基于BIM的围岩稳定性监测评估方法、系统及存储介质技术方案

本申请涉及隧道工程的领域，尤其是涉及一种基于BIM的围岩稳定性监测评估方法、系统及存储介质，该评估方法包括以下步骤：S01：获取隧道施工过程中的监测数据；S02：根据所述监测数据建立BIM模型；S03：根据所述BIM模型，对隧道中的围岩稳定性进行安全性评估，若评估为安全状态，则进入下一阶段的施工过程并进入步骤S04，若评估为危险状态，则发出危险警报；S04：实时获取隧道施工过程中的监测数据并更新所述BIM模型，返回步骤S03。本申请通过BIM技术管理隧道施工及监测过程中的各种信息，结合传感器自动采集监测数据，可以实现对隧道施工过程中监测数据的有效管理，并实时对围岩稳定性进行安全性评估。

【技术实现步骤摘要】
基于BIM的围岩稳定性监测评估方法、系统及存储介质
本申请涉及隧道工程的领域，尤其是涉及一种基于BIM的围岩稳定性监测评估方法、系统及存储介质。
技术介绍
目前我国的公路隧道基本上都采用复合式衬砌型式，工程中越来越多地采用新奥法进行施工。新奥法是把围岩和支护结构作为一个统一的受力体系来考虑，围岩既是荷载的来源，又是支护结构体系的一部分，围岩和支护结构相互作用。新奥法施工充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控和量测来指导地下工程的设计与施工。因此监控和量测是新奥法施工的一个重要组成部分。现场量测可以把隧道开挖后围岩和支护结构体系力学形态的变化动态作为判断围岩稳定性和支护结构体系可靠性的依据，把施工监测所获得的信息加以处理，建立一些必要的判断准则，确定支护参数或进行施工决策。合理有效地应用现场量测技术，可以确保施工安全，确定支护施作时机，提供修改设计的依据，判断隧道工程的最终稳定性。相关技术中，隧道现场监控和量测手段通过人工手工采集和管理监测数据，容易造成数据的混乱和丢失；生成各种变化曲线并分析围岩和支护结构的变化情况很不方便，隧道施工中的时间效应和空间效应难以确定，对围岩稳定性的分析多为定性判断，缺乏科学的依据。
技术实现思路
为了实现对隧道施工过程中监测数据的有效管理和实时评估，本申请提供一种基于BIM的围岩稳定性监测评估方法、系统及存储介质。第一方面，本申请提供一种基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，采用如下的技术方案：一种基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，包括以下步骤：S01：获取隧道施工过程中的监测数据；S02：根据所述监测数据建立BIM模型；S03：根据所述BIM模型，对隧道中的围岩稳定性进行安全性评估，若评估为安全状态，则进入下一阶段的施工过程并进入步骤S04，若评估为危险状态，则发出危险警报；S04：实时获取隧道施工过程中的监测数据并更新所述BIM模型，返回步骤S03。通过采用上述技术方案，通过BIM技术管理隧道施工及监测过程中的各种信息，结合传感器自动采集监测数据，可以实现对隧道施工过程中监测数据的有效管理，并实时对围岩稳定性进行安全性评估。优选的，所述监测数据包括围岩地层的几何信息，隧道支护结构信息，传感器类型、数量和安装位置信息以及传感器的采集信息。优选的，所述步骤S04具体包括以下步骤：S41：实时获取隧道施工过程中的监测数据；S42：根据所述围岩地层的几何信息，将当前阶段开挖完的围岩从所述BIM模型中去除；S43：根据所述隧道支护结构信息，将当前阶段施工完成的隧道支护结构添加到所述BIM模型中；S44：根据所述传感器类型、数量和安装位置信息，将当前阶段施工完成的传感器信息添加到所述BIM模型中；S45：将所述传感器的采集信息更新到所述BIM模型中；S46：返回步骤S03。通过采用上述技术方案，在隧道施工过程中，实时更新所述BIM模型，其中，所述传感器的采集信息与所述BIM模型中对应的传感器保持一一对应的关系，以保证所述BIM模型与实际隧道施工过程的现场情况保持一致。优选的，所述步骤S03具体包括以下步骤：S31：根据所述BIM模型，建立有限元数值分析模型；S32：采用有限元数值分析方法对所述有限元数值分析模型进行分析，获得围岩塑性区域及区域内最大主应力；S33：将所述围岩塑性区域与预设的塑性区域合理范围进行比对，并将所述区域内最大主应力与预设的最大主应力允许阈值范围进行比对；S34：若所述围岩塑性区域处于合理范围内且所述区域内最大主应力处于允许阈值范围内，则评估为安全状态，进入下一阶段的施工过程并进入步骤S04；否则评估为危险状态，发出危险警报。通过采用上述技术方案，根据所述BIM模型自动建立有限元数值分析模型，并采用对比围岩塑性区域及区域内最大主应力的计算值和预设值的方法，实现了围岩稳定性实时评估的自动化和量化。优选的，所述有限元数值分析模型包括：三维有限元网格单元、有限元网格单元材料属性和有限元网格单元边界条件。通过采用上述技术方案，三维有限元网格单元通过从BIM模型中提取隧道围岩及支护结构的几何信息及结构信息后直接生成；有限元网格单元边界条件根据隧道埋深与开挖参数进行自动设定。优选的，所述有限元网格单元材料属性包括隧道支护结构材料和围岩材料，所述隧道支护结构材料的力学参数根据所述BIM模型中隧道支护结构的材料属性信息直接赋值，所述围岩材料的力学参数根据所述监测数据进行反演计算。通过采用上述技术方案，有限元网格单元材料属性分为两类，一类是隧道支护结构材料，这部分材料的力学参数在设计施工时有明确参数，可根据BIM模型中材料属性信息直接赋值；而另一类是围岩材料，这部分材料的力学参数通过地质勘查测定，属于离散数据，如果直接用于有限元分析会影响计算结果，因此需要结合实时监测数据进行反演计算合理的围岩材料力学参数。优选的，所述反演计算包括以下步骤：S311：将所述BIM模型中的围岩地层的力学参数作为初始值；S312：将所述初始值代入所述有限元数值分析模型进行有限元数值分析，得到所述BIM模型中各个传感器位置处的位移或应力应变数据作为计算值；S313：将所述计算值与所述传感器的采集信息进行一一比较；S314：若误差处于预设范围内，则所述BIM模型中的围岩地层的力学参数就是待求的围岩材料的力学参数；若误差处于预设范围外，则对所述初始值进行修正，并重新计算比较。通过采用上述技术方案，由初始值出发进行反演计算，修正速度快且算法简单，易于工程应用。优选的，所述对所述初始值进行修正，并重新计算比较，包括以下步骤：S3141：提取所述BIM模型中围岩地层的力学参数作为，其中，为一个维向量，用于记录围岩地层的各种力学参数信息；S3142：根据构建容量为的粒子群，每个粒子代表一种可能的围岩材料的力学参数；为保证初始粒子群的随机性，各粒子初始参数按下式进行计算：；其中，为间的随机实数；S3143：设置参数来辅助修正过程，其中，为一个维向量，且初始时；S3144：根据所述BIM模型建立有限元数值分析模型，并分别将各粒子中记录的力学参数信息赋值至对应的三维有限元网格单元，进行有限元数值分析，得到所述BIM模型中各测点位置处的位移或应力应变计算值；S3145：设所述BIM模型中测点数为，不同测点的位移或应力应变计算值分别为；S3145：根据所述各测点的计算值与实测值，通过适应度函数：；分析不同粒子代表的围岩材料与实际围岩材料的差异性；其中，表示不同测点的实测值；S3146：值越小，说明与实际围岩材料的差异性越小；若值小于预定值，则表明此时粒子代表的围岩材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS01：获取隧道施工过程中的监测数据；/nS02：根据所述监测数据建立BIM模型；/nS03：根据所述BIM模型，对隧道中的围岩稳定性进行安全性评估，若评估为安全状态，则进入下一阶段的施工过程并进入步骤S04，若评估为危险状态，则发出危险警报；/nS04：实时获取隧道施工过程中的监测数据并更新所述BIM模型，返回步骤S03。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：获取隧道施工过程中的监测数据；
S02：根据所述监测数据建立BIM模型；
S03：根据所述BIM模型，对隧道中的围岩稳定性进行安全性评估，若评估为安全状态，则进入下一阶段的施工过程并进入步骤S04，若评估为危险状态，则发出危险警报；
S04：实时获取隧道施工过程中的监测数据并更新所述BIM模型，返回步骤S03。


2.根据权利要求1所述的基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，其特征在于：所述监测数据包括围岩地层的几何信息，隧道支护结构信息，传感器类型、数量和安装位置信息以及传感器的采集信息。


3.根据权利要求2所述的基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，其特征在于，所述步骤S04具体包括以下步骤：
S41：实时获取隧道施工过程中的监测数据；
S42：根据所述围岩地层的几何信息，将当前阶段开挖完的围岩从所述BIM模型中去除；
S43：根据所述隧道支护结构信息，将当前阶段施工完成的隧道支护结构添加到所述BIM模型中；
S44：根据所述传感器类型、数量和安装位置信息，将当前阶段施工完成的传感器信息添加到所述BIM模型中；
S45：将所述传感器的采集信息更新到所述BIM模型中；
S46：返回步骤S03。


4.根据权利要求2所述的基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，其特征在于，所述步骤S03具体包括以下步骤：
S31：根据所述BIM模型，建立有限元数值分析模型；
S32：采用有限元数值分析方法对所述有限元数值分析模型进行分析，获得围岩塑性区域及区域内最大主应力；
S33：将所述围岩塑性区域与预设的塑性区域合理范围进行比对，并将所述区域内最大主应力与预设的最大主应力允许阈值范围进行比对；
S34：若所述围岩塑性区域处于合理范围内且所述区域内最大主应力处于允许阈值范围内，则评估为安全状态，进入下一阶段的施工过程并进入步骤S04；否则评估为危险状态，发出危险警报。


5.根据权利要求4所述的基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，其特征在于，所述有限元数值分析模型包括：三维有限元网格单元、有限元网格单元材料属性和有限元网格单元边界条件。


6.根据权利要求5所述的基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，其特征在于：所述有限元网格单元材料属性包括隧道支护结构材料和围岩材料，所述隧道支护结构材料的力学参数根据所述BIM模型中隧道支护结构的材料属性信息直接赋值，所述围岩材料的力学参数根据所述监测数据进行反演计算。


7.根据权利要求6所述的基于BIM的围岩稳定性监测评估方法，其特征在于，所述反演计算包括以下步骤：
S311...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，
申请(专利权)人：北京杜普信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11