一种基于CIM平台的降水环境下地下水影响分析方法与流程

本发明涉及地下工程专业数字化分析的，尤其是一种基于cim平台的降水环境下地下水影响分析方法。

背景技术：

1、目前出现了越来越多的深基坑工程，并且对于例如上海等地的高地下水位条件，为了满足施工需求，往往需要进行疏干降水，而降水往往会造成基坑及周边水位的降低或者承压水层水头压力的降低。从而，一方面可能由于含水层水位降低引起孔隙水压减小，造成土体有效应力增大进而发生沉降；另一方面，也可能由于含水层抽水降压导致含水层不透水顶板的顶托力下降，造成上覆土层发生向下的沉降变形。因此，在研究降水对周边环境的影响中，对地下水水头压力的变化十分重要。

2、对于降水过程中，降水管井工作影响范围的确定主要包括经验公式法和图解法。但是一方面，该两种方法局限于于单降水井的情形，对于复杂布置的群井系统一般会采用等效半径法进行换算；另一方面，该方法仅仅是对降水管井影响的边界线做一个大致判定，无法研究界内区域地下水水头高度变化的分布状况。若要研究地下水水头高度的变化，一般可以采用数值模拟和理论计算的方法，前者应用集成模式相对较为复杂，后者也基本局限于单个降水井的影响范围。

3、因此，对地下降水过程中水头高度的变化研究仍亟待优化，为了更好的对降水井造成的水头高度变化做出判断，对已有监测井的水头高度的数据利用和处理具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种基于cim平台的降水环境下地下水影响分析方法，通过bim模型信息载入降水观测井的水头观测数据，再将其融入cim平台，并对水头高度进行插值运算，最终将水头高度信息在三维环境中可视化，并借插值运算的结果预测任意位置的水头高度，从而判断降水对地下水水头高度的影响，提升工程或设计人员对工程的管理和控制能力。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种基于cim平台的降水环境下地下水影响分析方法，其特征在于所述方法包括：

4、(s1)模型数据处理与准备，建立降水观测井bim模型；

5、(s2)从所述降水观测井bim模型中提取属性数据，并获得属性数据集；

6、(s3)对云图绘制范围与位置进行确定；

7、(s4)建立局部坐标系并准备属性差值数据；

8、(s5)数据处理与云图生成，生成属性云图；

9、(s6)云图计算结果显示；

10、(s7)模型可视化处理；

11、(s8)利用cim平台实现功能表达交互。

12、在步骤s1中：

13、所述降水观测井bim模型携带相关工程属性并在一三维应用环境中指定了三维空间坐标系下的定位坐标参数。

14、在步骤s2中：

15、对所述降水观测井bim模型进行数据结构提取，获得属性数据，对所需的所述属性数据进行存储备用，获得所述属性数据集v。

16、在步骤s3中：

17、所述属性数据包括降水观测井的自身属性参数、位置和水头高度；结合所述三维空间坐标系，提取模型包围盒中心o的平面坐标(xo,yo)，计算降水观测井点位pn的平面坐标(xn,yn)与点o(xo,yo)的距离dn，取d＝max(dn)，其中：1≤n≤m，m为属性数据记录条数，n为自然数；

18、通过吉哈尔特经验公式确定降水观测井的影响半径r，再将降水观测井的影响半径r乘以2倍的安全系数，以得到所述云图绘制范围的边界长度l，其中：s为水位降深，k为渗透系数，l≥2d。

19、在步骤s4中：

20、以所述模型包围盒中心o作为所述局部坐标系原点，建立所述局部坐标系；

21、将所述降水观测井点位pn在所述局部坐标系下的横坐标转化为xn＝(xn-xo)/l，将所述降水观测井点位pn在所述局部坐标系下的纵坐标转化为yn＝(yn-yo)/l；

22、所述降水观测井点位所测得的地下水水头高度为z，则所述局部坐标系下的降水观测井点位pn的数值以(xn,yn,z)形式进行分组存储。

23、在步骤s5中：

24、对所述降水观测井点位所测得的地下水水头高度为z进行插值计算，并在所述云图绘制范围中渲染生成所述属性云图；

25、利用多面函数拟合的方法对所述降水观测井点位所测得的地下水水头高度为z进行插值计算，即：

26、

27、其中：αj为待求参数，q(x,y,xj,yj)为核函数，n为核函数的个数，核函数是关于x、y的二次函数，(x,y)为已知点的坐标。

28、选用基于多层样条拟插值的散乱点曲面重构算法进行插值计算，定义算子：

29、

30、其中：λi,j(f)是函数f的线性泛函；样条函数组{ci,j}是具有单位分解性的线性无关样条函数组，可作为空间基函数；

31、通过初始散乱点集初始均匀2-型三角剖分误差阈σ，剖分最小半径ρ，可得s(x,y)＝s0(x,y)+s1(x,y)+…sk(x,y)，且其计算步骤如下：

32、1)对k＝0,1…，计算样条空间

33、2)在样条空间sk上进行以下操作：

34、2.1)计算每个小矩形上的结点处的最小二乘曲面，并计算在相应的最小二乘曲面上的估计值；

35、2.2)所述最小二乘曲面上的估计值的线性组合作为拟插值算子中的系数，计算λi,j(fk)，对i＝0,…,m+1；j＝0,…,n+1；

36、2.3)计算空间sk上的拟插值算子

37、2.4)令

38、3)计算每个数据点处的误差值

39、4)将所有数据点的均值平方误差为本次拟合的总误差，判断迭代条件：

40、4.1)若满足误差条件ek＜σ，或达到最小细分半径则停止迭代；

41、4.2)若两误差条件皆不满足，即ek＞σ且则令m→2m，n→2n，得到新的2-型三角剖分δk+1和新的曲面散乱点，令k＝k+1，返回步骤1。

42、在步骤s6中：

43、将生成的所述属性云图加载至所述三维应用环境，并通过所述模型包围盒中心o的平面坐标(xo,yo)与所述降水观测井点位所测得的地下水水头高度z，进行所述属性云图在指定三维坐标系的位置精准配置。

44、在步骤s7中：

45、通过控制所述降水观测井bim模型的透明度值，对所述降水观测井bim模型进行视觉控制，实现所述属性云图与所述降水观测井bim模型的联动空间关系分析并增强所述属性云图的分析效果。

46、在步骤s8中：

47、在所述cim平台中，通过控制所述降水观测井点位pn和所述降水观测井bim模型的透明度值的不同组合，并循环进入步骤s5～s7，直至分析应用结束。

48、本发明的优点是：通过bim模型信息载入降水观测井的水头观测数据，再将其融入cim平台，并对水头高度进行插值运算，最终将水头高度信息在三维环境中可视化，并借插值运算的结果预测任意位置的水头高度，从而判断降水对地下水水头高度的影响，提升工程或设计人员对工程的管理和控制能力。