[發明專利]利用BIM技術對土石方調配方案進行優化的方法

在審

• 申請號: 201710398061.1
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107392348A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 應瀟斐;戴南;顧國平
• 申請（專利權）人: 上海市政建設有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及土石方工程領域，尤其涉及一種利用BIM技術對土石方調配方案進行優化的方法。

背景技術

土石方工程是道路、橋梁、水利、建筑、園林、農業和地下等各種工程施工的首項工程，主要包括場地平整、土石方開挖和填筑等主要施工過程。土方工程施工有以下特點：

(1)量大面廣：某些大型工礦企業或機場的場地平整可達數十平方公里，大型公路工程一般都幾十至幾百公里長度，其中涉及到的土石方量巨大；

(2)工期長：工程量大勢必導致工期長，某植物園的施工時間為十年，其中土方工程一項占了六年；

(3)投資大：工程量大、工期長的特點，必然需要巨大的投資，某植物園建造中，土方工程投資額占總投資額的三分之一。

土石方工程需要制定合理的調配方案，盡量減少運輸距離，將運輸費用降到最低。土石方工程一般包括如下施工步驟(1)測量場地的實際標高；(2)確定場地的設計標高；(3)計算土石方量；(4)優化土石方量的調配方案。

其中，場地的設計標高的確定、土石方量計算以及調配方案的優化都涉及大量的計算工作。傳統的方式為采用手工計算，根據工程需要的精度在地形圖上用插值法求出工程范圍內坐標點的坐標，根據土石方平衡原則確定設計標高，然后根據角點法或斷面法求出土石方量，最后根據表上作業法進行土石方的調配和優化。傳統的方法有以下缺點：

(1)一個地形復雜的土石方工程，其地形圖上的坐標點有上千甚至數萬個之多，傳統手工方法計算量極大，費時并容易出錯，并且隨著計算精度的提高，計算工作成倍增加；

(2)隨著DB(DesignAnd Build，設計-建造模式)、EPC(Engineering Procurement Construction，工程總承包模式)、PPP(Public Private Partnership，公共部門與私人企業合作模式)等新的一批工程管理方式的擴大應用，“邊設計，邊施工”的項目情況也越來越多，土方工程施工中遇到設計變更的情況較以往更加頻繁，傳統方法中巨大的手工工作量，無法滿足現代施工理念。

發明內容

針對現有技術中采用手工算法確定土石方調配方案工作效率地下、無法滿足現有施工理念的技術問題，本發明提供了一種利用BIM技術對土石方調配方案進行優化的方法，利用BIM技術相關軟件將采集的初始地形數據轉變為電子化初始地形數據，并進行設計標高計算生成電子化設計地形圖，然后計算土石方量及重心，計算單位運輸成本，最后計算出運費為最小的土石方調配方案并作為最優調配方案，本發明中，計算精度可根據工程需要進行調整，處理速度提高數十倍乃至上百倍，能夠完全滿足現代施工要求。

為解決以上技術問題，本發明包括如下技術方案：

一種利用BIM技術對土石方調配方案進行優化的方法，包括如下步驟：

S1.根據項目場地范圍的大小，選擇無人機、GIS或衛星導航工具進行地形測量，采集初始地形數據；

S2.將步驟S1中采集的所述初始地形數據導入BIM實景建模工具，生成電子化初始地形圖；

S3.將所述電子化初始地形圖導入專門用于基礎設施設計的BIM工具，根據土石方平衡原則，設定整個場地或各個子場地的設計標高，并形成電子化設計地形圖；

S4.根據所述電子化設計地形圖和所述電子化初始地形圖，利用BIM工具計算出挖方區、填方區的位置和區域；

S5.將所述挖方區、所述填方區分別劃分成若干個子區域，利用BIM工具可以計算各個子區域的體積和相應的重心，以及任意兩個重心之間的直線距離，然后得到單位運費，計算出運費為最小的土石方調配方案并作為最優調配方案。

優選為，步驟S5包括如下步驟：

S5-1.將所述挖方區劃分為m個挖方子區域，將所述填方區劃分為n個填方子區域，計算第i個挖方子區域的土石方量a_i、第j個填方子區域的土石方量b_j；其中，i＝1，2，…m；j＝1，2，…n；

S5-2.計算第i個挖方子區域的土石方量a_i的重心與第j個挖方子區域的土石方量b_j的重心之間的距離，計算出從第i個挖方子區域到第j個挖方子區域單位運費c_ij；

S5-3.根據運費計算公式，利用單純形法或閉合回路法算出最小運費C_min；進而確定最優調配方案，其中公式如下：