一种基于BIM的地连墙成槽垂直度动态管控方法及系统与流程

本发明属于地下交通枢纽新建工程控制，尤其涉及一种基于bim的地连墙成槽垂直度动态管控方法及系统。

背景技术：

1、地下交通枢纽新建工程（如城市轨道交通地下综合交通枢纽新建工程）通常需在深基坑开挖、换乘厅拆除新建、新增安全出口及风亭、既有通道改造等多项工作面同步推进的条件下，对新建构筑物的地下连续墙进行成槽施工。此类工程具有如下特点：一是枢纽工程范围人流、车流量大，需分区域围蔽施工，成槽作业窗口期短；二是枢纽工程范围内保留在运营地铁车站及换乘通道等运营设施及地下管线，成槽垂直度一旦超限极易引发相邻结构失稳或管线破坏风险；三是施工沿地连墙基坑周边或线路走向（即施工推进方向）分幅、分段连续推进，各幅槽段的地质条件、泥浆性能、地下水位随施工推进方向和深度变化而动态变化。

2、现有的地连墙成槽垂直度控制方法主要依赖人工定期读取测斜仪或成槽机自带倾角显示，通过经验判断是否纠偏，存在以下不足：其一，测量与纠偏之间存在明显时间滞后，难以对成槽机抓斗姿态进行连续闭环调整；其二，未将地质阻力、泥浆密度波动、地下水位波动、相邻运营设施荷载等多源动态因素进行统一建模，垂直度趋势预测精度低；其三，未与bim模型建立双向数据链路，现场实测数据无法实时反映到数字孪生模型中，导致设计、监理、施工多方难以协同核验；其四，未建立与施工推进方向相耦合的风险预警机制，对地下交通枢纽内邻近运营设施、地下管线的保护存在盲区。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于bim的地连墙成槽垂直度动态管控方法，包括：

2、步骤s1：建立地下交通枢纽新建构筑物地连墙的bim模型，沿槽段设计深度方向划分若干监测断面，并沿施工推进方向对各幅槽段进行编号排序，确定各监测断面的设计深度坐标及对应地层的归一化地质阻力指数；

3、步骤s2：在成槽施工过程中，通过集成于bim模型的多源监测装置，按固定时间间隔采集当前监测时刻的水平偏差实测值、泥浆密度、抓斗摆动角频率、地下水位波动幅值及枢纽相邻运营设施荷载引起的附加侧向压力，并实时同步至bim模型；

4、步骤s3：根据所述水平偏差实测值与对应监测断面的设计深度，计算得到归一化垂直度偏差指数；

5、步骤s4：根据归一化地质阻力指数、抓斗摆动角频率与泥浆密度，按预设的动态偏差预测模型，计算得到预测垂直度偏差指数；

6、步骤s5：根据所述归一化垂直度偏差指数与所述预测垂直度偏差指数之间的偏差误差量及其变化率，计算得到实时纠偏控制信号，并输出至成槽机导向纠偏机构以调整抓斗姿态；

7、步骤s6：根据所述地下水位波动幅值、所述附加侧向压力及所述归一化垂直度偏差指数，按预设的风险指数模型，计算得到多因素动态风险指数，当所述多因素动态风险指数超过预设分级预警阈值时，联动bim模型触发对应等级的预警。

8、进一步的，步骤s7：根据历次所述归一化垂直度偏差指数及其置信权重、所述多因素动态风险指数，按预设的时间衰减加权融合型更新模型，计算得到bim数字孪生垂直度偏差指数，并沿施工推进方向同步写入bim模型对应槽段的构件属性，供下一监测时刻调用作为动态校核依据。

9、进一步的，步骤s8：沿槽段深度方向重复步骤s1-s7，直至达到设计总深度，判定所述bim数字孪生垂直度偏差指数是否满足预设允许偏差限值，满足时沿施工推进方向转入下一幅槽，不满足时输出纠偏建议并暂停向下一幅槽段转序，直至复核合格后生成沿施工推进方向连续的地连墙垂直度bim验收记录。

10、进一步的，动态偏差预测模型包括：

11、

12、其中，为第个监测断面在时刻的预测垂直度偏差指数，为第个监测断面的设计深度，为基准偏差系数，为深度饱和衰减系数，为第个监测断面所处地层的归一化地质阻力指数，为地质阻力指数的幂指数，为时刻抓斗摆动角频率实测值，为抓斗设计摆动角频率，为抓斗摆动频率比的幂指数，为时刻泥浆密度实测值，为泥浆设计基准密度，为泥浆密度偏差惩罚系数。

13、进一步的，计算得到实时纠偏控制信号包括：

14、

15、其中，为第个监测断面在时刻输出的实时纠偏控制信号，为导向纠偏机构最大输出修正行程，为偏差误差灵敏度增益，为第个监测断面在时刻的偏差误差量，为变化率灵敏度陡度系数，为第个监测断面偏差误差量变化率，为触发纠偏的偏差变化率阈值。

16、进一步的，计算第个监测断面在时刻的偏差误差量包括：

17、

18、计算第个监测断面偏差误差量变化率包括：

19、

20、其中，为第个监测断面在时刻的归一化垂直度偏差指数，为相邻监测时刻之间的时间间隔，为第个监测断面在时刻的归一化垂直度偏差指数。

21、进一步的，风险指数模型包括：

22、

23、其中，为第个监测断面在时刻的多因素动态风险指数，为时刻的地下水位波动幅值，为地下水位波动预警基准幅值，为时刻的附加侧向压力，为允许侧向压力限值，为允许垂直度偏差限值，为第一风险指数模型，为第二风险指数模型，为第三风险指数模型，为第一分数幂指数，为第二分数幂指数，为归一化根次，为偏差平滑项灵敏度系数。

24、进一步的，计算bim数字孪生垂直度偏差指数包括：

25、

26、其中，为第个监测断面在时刻融合更新后的bim数字孪生垂直度偏差指数，为历史数据时间衰减系数，为第个监测断面在历史时刻的实测数据置信权重，为风险修正融合增益，为符号函数，为第个监测断面在时刻的预测垂直度偏差指数，为第个监测断面在时刻的多因素动态风险指数，为第个监测断面在时刻的归一化垂直度偏差指数，为第个监测断面在历史时刻的归一化垂直度偏差指数。

27、本发明还提出一种基于bim的地连墙成槽垂直度动态管控系统，包括：

28、bim模型构建模块，用于建立地下交通枢纽新建构筑物地连墙的bim模型，沿槽段设计深度方向划分若干监测断面，并沿施工推进方向对各幅槽段进行编号排序，确定各监测断面的设计深度坐标及对应地层的归一化地质阻力指数；

29、同步模块，用于在成槽施工过程中，通过集成于bim模型的多源监测装置，按固定时间间隔采集当前监测时刻的水平偏差实测值、泥浆密度、抓斗摆动角频率、地下水位波动幅值及枢纽相邻运营设施荷载引起的附加侧向压力，并实时同步至bim模型；

30、计算模块，用于根据所述水平偏差实测值与对应监测断面的设计深度，计算得到归一化垂直度偏差指数；

31、预测模块，用于根据归一化地质阻力指数、抓斗摆动角频率与泥浆密度，按预设的动态偏差预测模型，计算得到预测垂直度偏差指数；

32、控制模块，用于根据所述归一化垂直度偏差指数与所述预测垂直度偏差指数之间的偏差误差量及其变化率，按预设的平滑闭环控制律，计算得到实时纠偏控制信号，并输出至成槽机导向纠偏机构以调整抓斗姿态；

33、预警模块，用于根据所述地下水位波动幅值、所述附加侧向压力及所述归一化垂直度偏差指数，按预设的风险指数模型，计算得到多因素动态风险指数，当所述多因素动态风险指数超过预设分级预警阈值时，联动bim模型触发对应等级的预警。

34、进一步的，校验模块，用于根据历次所述归一化垂直度偏差指数及其置信权重、所述多因素动态风险指数，按预设的时间衰减加权融合型更新模型，计算得到bim数字孪生垂直度偏差指数，并沿施工推进方向同步写入bim模型对应槽段的构件属性，供下一监测时刻调用作为动态校核依据。

35、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

36、1）通过建立动态偏差预测模型，将地质阻力、抓斗摆动频率、泥浆密度偏差等多源动态因素统一耦合，实现对地连墙成槽垂直度偏差趋势的提前量化预测，较传统人工经验判断显著提前发现偏差趋势；

37、2）通过实时纠偏控制信号，实现成槽机导向纠偏机构的平滑连续闭环控制，避免传统阈值触发式纠偏造成的机构频繁往复动作及局部超挖；

38、3）通过构建风险指数模型，将地下水位波动、枢纽相邻运营设施荷载、垂直度偏差三类异源指标统一映射为可比的无量纲风险指数，实现对地下交通枢纽内保留运营设施与地下管线的分级预警；

39、4）通过bim数字孪生垂直度偏差指数，将历次监测数据按可信度与时效性动态加权融合，并叠加风险修正项，使bim模型中的地连墙垂直度数字孪生场随施工推进方向实时同步更新，为设计、监理、施工多方提供统一、可追溯的协同数据基础。