一种基于BIM的拱形隧道施工管理方法及系统与流程

一种基于bim的拱形隧道施工管理方法及系统
技术领域
1.本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种基于bim的拱形隧道施工管理方法及系统。


背景技术：

2.隧道工程本身是一个较为复杂的过程，其安全问题一直是工程管理人员关注的话题，而建设良好的隧道工程，除了关注施工建设过程中的安全隐患，更要注意的就是隧道工程施工安全管理问题。
3.而隧道工程安全问题主要是围岩结构稳定性低，这将导致塌方事故的发生，严重威胁着隧道工程施工的安全性，因为在施工过程中对围岩结构不采取有效的支护措施就会造成围岩失去稳定性，进而威胁工作安全，在隧道工程施工遇到特殊地形时，在开挖期和初期支护时极易出现这种问题。
4.现有技术中，在进行施工时，大多根据岩土类型选择相应的施工方式，以避免事故发生，但仍然存在安全事故，无法保证施工安全性。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种基于bim的拱形隧道施工管理方法及系统，用以克服现有技术中由于无法准确预估开挖和支护存在的风险导致的施工安全性低的问题。
6.为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于bim的拱形隧道施工管理方法，包括，
7.步骤s1，通过建模模块建立施工场地的场地模型，并根据施工进度更新场地模型；
8.步骤s2，通过气候采集模块输入施工地区的气候状态；
9.步骤s3，通过安全分析模块对所述场地模型的施工安全性进行分析，并生成施工安全等级；
10.步骤s4，安全预警模块通过所述施工安全等级对施工进行风险提醒；
11.所述步骤s3中，所述安全分析模块在对施工安全性进行分析时，所述安全分析模块根据所述场地模型的施工进度分别进行开挖安全性分析和支护安全性分析；
12.所述安全分析模块在进行开挖安全性分析时，所述安全分析模块内设有第一安全系数m1，在计算获取第一安全系数m1后，所述安全分析模块根据输入的年均降雨量d对m1进行调节，调节完成后，所述安全分析模块根据输入的年平均风速v对调节后的第一安全系数进行修正，以提高第一安全系数计算的准确度，修正完成后，所述安全分析模块根据修正后的第一安全系数进行施工安全性判定，当判定存在危险时，根据第一安全系数的计算因子进行施工安全等级判定；
13.所述安全分析模块在进行支护安全性分析时，所述安全分析模块内设有第二安全系数m2，所述安全分析模块根据计算得到的第二安全系数m2进行施工安全性判定，当判定存在危险时，根据第二安全系数的计算因子进行施工安全等级判定；
14.施工安全等级判定完成后，所述安全预警模块根据所述施工安全等级进行风险提醒。
15.进一步地，所述安全分析模块在进行开挖安全性分析时，所述安全分析模块内设有第一安全系数m1，设定m1＝0.2
×
a/a0+0.1
×
b/b0+0.7
×
c/c0，式中，a为输入的山体走向曲线的平均曲率，a0为预设标准曲率，b为输入的山体的平均高度，b0为预设标准高度，c为输入的山体的岩土平均密度，c0为预设标准岩土密度。
16.进一步地，所述安全分析模块在计算得到的第一安全系数m1后，所述安全分析模块将输入的年均降雨量d与预设年均降雨量d0进行比对，并根据比对结果对计算得到的第一安全系数m1进行调节，其中，
17.当所述安全分析模块选取第i调节系数ai对m1进行调节时，设定i＝1,2，调节后的第一安全系数为m1’，设定m1’＝m1
×
ai，其中，
18.当d≤d0时，所述安全分析模块选取第一调节系数a1对m1进行调节，a1为预设值，设定0.9＜a1＜1；
19.当d＞d0时，所述安全分析模块选取第二调节系数a2对m1进行调节，设定a2＝a1
×
[1-(d-d0)/d0]。
[0020]
进一步地，所述安全分析模块在对计算得到的第一安全系数m1调节完成后，所述安全分析模块将输入的年平均风速v与预设年平均风速v0进行比对，并根据比对结果对调节后的第一安全系数m1’进行修正，其中，
[0021]
当所述安全分析模块选取第j修正系数bj对调节后的第一安全系数m1’进行修正时，设定j＝1,2，修正后的第一安全系数为m1”，设定m1”＝m1
’×
bj，其中，
[0022]
当v≤v0时，所述安全分析模块选取第一修正系数b1对m1’进行修正，b1为预设值，0.95＜b1＜1；
[0023]
当v＞v0时，所述安全分析模块选取第二修正系数b2对m1’进行修正，设定b2＝b1
×
[1-(v-v0)/v0]。
[0024]
进一步地，在进行开挖安全性分析时，所述安全分析模块将修正后的第一安全系数m1”与预设标准安全系数m0进行比对，m0≥1，并根据比对结果进行施工安全性判定，其中，
[0025]
当m1”＜m0时，所述安全分析模块判定施工存在危险，并进行下一步判定；
[0026]
当m1”≥m0时，所述安全分析模块判定施工安全。
[0027]
进一步地，当m1”＜m0时，所述安全分析模块根据曲率比值
△
a、高度比值
△
b和密度比值
△
c对施工安全等级做出判定，设定
△
a＝a/a0，
△
b＝b/b0，
△
c＝c/c0，其中，
[0028]
当
△
c＜1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为高度危险；
[0029]
当
△
c≥1，
△
a＜1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为中度危险；
[0030]
当
△
c≥1，
△
a≥1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为低度危险。
[0031]
进一步地，所述安全分析模块在进行支护安全性分析时，所述安全分析模块内设有第二安全系数m2，设定m2＝0.6
×
c/c0+0.4
×
h0/h，式中，h为输入的隧道的高度，h0为预设标准隧道高度；所述安全分析模块计算得到的第二安全系数m2与预设标准安全系数m0进行比对，并根据比对结果进行施工安全性判定，其中，
[0032]
当m2＜m0时，所述安全分析模块判定施工存在危险，并进行下一步判定；
[0033]
当m2≥m0时，所述安全分析模块判定施工安全。
[0034]
进一步地，当m2＜m0时，所述安全分析模块根据密度比值
△
c和隧道高度比值
△
h对施工安全等级做出判定，设定
△
h＝h0/h，其中，
[0035]
当
△
c＜1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为高度危险；
[0036]
当
△
c≥1，
△
h＜1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为中度危险。
[0037]
进一步地，所述安全分析模块在施工安全等级判定完成后，所述安全预警模块根据所述安全分析模块生成的施工安全等级对施工进行风险提醒，其中，
[0038]
当所述安全分析模块生成的施工安全等级为高度危险时，所述安全预警模块提醒施工存在塌方风险；
[0039]
当所述安全分析模块生成的施工安全等级为中度危险时，所述安全预警模块提醒施工存在落石风险；
[0040]
当所述安全分析模块生成的施工安全等级为低度危险时，所述安全预警模块提醒施工存在沙尘或泥石流风险。
[0041]
另一方面，本发明还提供一种基于bim的拱形隧道施工管理系统，包括，
[0042]
建模模块，用以建立施工场地的场地模型，其与气候采集模块连接；
[0043]
所述气候采集模块，用以输入施工地区的气候状态，其与安全分析模块连接；
[0044]
所述安全分析模块，用以对所述场地模型的施工安全性进行分析，并生成施工安全等级，其与安全预警模块连接；
[0045]
所述安全预警模块，用以根据所述施工安全等级对施工进行风险提醒。
[0046]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述方法在进行施工安全性分析时，分别进行开挖安全性分析和支护安全性分析，开挖阶段和支护阶段为施工中主要危险高发阶段，通过对隧道施工的开挖阶段和支护阶段分别进行安全性分析，可有效避免隧道施工的潜在危险，从而提高施工安全度；在进行开挖安全性分析时，设有第一安全系数m1，在计算完成后，根据输入的年均降雨量d对m1进行调节，调节后，根据输入的年平均风速v对调节后的第一安全系数进行修正，通过设置计算公式，不同施工环境将计算出不同值，并通过对计算出的第一安全系数进行调节和修正，可进一步保证计算第一安全系数的准确度，在修正完成后，根据修正后的第一安全系数进行施工安全性判定，通过判断可提前预知此次施工是否存在危险，以避免在施工时出现危险，从而进一步提高施工安全度，当判定存在危险时，根据第一安全系数的计算因子进行施工安全等级判定，通过施工安全等级判定，可在施工前预知施工时存在哪些具体的风险，从而进行针对性预防，可进一步提高施工的安全度；在进行支护安全性分析时，设有第二安全系数m2，所述安全分析模块根据计算得到的第二安全系数m2进行施工安全性判定，通过设置计算公式，不同施工环境将计算出不同值，从而可保证计算准确度，通过判定可提前预知此次施工存在的风险，以避免在施工时出现危险，从而进一步提高施工安全度，当判定存在危险时，根据第二安全系数的计算因子进行施工安全等级判定，通过施工安全等级判定，可在施工前预知施工时存在哪些具体的风险，从而进行针对性预防，从而进一步提高施工的安全度。
[0047]
尤其，所述第一安全系数m1的计算式中包括山体走向曲线的平均曲率、山体的平均高度和山体的岩土平均密度，岩土密度对施工影响最大，若岩土密度过低将导致塌方危险，而若山体的平均曲率过低，则易发生落石危险，而山体高度过低，则将增加危险程度，通
过山体走向曲线的平均曲率、山体的平均高度和山体的岩土平均密度计算第一安全系数m1，可有效保证安全系数的有效性，从而保证施工安全性判定的准确度，进一步提高了施工安全度。
[0048]
尤其，所述安全分析模块通过将输入的年均降雨量d与预设年均降雨量d0进行比对，对计算得到的第一安全系数m1进行调节，通过年均降雨量d调节第一安全系数的数值，将降雨影响考虑在内可进一步保证第一安全系数的计算准确度，从而保证施工安全性判定的准确度，进一步提高了施工安全度。
[0049]
尤其，所述安全分析模块通过将输入的年平均风速v与预设年平均风速v0进行比对，对调节后的第一安全系数m1’进行修正，通过年平均风速v调节第一安全系数的数值，将风力影响考虑在内可进一步保证第一安全系数的计算准确度，从而保证施工安全性判定的准确度，进一步提高了施工安全度。
[0050]
尤其，所述安全分析模块通过将修正后的第一安全系数m1”与预设标准安全系数m0进行比对，进行施工安全性判定，以修正后的第一安全系数进行施工安全性判定，进一步保证施工安全性判定的准确度，进一步提高了施工安全度。
[0051]
尤其，当开挖期判定存在危险时，所述安全分析模块根据曲率比值
△
a、高度比值
△
b和密度比值
△
c对施工安全等级做出判定，通过判定可有效预知此次施工的施工安全等级，从而进一步提高了施工安全度。
[0052]
尤其，在进行支护安全性分析时，所述安全分析模块内设有第二安全系数m2，并通过将计算得到的第二安全系数m2与预设标准安全系数m0进行比对，进行施工安全性判定，通过计算第二安全系数进行判定，可有效保证判定结果的准确度，从而进一步提高了施工安全度。
[0053]
尤其，当支护期存在危险时，所述安全分析模块根据密度比值
△
c和隧道高度比值
△
h对施工安全等级做出判定，通过进行施工安全等级判定，可有效预知此次施工的施工安全等级，从而进一步提高了施工安全度。
[0054]
尤其，在开挖期或支护期施工安全等级判定完成后，所述安全预警模块根据所述安全分析模块生成的施工安全等级对施工进行风险提醒，通过进行风险提醒，可在施工前预知施工存在的风险，进而做出针对性预防，进一步提高了施工安全度。
附图说明
[0055]
图1为本实施例基于bim的拱形隧道施工管理方法的流程示意图；
[0056]
图2为本实施例基于bim的拱形隧道施工管理系统的结构框架图。
具体实施方式
[0057]
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。
[0058]
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。
[0059]
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0060]
请参阅图1所示，其为本实施例基于bim的拱形隧道施工管理方法的流程示意图，本实施例所述方法包括，
[0061]
步骤s1，通过建模模块建立施工场地的场地模型，并根据施工进度更新场地模型；在进行建模时，输入隧道上方山体走向曲线的平均曲率、山体的平均高度及山体的岩土平均密度，并在更新所述场地建模时，输入隧道的高度；
[0062]
步骤s2，通过气候采集模块输入施工地区的气候状态；所述气候状态包括年均降雨量和年平均风速；
[0063]
步骤s3，通过安全分析模块对所述场地模型的施工安全性进行分析，并生成施工安全等级；
[0064]
步骤s4，安全预警模块通过所述施工安全等级对施工进行风险提醒。
[0065]
请参阅图2所示，其为本实施例基于bim的拱形隧道施工管理系统的结构框架图，本实施例所述系统包括，
[0066]
建模模块，用以建立施工场地的场地模型，其与气候采集模块连接；
[0067]
所述气候采集模块，用以输入施工地区的气候状态，其与安全分析模块连接；
[0068]
所述安全分析模块，用以对所述场地模型的施工安全性进行分析，并生成施工安全等级，其与安全预警模块连接；
[0069]
所述安全预警模块，用以根据所述施工安全等级对施工进行风险提醒。
[0070]
具体而言，所述步骤s3中，所述安全分析模块在对施工安全性进行分析时，所述安全分析模块根据所述场地模型的施工进度分别进行开挖安全性分析和支护安全性分析。
[0071]
具体而言，所述安全分析模块在进行开挖安全性分析时，所述安全分析模块内设有第一安全系数m1，设定m1＝0.2
×
a/a0+0.1
×
b/b0+0.7
×
c/c0，式中，a为输入的山体走向曲线的平均曲率，a0为预设标准曲率，b为输入的山体的平均高度，b0为预设标准高度，c为输入的山体的岩土平均密度，c0为预设标准岩土密度。
[0072]
具体而言，本实施例所述第一安全系数m1的计算式中包括山体走向曲线的平均曲率、山体的平均高度和山体的岩土平均密度，岩土密度对施工影响最大，若岩土密度过低将导致塌方危险，而若山体的平均曲率过低，则易发生落石危险，而山体高度过低，则将增加危险程度，通过山体走向曲线的平均曲率、山体的平均高度和山体的岩土平均密度计算第一安全系数m1，可有效保证安全系数的有效性，从而保证施工安全性判定的准确度，进一步提高了施工安全度。
[0073]
具体而言，所述安全分析模块在计算得到的第一安全系数m1后，所述安全分析模块将输入的年均降雨量d与预设年均降雨量d0进行比对，并根据比对结果对计算得到的第一安全系数m1进行调节，其中，
[0074]
当所述安全分析模块选取第i调节系数ai对m1进行调节时，设定i＝1,2，调节后的第一安全系数为m1’，设定m1’＝m1
×
ai，其中，
[0075]
当d≤d0时，所述安全分析模块选取第一调节系数a1对m1进行调节，a1为预设值，设定0.9＜a1＜1；
[0076]
当d＞d0时，所述安全分析模块选取第二调节系数a2对m1进行调节，设定a2＝a1
×
[1-(d-d0)/d0]。
[0077]
具体而言，所述安全分析模块在对计算得到的第一安全系数m1调节完成后，所述安全分析模块将输入的年平均风速v与预设年平均风速v0进行比对，并根据比对结果对调节后的第一安全系数m1’进行修正，其中，
[0078]
当所述安全分析模块选取第j修正系数bj对调节后的第一安全系数m1’进行修正时，设定j＝1,2，修正后的第一安全系数为m1”，设定m1”＝m1
’×
bj，其中，
[0079]
当v≤v0时，所述安全分析模块选取第一修正系数b1对m1’进行修正，b1为预设值，0.95＜b1＜1；
[0080]
当v＞v0时，所述安全分析模块选取第二修正系数b2对m1’进行修正，设定b2＝b1
×
[1-(v-v0)/v0]。
[0081]
具体而言，本实施例所述安全分析模块通过将输入的年平均风速v与预设年平均风速v0进行比对，对调节后的第一安全系数m1’进行修正，通过年平均风速v调节第一安全系数的数值，将风力影响考虑在内可进一步保证第一安全系数的计算准确度，从而保证施工安全性判定的准确度，进一步提高了施工安全度。
[0082]
具体而言，在进行开挖安全性分析时，所述安全分析模块将修正后的第一安全系数m1”与预设标准安全系数m0进行比对，m0≥1，并根据比对结果进行施工安全性判定，其中，
[0083]
当m1”＜m0时，所述安全分析模块判定施工存在危险，并进行下一步判定；
[0084]
当m1”≥m0时，所述安全分析模块判定施工安全。
[0085]
具体而言，当m1”＜m0时，所述安全分析模块根据曲率比值
△
a、高度比值
△
b和密度比值
△
c对施工安全等级做出判定，设定
△
a＝a/a0，
△
b＝b/b0，
△
c＝c/c0，其中，
[0086]
当
△
c＜1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为高度危险；
[0087]
当
△
c≥1，
△
a＜1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为中度危险；
[0088]
当
△
c≥1，
△
a≥1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为低度危险。
[0089]
具体而言，本实施例在开挖期判定存在危险时，所述安全分析模块根据曲率比值
△
a、高度比值
△
b和密度比值
△
c对施工安全等级做出判定，通过判定可有效预知此次施工的施工安全等级，从而进一步提高了施工安全度。
[0090]
具体而言，所述安全分析模块在进行支护安全性分析时，所述安全分析模块内设有第二安全系数m2，设定m2＝0.6
×
c/c0+0.4
×
h0/h，式中，h为输入的隧道的高度，h0为预设标准隧道高度；所述安全分析模块计算得到的第二安全系数m2与预设标准安全系数m0进行比对，并根据比对结果进行施工安全性判定，其中，
[0091]
当m2＜m0时，所述安全分析模块判定施工存在危险，并进行下一步判定；
[0092]
当m2≥m0时，所述安全分析模块判定施工安全。
[0093]
具体而言，当m2＜m0时，所述安全分析模块根据密度比值
△
c和隧道高度比值
△
h对施工安全等级做出判定，设定
△
h＝h0/h，其中，
[0094]
当
△
c＜1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为高度危险；
[0095]
当
△
c≥1，
△
h＜1时，所述安全分析模块判定施工安全等级为中度危险。
[0096]
具体而言，所述安全分析模块在施工安全等级判定完成后，所述安全预警模块根
据所述安全分析模块生成的施工安全等级对施工进行风险提醒，其中，
[0097]
当所述安全分析模块生成的施工安全等级为高度危险时，所述安全预警模块提醒施工存在塌方风险；
[0098]
当所述安全分析模块生成的施工安全等级为中度危险时，所述安全预警模块提醒施工存在落石风险；
[0099]
当所述安全分析模块生成的施工安全等级为低度危险时，所述安全预警模块提醒施工存在沙尘或泥石流风险。
[0100]
具体而言，本实施例在开挖期或支护期施工安全等级判定完成后，所述安全预警模块根据所述安全分析模块生成的施工安全等级对施工进行风险提醒，通过进行风险提醒，可在施工前预知施工存在的风险，进而做出针对性预防，进一步提高了施工安全度。
[0101]
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。