[發明專利]一種基于BIM的盾構隧道正向設計方法、系統及介質

在審

• 申請號: 202111471231.7
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114233323A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 蔡國輝;韓可林;徐國強;周洪云;閆普陽;張靜;邵正峰;牛書儒;江柳;戴小龍
• 申請（專利權）人: 中國水利水電第八工程局有限公司
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14;E21D11/08;G06T17/05
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 陳暉;譚武藝

本發明公開了一種基于BIM的盾構隧道正向設計方法、系統及介質，本發明基于BIM的盾構隧道正向設計方法包括在第N環管環的盾構前向平面上拼裝第N+1環管環，第N+1環管環的固定空間姿態為以第N環盾構前向中心點為中心起點以第N環盾構前向所在平面法向量所在直線為中心軸進行定位，第N+1環管環的角度旋轉姿態的確定包括在k種可旋轉位置中選擇使得第N+1環管環的中心軸線更貼近盾構的三維中心線的可旋轉位置。本發明能夠得到高精度的盾構管環模型，可結合設計平縱曲線自動比選最佳旋轉角度計算出每一環最優位置，從而設計出最優的盾構隧道管環排布，提升盾構隧道正向設計的質量和效率。

技術領域

本發明涉及水利水電、城市軌道交通工程的盾構隧道設計技術，具體涉及一種基于BIM的盾構隧道正向設計方法、系統及介質。

背景技術

隨著社會的發展，盾構隧道越來越多的用于輸配水隧道和城市軌道交通中來。盾構法是暗挖法施工中的一種全機械化施工方法，它是將盾構機械在地中推進，通過盾構外殼和管片支承四周圍巖防止發生往隧道內的坍塌，同時在開挖面前方用切削裝置進行土體開挖，通過出土機械運出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進，并拼裝預制混凝土管片，形成隧道結構的一種機械化施工方法。在盾構施工過程中，所采用的盾構管環的類別決定了盾構曲線的擬合思路。為了滿足盾構隧道在曲線上偏轉及蛇行糾偏的需要，應設計楔形襯砌環。

目前國際上通常采用的襯砌環類型有楔形襯砌環與直線襯砌環的組合、通用型管環和楔形襯砌環之間相互組合等方式。其中，通用型管環只采用一種類型的楔形襯砌環，盾構掘進時通過盾構機內環向千斤頂的傳感器的信息確定下環轉動的角度，以使楔形量最大處置于千斤頂行程最長處，也就是說，管片襯砌環是可以360°旋轉的。由于它只需一種管片類型，可降低管模成本，不會因管片類型供應不上造成工程質量問題，但是通用管片拼裝難度較高，需要有經驗的盾構機操作人員。

目前已有盾構隧道創建的相關技術。例如，中國專利申請號為202110089490.7的申請案公開了一種參數化的TBM盾構隧道模型建立方法，包括如下步驟：步驟一：打開Revit，新建一個公制自適應常規族，導入項目管片設計圖紙，根據圖紙建立一個自適應管片族，然后保存族；步驟二、新建Revit項目，根據設計圖紙繪制或導入項目隧道中心線，并將步驟一中自適應管片族加載到項目中；步驟三、啟動Dynamo，編寫TBM盾構隧道模型Dynamo參數化程序文件TBM tunnel并保存；步驟四、調整設計參數，運行TBM tunnel程序文件，自動快速生成TBM盾構隧道模型。該申請雖然提供了一種盾構隧道創建方法，但未提供盾構路線的明確創建步驟。且其盾構管片部分為體型自適應，這就造成每一相同型號管片體型數據均不同，給管片預制和安裝帶來了極大的困難。且每一管片的參數均需單獨設計，這對于設計出圖、管片廠預制和現場安裝來說幾乎不可能實現。最重要的是，其方法在一定程度上違背了現階段盾構路線的擬合原理，現行的盾構設計原理在進度、技術、經濟的可行性上完全優于此方法中所述原理，可操作性弱，無法滿足實際需要，整體方案有待改進。例如，中國專利申請號為202011516511.0的申請案公開了一種利用Dynamo實現盾構管環糾偏排版的方法，包括如下步驟：搭建Revit環境，創建Dynamo環境下設計線；編制Dynamo管環創建程序；編制Dynamo排版程序；編制Dynamo盾構模型創建程序；排版設計；糾偏設計。該申請在一定程度上給出了基于通用管環創建和糾偏程序，但在盾構中心線的選取上本案例依托于設計曲線，屬于逆向工程。其工作成果基于Revit和Dynamo，但對于盾構隧道這類線性工程一般體量較大，涉及大區域的坐標系統，而Revit中缺乏對坐標系統的支持，且超過一定體量Revit中模型精度會降低，用于設計成果上存在一定的缺陷。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種基于BIM的盾構隧道正向設計方法、系統及介質，本發明能夠在第N環管環的盾構前向平面①上拼裝第N+1環管環確定第N+1環管環的固定空間姿態以及空間角度旋轉姿態，從而得到高精度的盾構管環模型，可結合設計平縱曲線自動比選最佳旋轉角度計算出每一環最優位置，從而設計出最優的盾構隧道管環排布，提升盾構隧道正向設計的質量和效率。