基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统及方法技术方案

本发明专利技术公开的基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统及方法，包括BIM+GIS子系统、数字孪生子系统和全生命周期运维管理子系统，各子系统之间可以实现信息转接交互，具体包括以下步骤：建立隧道结构BIM及围岩地质GIS的隧道动态建造运维集成信息模型；构建包含动态正向设计的数字孪生系统；搭建全生命周期智能运维管理平台；该数字孪生系统基于围岩地质探测信息、隧道建造与运营维护阶段的状态监测信息、围岩结构体的有限元数值模拟信息等，开展多维信息应用管理工作。结合信息队列遥测传输及多智能体系统等技术，完成隧道地质结构状态的在线预测及开挖施工自动规划及安全评估，为全生命周期隧道建造安全和健康运营维护提供方法思路。思路。思路。

【技术实现步骤摘要】
基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统及方法


[0001]本专利技术属于隧道BIM建模
和数字化应用领域，具体涉及一种基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统及方法。

技术介绍

[0002]BIM+GIS技术的应用具有数字信息化、多维可视化、协同设计化等特点，BIM信息贯穿于设计、施工、运维等阶段的全生命周期过程，针对隧道工程特有的专业多、管理难、技术复杂、危险性高等特点，可以充分发挥BIM+GIS技术在缩短工期、降低造价、优化设计等方面的明显优势，以确保隧道建造安全和健康运营。关于三维地质建模技术及应用，目前的勘探技术难以精准把握岩土体性质及其水文节理等细节信息，需要根据现场施工实况进行二次修正和信息优化。隧道工程(地下岩土工程)与周围地质接触密切，各种岩土体分布及围岩性质对隧道结构的受力机理具有重要影响，建立精确完善的地质孪生体，对于隧道结构BIM正向设计及各分项协同管理具有广泛应用价值。尤其是针对复杂多变地质条件下的长距离、大断面公路隧道，无论采用传统矿山法分部开挖方案，还是现代隧道新奥法施工方案，地质实体和隧道结构都是实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统，其特征是：包括BIM+GIS子系统、数字孪生子系统、全生命周期运维管理子系统、动态信息更新模块(10)、多维信息交互模块(20)：所述BIM+GIS子系统包括隧道结构及地质实体建模模块(1)、多维信息应用管理模块(2)、隧道动态建造运维集成信息模型(3)；所述数字孪生子系统包括现场信息采集模块(4)、数据传输存储及处理模块(5)、隧道BIM正向设计模块(6)、数字孪生体优化模块(7)；所述全生命周期运维管理子系统包括数字孪生智能运维模块(8)、数字孪生应用模块(9)；所述动态信息更新模块(10)用于连接BIM+GIS子系统与数字孪生子系统，可实现现场信息采集模块(4)、数字孪生体优化模块(7)以及数字孪生智能运维模块(8)与隧道动态建造运维集成信息模型(3)之间的动态信息转换，并将符合IFC标准及统一命名标准的多维信息添加到集成信息模型中；所述多维信息交互模块(20)用于连接数字孪生子系统与全生命周期运维管理子系统，通过调用隧道动态建造运维集成信息模型(3)的有效信息，进行多智能体系统模拟(81)，并将智能生成的动态反馈信息更新至集成信息模型，实现多维信息的运维交互过程。2.根据权利要求1所述的基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统，其特征是：所述隧道结构及地质实体建模模块(1)包括用于定义隧道结构及地质实体信息的IFC标准(11)、隧道结构及围岩地质融合体的统一命名和注解标准(12)、用于实现融合管理与应用的动态建造运维集成信息模型(15)；所述动态建造运维集成信息模型(3)以BIM+GIS融合信息模型(15)为基础，包含了用于建立结构实体模型的BIM建模单元(13)和用于建立围岩地质模型的GIM建模单元(14)；所述多维信息应用管理模块(2)用于动态建造运维的信息分组(21)、自定义属性集(22)、参数添加(23)，所述多维信息应用管理模块(2)包括数值模拟信息(41)、多智能体反馈信息(42)及现场多维信息模块(43)，其中，现场多维信息的采集方式包括人工检测、IoT采集、原位试验，主要采集现场实际施工过程中的几何材料、边界荷载、结构及构件性能等信息；所述现场多维信息模块(43)包括用于更新结构地质几何参数与材料特性的现场检测及试验信息、用于确定边界与荷载模拟条件的人工检测及IoT采集信息，采用拓展式无线通信实现信息的实时传输；所述数据模拟信息模块(41)包括用于优化不同构件的单元类型、荷载及边界模拟、网格类型及划分细度信息；所述多智能体反馈信息(42)包括数字孪生应用模块(9)中涉及的各类预测、评估及规划信息。3.根据权利要求1所述的基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统，其特征是：所述数据传输储存与处理模块(5)包括基于轻量级代理的信息队列遥测传输协议(51)、用于实现多维模型信息预处理的信息轻量化及标准化单元(52)；所述隧道BIM正向设计模块(6)包括隧道初期设计的地质勘探数据(61)、信息模型融合管理与应用(62)、模拟初期施工方案(63)、工程量及成本控制(64)、结构设计及初期验算(65)、碰撞检查及图纸生成(66)；所述数字孪生体优化模块(7)包括超前地质预报及现场施工实况(71)、用于有限元模型设计修正的数字孪生体优化单元(72)；所述数字孪生体优化单元(72)包括单元类型、网
格划分、边界模拟、结构修正、材料变化及荷载变更等有限元分析相关信息。4.根据权利要求1所述的基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统，其特征是：所述数字孪生智能分析模块(8)包括基于数字孪生数据库的隧道动态反馈分析(81)、基于多智能体系统的全生命周期信息管理平台(82)；所述数字孪生应用模块(9)包括预测下一开挖段水文地质(91)、预测施工突涌水量(92)、隧道结构安全评估及防护(93)、自动规划隧道开挖(94)、多维信息查询及展示(95)。5.根据权利要求2所述的基于BIM+GIS技术的长大隧道数字孪生系统，其特征在于：所述动态信息更新模块(10)及多维信息交互模块(20)采用IFC格式实现信息交流互动；所述数值模拟信息(41)通过多维信息交互模块(20)接收来自数字孪生体优化(72)的有限元数值优化信息；所述多智...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建春，李卫民，梁耀聪，李潇聪，黄浩志，左仝，黄航，郭贵川，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：