一种城市地下环路数字孪生智能建造方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种城市地下环路数字孪生智能建造方法及系统，所述方法包括以下步骤：建立三维可视化的地质信息模型；基于设计图纸创建三维可视化的地下环路综合体结构信息模型，通过无人机倾斜摄影建立三维实景模型；基于智能监测装备，进行自动化智能化健康监测，同步嵌入感知传输控制设备；建立与地下环路信息模型对应的分析计算模型，对主体的浇筑效果和浇筑后结构裂缝在变形和宽度进行智能评估和验算；持续采集隧道监测数据，构建隧道的行为预测模型，对比行为预测模型的计算值与实测值的误差，不断修正行为预测模型，实现项目全数字化交付，将地下环路数字孪生系统由建造转向运维

【技术实现步骤摘要】
一种城市地下环路数字孪生智能建造方法及系统


[0001]本专利技术涉及建筑工程智能建造
、
智慧建造与智能运营维护
，特别是涉及城市地下环路综合体的建造与运营监控领域，尤其涉及地下环路综合体智能化建造运营监控的应用工具和实现方法，具体为一种城市地下环路数字孪生智能建造方法及系统
。

技术介绍

[0002]目前隧道工程建设和运维的信息化智能化水平仍然较低，隧道工程建设向机械化自动化智能化转型的进程依然缓慢，同时对隧道在运营管理阶段会出现裂缝
、
鼓包和渗漏水等病害仍主要是采取被动处治措施，无法预先发现隧道运营维护中的健康问题
。
当需要对隧道的健康状况进行监测时，往往需要采取封路措施，选择少量衬砌断面打孔安装量测仪器并连接线缆，该工作具有一定的人身危险性且监测数据可靠性差，难以真实有效了解隧道健康状况
。
虽然一些隧道的健康监测也有采用基于传感器的远程监测方法，在一定程度上减少了人力损耗和实现了自动化实时性，但在数据可视化与交互性
、
管理单位参与度方面的功能还很欠缺
(
同济大学
.
一种基于数字孪生平台的模块化建筑物健康监测系统：
202011276245.9[P].2021
‑
02
‑
19)。
[0003]基于智能建造方法体系的数字孪生技术为实现隧道的数字化交付
、
智能化建造运维和全生命周期管理提供了实现路径
。
数字孪生技术结合物联网的数据采集，充分利用模型与传感器更新
、
运营历史数据，集成多学科
、
多物理量
、
多尺度
、
多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成对隧道的映射，实现对隧道历史状况的了解
、
对当前运行状态的评估并对隧道的状态和行为进行模拟和诊断，预测健康状况演变趋势和可能发生的病害与风险
(
同济大学
.
一种基于数字孪生平台的模块化建筑物健康监测系统：
202011276245.9[P].2021
‑
02
‑
19)。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题：现阶段国内外地下工程缺乏实现数字化交付
、
智能化建造运维和全生命周期管理的有效方法或系统，城市地下综合体工程建设与运维存在智能化信息化水平低
、
缺乏城市地下环路综合体智能建造方法流程体系的问题，同时在设计施工和运营维护等地下环路的建造周期阶段无法及时预测和发现结构的状态演变趋势
。
[0005]本专利技术至少通过如下技术方案之一实现
。
[0006]一种城市地下环路数字孪生智能建造方法，包括以下步骤：
[0007]S1、
建立三维可视化的地质信息模型；
[0008]S2、
基于设计图纸创建三维可视化的地下环路综合体结构信息模型，通过无人机倾斜摄影建立三维实景模型；
[0009]S3、
基于智能监测装备，进行自动化智能化健康监测，同步嵌入感知传输控制设备；
[0010]S4、
建立与地下环路信息模型对应的分析计算模型，对主体的浇筑效果和浇筑后
结构裂缝在变形和宽度进行智能评估和验算；
[0011]S5、
持续采集隧道监测数据，构建隧道的行为预测模型，对比行为预测模型的计算值与实测值的误差，不断修正行为预测模型；
[0012]S6、
实现项目全数字化交付，将地下环路数字孪生系统由建造转向运维
。
[0013]进一步地，建立三维可视化的地质信息模型包括使用无人机搭载激光雷达扫描建立地形地貌的三维点云模型
、
使用地质建模软件根据等高线建立地质模型
。
[0014]进一步地，根据地下环路综合体结构信息模型，在数值分析软件中建立对应的分析计算模型，或者采用格式转换的方法，将地下环路结构信息模型导出到数值分析软件中生成对应的分析计算模型
。
[0015]进一步地，构建地下环路的行为预测模型，行为预测模型包括结构状态分析，结构健康状况分析以及，结构演化的预测，此模型是基于
CAD
城市地下环路综合体设计图纸数据，采用
REVIT+dynamo
的建模方法完成的基准建模，并透过感知数据对基准模型进行实时修正预测，对比行为预测模型的计算值与实测值的误差，不断修正行为预测模型
。
[0016]实现所述的一种城市地下环路数字孪生智能建造方法的系统，包括物理实体模块
、
数字孪生体模块
、
感知传输控制模块
、
边缘设备感知传输模块
、
孪生数据管理模块；
[0017]所述物理实体模块用于表现地下环路结构
、
地下二层空间
、
地下环路内部设施与构造
、
地下环路地质岩体及水文环境，包括地下环路结构
、
地质体
、
初期支护
、
路基与路面铺装
、
排水管沟
、
电缆管线
、
通风照明设备
、
消防监控与喷淋设备；
[0018]所述数字孪生体模块所述数字孪生体模块融合地质信息模型
、
地下环路综合体结构信息模型
、
裂缝智能识别分析模型
、
分析计算模型
、
行为预测模型；用于从多维度本构关系
、
多时间尺度
、
多空间尺度对物理实体模块的几何
、
物理
、
时间
、
行为
、
规则方面的特征进行刻画，通过二次开发的软件接口实现地质信息模型和地下环路综合体结构信息模型转化为分析计算模型，转化后的分析计算模型包括几何信息
、
物理信息和地质信息，同时根据感知传输模块的监测数据，对城市地下环路主体建造过程中，主体的浇筑效果和浇筑后结构裂缝在变形和宽度等方面的进行智能评估和验算；
[0019]所述感知传输控制模块用于实时采集物理实体的监测数据
、
施工质量数据，将采集到的数据上传至孪生数据管理模块，用于实现实时的数据采集，并利用采集的数据数据进行对分析计算模型实时的修改，从而得到与实际相符的分析结果；
[0020]所述边缘设备感知传输模块用于实时监控环路物理实体的建造状态并采集监控数据，将采集的数据传输至孪生数据管理模块，所述边缘设备感知传输模块还用于传输用户通过服务应用发出的指令并监测建造过程中结构主体构造变形状况；
[0021]所述孪生数据管理模块用于存储和管理数据
、
以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种城市地下环路数字孪生智能建造方法，其特征是：包括以下步骤：
S1、
建立三维可视化的地质信息模型；
S2、
基于设计图纸创建三维可视化的地下环路综合体结构信息模型，通过无人机倾斜摄影建立三维实景模型；
S3、
基于智能监测装备，进行自动化智能化健康监测，同步嵌入感知传输控制设备；
S4、
建立与地下环路信息模型对应的分析计算模型，对主体的浇筑效果和浇筑后结构裂缝在变形和宽度进行智能评估和验算；
S5、
持续采集隧道监测数据，构建隧道的行为预测模型，对比行为预测模型的计算值与实测值的误差，不断修正行为预测模型；
S6、
实现项目全数字化交付，将地下环路数字孪生系统由建造转向运维
。2.
根据权利要求1所述的一种城市地下环路数字孪生智能建造方法，其特征是：建立三维可视化的地质信息模型包括使用无人机搭载激光雷达扫描建立地形地貌的三维点云模型
、
使用地质建模软件根据等高线建立地质模型
。3.
根据权利要求1所述的一种城市地下环路数字孪生智能建造方法，其特征是：根据地下环路综合体结构信息模型，在数值分析软件中建立对应的分析计算模型，或者采用格式转换的方法，将地下环路结构信息模型导出到数值分析软件中生成对应的分析计算模型
。4.
根据权利要求1所述的一种城市地下环路数字孪生智能建造方法，其特征是：构建地下环路的行为预测模型，行为预测模型包括结构状态分析，结构健康状况分析以及，结构演化的预测，此模型是基于
CAD
城市地下环路综合体设计图纸数据，采用
REVIT+dynamo
的建模方法完成的基准建模，并透过感知数据对基准模型进行实时修正预测，对比行为预测模型的计算值与实测值的误差，不断修正行为预测模型
。5.
实现权利要求1所述的一种城市地下环路数字孪生智能建造方法的系统，其特征是：包括物理实体模块
、
数字孪生体模块
、
感知传输控制模块
、
边缘设备感知传输模块
、
孪生数据管理模块；所述物理实体模块用于表现地下环路结构
、
地下二层空间
、
地下环路内部设施与构造
、
地下环路地质岩体及水文环境，包括地下环路结构
、
地质体
、
初期支护
、
路基与路面铺装
、
排水管沟
、
电缆管线
、
通风照明设备
、
消防监控与喷淋设备；所述数字孪生体模块所述数字孪生体模块融合地质信息模型
、
地下环路综合体结构信息模型
、
裂缝智能识别分析模型
、
分析计算模型
、
行为预测模型；用于从多维度本构关系
、
多时间尺度
、
多空间尺度对物理实体模块的几何
、
物理
、
时间
、
行为
、
规则方面的特征进行刻画，通过二次开发的软件接口实现地质信息模型和地下环路综合体结构信息模型转化为分析计算模型，转化后的分析计算模型包括几何信息
、
物理信息和地质信息，同时根据感知传输模块的监测数据，对城市地下环路主体建造过程中，主体的浇筑效果和浇筑后结...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建春，邓俊荣，宋晓凯，占辉，任红员，郭耀祥，黄镇国，郑硕，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：