3、建立组件化***、数据计算、接口转换等模块，所述***包括BIM模型、深度学习模块和管控标准模块。本发明的有益效果在于：实现隧道施工过程中的关键质量信息高效可靠采集、物联网高效传输、质量安全可视化管理，依据隧道安全质量多源异构数据融合分析与评价方法，建立基于大数据的隧道施工安全及质量保障技术，实现基于隧道建设期地质条件、围岩变形、衬砌质量等关键工程建造信息数据的高效分析与智能决策。
Description
技术领域
本发明属于公路隧道施工技术领域，具体涉及一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法及***。
背景技术
目前，我国是世界上隧道规模最大、数量和总长度最多且地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家。但当前我国隧道工程的建造大多是沿用传统的矿山法(以“人工+小型机械”为主)，机械化、智能化程度低，特别是在形成自主的并被国际上公认的隧道建造理论、施工方法以及具有原始创新的施工工装等方面，与发达国家存在不小的差距。传统的隧道工程施工，大型机械应用有限、劳动力投入多、作业强度高、安全质量控制难度大，运营期间病害多发，严重制约了我国隧道修建技术进步。
隧道智能建造是新一代信息技术与隧道施工融合形成的创新建造模式。智能建造利用以数字化、信息化和智能化以及高效的算据、算力、算法为特征的新一代信息技术(例如：互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能、BIM等)，在隧道建造要素资源数字化的基础上，通过规范化建模、网络化交互、可视化认知、高性能计算以及智能化决策支持，实现围岩智能判识、结构智能设计、开挖及支护智能施工、质量和安全智能管控，构建“高质、高效、无(少)人”的隧道建造新模式。
贵州省地处中国西南内陆腹地，是中国西南地区交通枢纽、长江经济带重要组成部分，也是我国第一批交通强国建设试点地区。无论是国家战略需求，还是贵州地方发展，均为贵州交通基础设施发展带来了新的机遇。同时，也对贵州等西部地区的工程建设安全管理、质量管理等提出了更高要求。
可见在此背景下，开展隧道工程智能建造相关领域的研究，对于响应国家“交通强国”战略、促进行业进步、引领产业升级等均具有重要的战略意义。
隧道工程因其在改善线路条件、缩短线路里程、有利于环境保护等方面的优越性而被广泛应用于交通基础设施建设中。但也受制于赋存环境，隧道工程建造过程中，存在地质条件难以准确探明、工艺工法囿于时空限制等不利因素，使得其结构质量、安全风险面临诸多不确定性因素，导致隧道工程施工事故、运营病害频发。正因如此，隧道工程的安全、高效建设原理及方法(主要涉及到围岩条件预判、安全稳定预警、结构质量控制及其上述三方面内容与新一代信息技术结合而成的智能建造等)是工程界及学术界历久弥新的科学和实践问题，广大科学家和工程技术人员开展了持续的针对性研究。
在基于物探技术和钻孔钻速与地质条件匹配预判的超前地质预报方面，祁伟对比了GPR地质雷达、TSP超前地质预报及水平钻探的地质预报结果，证实了超前水平物理钻探的优越性与有效性，并初步探讨了隧道钻孔钻速、扭矩等参数与围岩岩性的关系；田昊采用物理钻探技术，设计了基于仿生学的智能计算方法，通过构建钻探参数与围岩之间的转换关系，实现对地层界面、不良地质的识别以及围岩的分级，推进了物理钻探过程的数字化；赵鹏宇将全景式数字摄像技术与超前钻探技术相结合，进一步丰富了物理钻探过程的信息采集。
在基于围岩变形监控量测的隧道安全稳定性预警方面，谢壮结合数字图像处理技术及机器视觉信息采集方法，通过投影算法实现了围岩表面的三维点云重构，并应用该方法对隧道岩石节理、倾角等特征参数进行辨识，但尚未完成三维变形信息的捕捉；冷彪***地研究了基于数字图像的围岩信息采集技术，并结合智能算法构建了图像特征参数与围岩岩性之间的内在联系，研发了围岩三维重构的计算方法，但同样未完成围岩空间变形的准确识别；赵慧俊设计了模板匹配等多种图像识别算法，在严格限定条件下初步实现了基于数字图像的隧道围岩的变形量测，其理想精度可达0.108mm，满足相应规范要求。
在基于无损检测技术的支护结构质量监控及其长期性能劣化方面，现有研究表明EMI测试技术对混凝土强度及损伤的变化均具有理想的敏感性，如Soh采集了不同荷载作用下混凝土梁桥结构的高频电导纳信号，并开展了相应的破坏试验，结果表明EMI技术应用于钢筋混凝土结构损伤监测时，同样拥有较高的灵敏度，能有效地监测到结构缺陷的萌生与发展；Bhallas对两层钢筋混凝土框架结构进行了相应的振动台试验与电阻抗信号测试，提出了“有效阻抗”的概念，建立了新的结构损伤检测方法，试验结果证实该方法的有效性良好；Tseng采用阻抗法检测混凝土由于环境侵害引起的材料性能退化，例如硫酸盐腐蚀以及酸性腐蚀.试验结果显示EMI技术能够成功识别由于化学腐蚀所造成的混凝土构件性能损伤。但现阶段，EMI技术应用于混凝土结构强度及损伤的测试多集中与地面结构，在地下结构及隧道工程中的应用研究相对较少，且其信息化与智能化水平依然较低。
在基于新一代信息技术的隧道安全质量管控方面，随着隧道工程理论和方法的不断进步及科学技术的不断发展，人们越来越认识到将工程地质勘查、设计和施工数字化、信息化的重要性，要实现隧道工程高效安全的建设就必须不断地提高隧道工程建设的数字化、信息化水平。近年来，以BIM技术为代表的先进信息技术备受青睐，相关的管理、设计、施工单位等均从不同需求层面开展了诸多尝试。但对公路隧道的BIM应用，目前大多数局限于设计阶段，总体存在缺少隧道施工的统一标准、模型包含工程信息不足、软硬件本土化程度低等诸多不足，不能发挥BIM在全生命周期的应用价值。
综上所述，关于隧道智能建造质量管理关键技术方面的研究，无论是智能建造理论与安全管控手段，还是信息处理与应用方法等均处于探索阶段，现有的诸多尝试多为零星成果，缺乏***性。导致这种局面的关键难点为：隧道工程的建造过程为一个复杂的巨***，影响该***的安全、质量等因素极为复杂、且具有高度的非线性和随机性，传统的线性映射与确定性理论或方法往往存在信息孤岛、数据不完备等技术缺陷，加之数据获取手段的差异性及精度的离散性，导致相关成果无法实现集成应用与复制推广。亟需一种能解决大数据、多源异构信息融合分析的理论方法，并辅以全面完善的隧道施工全过程数据采集、传输、重构平台，从而打造基于新一代人工智能的中国新时代隧道智能建造理论体系。
因此，基于上述问题，本发明提供一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法及***。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法及***，解决现有隧道工程施工时所存在的问题。
技术方案：本发明的一方面提供的一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法，包括以下步骤，步骤1、确定高速公路隧道智能建造关键安全质量信息对象，如钻孔钻进参数、围岩物探信息、喷射混凝土作业参数、二次衬砌台车浇筑参数以及监控量测数据，研究适合隧道智能建造各类施工设备、量测量具的数据感知方法，建立相应数据标准，优化隧道工程赋存环境特点的采集传输方式，构建隧道智能建造设备感知数据的识别、清洗、编码、封装规则库，最终建立高速公路隧道智能建造关键安全质量信息感知理论与方法；步骤2、智能采集得到的隧道建造关键建造信息，如钻孔钻进参数、围岩物探信息、喷射混凝土作业参数、二次衬砌台车浇筑参数以及监控量测数据，所存在的来源和尺度上的多样性，通过基准匹配等技术，提出隧道施工过程中海量多源异构建造数据组织与融合方法，研究海量信息的关联性，结合深度学***台，其中，通信数据接口需研发基于低功耗无线传输的通信数据交换与接口协议，明确通信***技术指标参数，数据支持平台重在地质、隧道构件等三维可视化模型建设以及模型承载数据与展现操控效果的优化，通过BIM平台实现各参与方的数据发布、共享与协同管理。
本发明的另一方面提供的一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制***，所述***包括BIM模型、深度学***台构架，建立高速公路隧道智能建造关键安全质量信息数据标准；步骤3、深度学***台架构设计、模型建立及软件开发共工作，结合现行质量、安全控制体系以及现场施工进度，完成智能建造关键安全质量信息管控平台的应用；步骤4、建立管控标准，结合施工进度，持续采集隧道智能建造安全与质量的关键数据信息，开展隧道安全质量多源异构数据融合分析与评价方法研究，完成质量安全智能评价与计算机辅助决策功能。
本技术方案的，所述基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制***，运用地质力学、工程力学的理论方法以及大数据技术、物联网、BIM先进信息技术，采用现场测试、理论分析、数值模拟、软件开发的技术手段，围绕公路隧道施工过程中超前地质预报、***、锚杆、初衬、拱架、二衬的关键环节的重要质量、安全信息，完成智能采集、信息物联网平台构架、施工大数据感知与计算机辅助决策技术设计。
与现有技术相比，本发明的一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法及***的有益效果在于：实现隧道施工过程中的关键质量信息高效可靠采集、物联网高效传输、质量安全可视化管理，依据隧道安全质量多源异构数据融合分析与评价方法，建立基于大数据的隧道施工安全及质量保障技术，实现基于隧道建设期地质条件、围岩变形、衬砌质量等关键工程建造信息数据的高效分析与智能决策，形成一套***化的隧道工程智能建造质量管理方法，以改善隧道建设效率、提升安全质量管控效能，为我国隧道智能建造领域的整体发展提供基础理论和平台支持。
附图说明
图1是本发明的一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法的***结构示意图；
图2是本发明的一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法及***的流程结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明的一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法，包括以下步骤，步骤1、确定高速公路隧道智能建造关键安全质量信息对象，如钻孔钻进参数、围岩物探信息、喷射混凝土作业参数、二次衬砌台车浇筑参数以及监控量测数据，研究适合隧道智能建造各类施工设备、量测量具的数据感知方法，建立相应数据标准，优化隧道工程赋存环境特点的采集传输方式，构建隧道智能建造设备感知数据的识别、清洗、编码、封装规则库，最终建立高速公路隧道智能建造关键安全质量信息感知理论与方法；步骤2、智能采集得到的隧道建造关键建造信息，如钻孔钻进参数、围岩物探信息、喷射混凝土作业参数、二次衬砌台车浇筑参数以及监控量测数据，所存在的来源和尺度上的多样性，通过基准匹配等技术，提出隧道施工过程中海量多源异构建造数据组织与融合方法，研究海量信息的关联性，结合深度学***台，其中，通信数据接口需研发基于低功耗无线传输的通信数据交换与接口协议，明确通信***技术指标参数，数据支持平台重在地质、隧道构件等三维可视化模型建设以及模型承载数据与展现操控效果的优化，通过BIM 平台实现各参与方的数据发布、共享与协同管理。
如图1和图2所示一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制***，所述***包括BIM模型、深度学***台构架，建立高速公路隧道智能建造关键安全质量信息数据标准；步骤 3、深度学***台架构设计、模型建立及软件开发共工作，结合现行质量、安全控制体系以及现场施工进度，完成智能建造关键安全质量信息管控平台的应用；步骤4、建立管控标准，结合施工进度，持续采集隧道智能建造安全与质量的关键数据信息，开展隧道安全质量多源异构数据融合分析与评价方法研究，完成质量安全智能评价与计算机辅助决策功能。
本发明的基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制***，运用地质力学、工程力学的理论方法以及大数据技术、物联网、BIM先进信息技术，采用现场测试、理论分析、数值模拟、软件开发的技术手段，围绕公路隧道施工过程中超前地质预报、***、锚杆、初衬、拱架、二衬的关键环节的重要质量、安全信息，完成智能采集、信息物联网平台构架、施工大数据感知与计算机辅助决策技术设计。
实施例
本发明以贵阳-金沙高速公路隧道为基础，1)首先改造隧道喷射混凝土机、锚杆注浆机、炮眼钻孔机三套设备，实现喷射混凝土方量、注浆压力与注浆量以及钻进速度等参数的自动采集；2)其次，开发形成一套隧道智能建造质量安全关键信息管控平台(基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制***)；3)最后通过基于施工安全和质量的隧道设计施工参数计算机辅助决策方法，并借助管控平台实现工程应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1、确定高速公路隧道智能建造关键安全质量信息对象，如钻孔钻进参数、围岩物探信息、喷射混凝土作业参数、二次衬砌台车浇筑参数以及监控量测数据，研究适合隧道智能建造各类施工设备、量测量具的数据感知方法，建立相应数据标准，优化隧道工程赋存环境特点的采集传输方式，构建隧道智能建造设备感知数据的识别、清洗、编码、封装规则库，最终建立高速公路隧道智能建造关键安全质量信息感知理论与方法；
步骤2、智能采集得到的隧道建造关键建造信息，如钻孔钻进参数、围岩物探信息、喷射混凝土作业参数、二次衬砌台车浇筑参数以及监控量测数据，所存在的来源和尺度上的多样性，通过基准匹配等技术，提出隧道施工过程中海量多源异构建造数据组织与融合方法，研究海量信息的关联性，结合深度学习迭代控制算法，构建信息数据与隧道施工安全质量之间的高维非线性映射网络，基于时空融合的隧道建造信息数据及大数据挖掘技术，结合专家决策***及现有规范标准，构建隧道智能建造安全与质量控制的时空融合人工智能决策体系；
步骤3、建立组件化***、数据计算、接口转换和可视化展示等模块在内的***平台，其中，通信数据接口需研发基于低功耗无线传输的通信数据交换与接口协议，明确通信***技术指标参数，数据支持平台重在地质、隧道构件等三维可视化模型建设以及模型承载数据与展现操控效果的优化，通过BIM平台实现各参与方的数据发布、共享与协同管理。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制***，其特征在于：所述***包括BIM模型、深度学习模块和管控标准模块，其中，***的处理方法包括以下步骤，
步骤1、利用BIM模型挖掘采集高速公路隧道的多种数据信息，如建造安全与质量的关键数据信息、数据类型信息、智能建造各类施工设备信息、量测量具数据信息；
步骤2、依照步骤1采集的多种数据信息，并结合相关用户需求差异及后续平台构架，建立高速公路隧道智能建造关键安全质量信息数据标准；
步骤3、深度学***台架构设计、模型建立及软件开发共工作，结合现行质量、安全控制体系以及现场施工进度，完成智能建造关键安全质量信息管控平台的应用；
步骤4、建立管控标准，结合施工进度，持续采集隧道智能建造安全与质量的关键数据信息，开展隧道安全质量多源异构数据融合分析与评价方法研究，完成质量安全智能评价与计算机辅助决策功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制***，其特征在于：所述基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制***，运用地质力学、工程力学的理论方法以及大数据技术、物联网、BIM先进信息技术，采用现场测试、理论分析、数值模拟、软件开发的技术手段，围绕公路隧道施工过程中超前地质预报、***、锚杆、初衬、拱架、二衬的关键环节的重要质量、安全信息，完成智能采集、信息物联网平台构架、施工大数据感知与计算机辅助决策技术设计。
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