城市地下空间综合承载能力评估系统及方法与流程

本发明涉及城市地下空间承载能力评估领域，尤其涉及城市地下空间综合承载能力评估系统及方法。

背景技术：

1、目前,城市地下空间综合承载能力评估行业刚刚起步,国内还处于探索、试点的阶段。可供借鉴的国内外先进经验并不多,也并不完全适用于国内城市地下空间调查综合承载能力评估的具体情况。

2、目前城市地下空间的任意一种综合承载能力评估方法都无法解决城市地下空间综合承载能力评估所面临的地质问题。在以往的城市综合承载能力评估工作中,这些工作都是分开实施的,或将综合承载能力评估成果两两之间进行简单的参考对比。但是,在城市地下空间地质调查工作中,存在着许多与常规地质综合承载能力评估不同的具体情况。

3、一方面,现代化城市地表环境复杂,各类电磁,声波干扰众多,城市地下第四系填土情况复杂,通过单一技术所得到的综合承载能力评估结果可靠性很低:但是,城市空间相对有限,城市综合承载能力评估结果的精度要求也比常规地质综合承载能力评估高出许多。

4、另一方面,先综合承载能力评估后规划,先规划后建设,综合承载能力评估-规划-建设在时间节点上应做到无缝对接才能保证综合承载能力评估工作成果的有效性及时性。因此城市地下空间综合承载能力评估结果必须及时以支撑规划设计,便于指导地下空间建设。

技术实现思路

1、针对城市地下空间过程中存在的对局部环境的影响，本发明提出城市地下空间综合承载能力评估系统及方法，能及时、全面地获取露天环境下新能源基建施工过程中环境变化数据，并且，可以依据这些环境变化数据及时优化施工方案，减少对环境的污染及不可逆破坏。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、城市地下空间综合承载能力评估系统，包括地基承载力检测仪、边缘计算网关分析模块和承载能力评估模块；地基承载力检测仪上载有传感器监测单元；

4、地基承载力检测仪，用于在城市地下空间建设现场检测，通过传感器监测单元采集建筑地下环境的地基承载力数据、压缩模量数据和液性指数数据，并将地基承载力数据、压缩模量数据和液性指数数据传输给边缘计算网关分析模块；

5、边缘计算网关分析模块，用于将接收的液性指数数据与液性指数预设安全极限值对比，将接收的压缩模量数据与压缩模量预设安全极限值对比，当液性指数数据高于液性指数预设安全极限值或压缩模量数据高于压缩模量预设安全极限值，则启动承载能力评估模块，否则从地基承载力数据中提取混凝土强度等级数据、砌体种类数据并结合液性指数数据和压缩模量数据对建筑地下环境的岩土的抗剪强度变化趋势进行数值bim三维建模分析，得到并输出bim三维建模分析结果；

6、承载能力评估模块，用于在液性指数高于液性指数预设安全极限值或压缩模量高于压缩模量预设安全极限值时承载能力评估。

7、进一步地，所述传感器监测单元包括：压力传感器、应变传感器和湿度传感器；

8、压力传感器用于采集建筑地下环境的地基承载力数据并传输给边缘计算网关分析模块；应变传感器用于采集建筑地下环境的压缩模量数据并传输给边缘计算网关分析模块；湿度传感器用于采集建筑地下环境的液性指数数据并传输给边缘计算网关分析模块。

9、进一步地，所述传感器监测单元还包括用于采集建筑地下环境的岩体样本的岩体采集装置；

10、承载能力评估模块，还用于在岩体样中的单位体积的压力值大于预设值时承载能力评估。

11、进一步地，设置多台地基承载力检测仪，每台地基承载力检测仪采集地基承载力数据、压缩模量数据、液性指数数据和岩体样本中的一种。

12、进一步地，采集岩体样本的地基承载力检测仪连接有主机和位移传感器；位移传感器采集岩体采集装置的位移数据并传输给主机，主机根据接收的位移数据判断岩体是否形变，若发生形变，则控制地基承载力检测仪进行多次采样后进行岩体形变力学分析。

13、城市地下空间综合承载能力评估方法，包括：利用地基承载力检测仪在城市地下空间建设现场进行检测，采集建筑地下环境的地基承载力数据、液性指数数据和压缩模量数据；

14、将液性指数数据与液性指数预设安全极限值对比，将压缩模量数据与压缩模量预设安全极限值对比，当液性指数数据高于液性指数预设安全极限值或压缩模量数据高于压缩模量预设安全极限值，则承载能力评估，否则从地基承载力数据中提取混凝土强度等级数据、砌体种类数据并结合液性指数数据和压缩模量数据对建筑地下环境的岩土的抗剪强度变化趋势进行数值bim三维建模分析，得到并输出bim三维建模分析结果。

15、进一步地，所述对建筑地下环境的岩土的抗剪强度变化趋势进行数值bim三维建模分析，具体包括：

16、利用地基承载力数据构建出建筑地下的bim空间结构模型并进行地下空间功能区域划分；

17、在bim空间结构模型中，设置抗拉强度的安全范围及地下空间稳定性刚度；

18、利用弹性理论方法计算岩体的形变分布，得到内力分布；

19、在bim空间结构模型中，设置地下空间综合承载能力钢结构系数和抗震等级的设计要求、安全范围以及地下空间稳定性刚度；

20、利用得到的内力分布作为地下空间承载能力评估的核心参数，利用地下空间承载能力和压缩模量场进行安全评估，得到bim三维建模分析结果。

21、进一步地，计算岩体的形变分布时，利用的线弹性力学模型为不同场景下的内力计算模型；利用地下空间承载能力和压缩模量场进行安全评估时，包括线弹性力学模型、刚体运动模型、岩土力学模型。

22、进一步地，从地基承载力数据中提取混凝土强度等级数据、砌体种类数据具体是：利用canopy方法对地基承载力数据进行清洗与融合，然后利用卷积神经网络从清洗与融合后的地基承载力数据中提取出目标基础承载力，最后利用有限元分析模型对目标基础承载力进行评估。

23、进一步地，还包括：利用地基承载力检测仪在城市地下空间建设现场进行检测，采集建筑地下环境的岩体样本，对采集到的岩体样本进行成分检验，得到检验结果；如果检验结果显示岩体样本中的单位体积的压力值大于预设值，则进行承载能力评估以及发出安全提示；如果岩体样本中的单位体积的压力值没有大于预设值，则继续进行施工。

24、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

25、本发明系统，针对城市地下空间过程中存在对环境的影响，将地基承载力检测仪技术应用于施工建设过程，采集地基承载力数据、压缩模量数据和液性指数数据，提高了基建施工过程的数据采集能力，可以对施工场所进行长期的现场数据采集。本发明系统采集相关的环境数据，并对采集的环境数据进行对比判断和bim三维建模分析，当压缩模量或液性指数超过预设安全极限值时，进行承载能力评估，未超过预设安全极限值时进行对建筑地下环境变化进行bim三维建模分析，辅助工作人员及时发现由承载能力变化及潜在的安全风险，进一步地，为施工人员优化施工流程提供依据，增强了对施工过程监管的时效性，保证了施工安全。

技术特征：

1.城市地下空间综合承载能力评估系统，其特征在于，包括地基承载力检测仪、边缘计算网关分析模块和承载能力评估模块；地基承载力检测仪上载有传感器监测单元；

2.根据权利要求1所述的城市地下空间综合承载能力评估系统，其特征在于，所述传感器监测单元包括：压力传感器、应变传感器和湿度传感器；

3.根据权利要求1所述的城市地下空间综合承载能力评估系统，其特征在于，所述传感器监测单元还包括用于采集建筑地下环境的岩体样本的岩体采集装置；

4.根据权利要求1所述的城市地下空间综合承载能力评估系统，其特征在于，设置多台地基承载力检测仪，每台地基承载力检测仪采集地基承载力数据、压缩模量数据、液性指数数据和岩体样本中的一种。

5.根据权利要求1所述的城市地下空间综合承载能力评估系统，其特征在于，采集岩体样本的地基承载力检测仪连接有主机和位移传感器；位移传感器采集岩体采集装置的位移数据并传输给主机，主机根据接收的位移数据判断岩体是否形变，若发生形变，则控制地基承载力检测仪进行多次采样后进行岩体形变力学分析。

6.城市地下空间综合承载能力评估方法，其特征在于，包括：利用地基承载力检测仪在城市地下空间建设现场进行检测，采集建筑地下环境的地基承载力数据、液性指数数据和压缩模量数据；

7.根据权利要求6所述的城市地下空间综合承载能力评估方法，其特征在于，对建筑地下环境的岩土的抗剪强度变化趋势进行数值bim三维建模分析，具体包括：

8.根据权利要求7所述的城市地下空间综合承载能力评估方法，其特征在于，计算岩体的形变分布时，利用的线弹性力学模型为不同场景下的内力计算模型；

9.根据权利要求6所述的城市地下空间综合承载能力评估方法，其特征在于，从地基承载力数据中提取混凝土强度等级数据、砌体种类数据具体是：利用canopy方法对地基承载力数据进行清洗与融合，然后利用卷积神经网络从清洗与融合后的地基承载力数据中提取出目标基础承载力，最后利用有限元分析模型对目标基础承载力进行评估。

10.根据权利要求6所述的城市地下空间综合承载能力评估方法，其特征在于，还包括：利用地基承载力检测仪在城市地下空间建设现场进行检测，采集建筑地下环境的岩体样本，对采集到的岩体样本进行成分检验，得到检验结果；如果检验结果显示岩体样本中的单位体积的压力值大于预设值，则进行承载能力评估以及发出安全提示；如果岩体样本中的单位体积的压力值没有大于预设值，则继续进行施工。

技术总结
本发明公开了城市地下空间综合承载能力评估系统及方法，包括地基承载力检测仪、边缘计算网关分析模块和承载能力评估模块；地基承载力检测仪上载有传感器监测单元。本发明系统采集相关的环境数据，并对采集的环境数据进行对比判断和BIM三维建模分析，当压缩模量或液性指数超过预设安全极限值时，进行承载能力评估，未超过预设安全极限值时进行对建筑地下环境变化进行BIM三维建模分析，辅助工作人员及时发现由施工导致的局部环境变化及潜在的安全风险，为施工人员优化施工流程提供依据，增强了对施工过程监管的时效性，提高了施工安全。

技术研发人员：何晓彤,黄尚珩,崔凯,杜大光,郑立宁,胡启军,李琼林,蔡其杰
受保护的技术使用者：成都建工第三建筑工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15