一种基于微BIM-GIS多场耦合的堆石混凝土坝施工监测方法与流程

本发明涉及水利水电工程及岩土工程智能建造，具体涉及基于微bim-gis多场耦合的堆石混凝土坝施工监测方法。

背景技术：

1、堆石混凝土坝是一种新型筑坝技术，其原理是在堆石体孔隙中浇筑自密实混凝土，利用其自流平、自密实特性填充孔隙，形成密实坝体。该技术具有水泥用量少、水化热低、施工速度快等优点，在我国水利水电工程中应用日益广泛。

2、然而，堆石混凝土坝施工存在若干技术问题，温度应力开裂风险突出。堆石体和自密实混凝土导热系数差异明显，坝体内部温度场分布不均匀，施工期水化热释放与堆石体吸热之间的动态平衡难以精确控制，易在强约束区产生温度裂缝。堆石体密实度控制难度大。堆石体级配、压实程度、含水率等因素影响自密实混凝土流动填充效果，现有检测手段多为事后检测，缺乏施工过程中的实时反馈和动态调控。多源数据孤岛化严重。设计图纸、施工记录、传感器数据、定位数据等存储于不同系统，缺乏统一融合平台，难以形成全局施工态势。数值模拟与现场脱节。现有bim模型参数基于设计值，不能反映材料参数的时变特性；有限元分析多为单一物理场独立分析，忽略多场耦合效应，仿真结果与工程实际偏差大。决策响应滞后。监测数据异常时需人工分析、调用模型、制定方案，耗时长，难以满足快速决策需求。

3、针对上述问题，现有监测系统仅实现bim与监测数据的简单叠加，未涉及多场耦合分析和动态参数修正，侧重于设备定位和物料管理，未涉及微bim精细化构建和多场耦合仿真。因此，需要一种整合微bim、gis、多场耦合、数字孪生和智能决策的综合方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于微bim-gis多场耦合的堆石混凝土坝施工监测方法，以解决数据孤岛、模型脱节、多场耦合不足和决策滞后等技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于微bim-gis多场耦合的堆石混凝土坝施工监测方法，其中所述堆石混凝土坝包括由若干水平分层浇筑单元依次叠合浇筑构成的坝体本体，每一所述分层浇筑单元自下而上依次包括堆石骨架层和自密实混凝土充填层，所述堆石骨架层由主堆石料和嵌缝料经嵌锁增强工艺构筑而成；所述堆石骨架层内部还嵌固有层间锚固筋网，所述层间锚固筋网包括若干竖向锚筋和连接于所述竖向锚筋上端的水平钢筋网片，所述竖向锚筋的下端锚入当前分层浇筑单元下方的已完成浇筑并初凝的所述自密实混凝土充填层内；

4、包括以下步骤：

5、s1. 构建基于微bim的动态模型：根据设计图纸和地质报告，建立包含坝体几何形状、堆石级配、混凝土配比、冷却水管布置以及层间锚固筋网的微bim模型；所述动态模型内置材料参数库，并根据施工过程中实时采集的混凝土温度、坍落度和堆石含水率数据，采用动态修正方法自动更新参数，使模型反映实际材料特性变化；

6、s2. 构建基于gis的定位与感知网络：利用高精度gnss基站和全站仪建立厘米级场地基准，再通过gis平台集成宏观地形、施工设备位置、物料信息以及由预埋在坝体关键部位的分布式光纤温度传感器、渗压计和土压力盒组成的传感数据，形成统一的空间感知体系；

7、s3. 构建微bim-gis融合数字孪生体：将步骤s1的动态模型参数、步骤s2的定位与传感数据通过通信网络实时传至服务器，采用时间对齐和坐标转换方法将不同来源的数据配准到微bim模型坐标系下；利用规则判断与统计异常识别相结合的方法自动检测施工中的异常事件，并将异常标记附着于数字孪生体的相应构件上；

8、s4. 多场景动态仿真与施工数据监测：基于所构建的数字孪生体，建立考虑温度、应力、渗流的多场相互影响的有限元分析模型，模拟浇筑、温控、碾压填筑的施工场景；在实际铺筑过程中，先将所述主堆石料按设计层厚铺设形成主体骨架网络，随后在所述主堆石料的空隙中同步振入所述嵌缝料，使所述嵌缝料在激振力作用下强迫填充并楔入所述主堆石料的块石接触点周边的楔形空隙内，将点接触转化为面接触或多点接触，形成大石嵌小石、逐级填充的多级嵌锁密实结构；

9、s5. 监测反馈和实时施工调整：将实时施工数据传入微bim-gis融合数字孪生体中，进行施工实时监测，并针对每一分层浇筑单元设置温度阈值、渗透压力阈值和土压力阈值；施工过程中，根据实时监测数据对当前层及下一层的施工参数进行逐步分层调整，通过上述温度、渗透压力、土压力的联动监测与分层逐步调整，确保每一分层单元的质量，并动态优化后续施工参数，实现施工全过程的自适应控制；

10、s6. 可视化决策输出：利用虚拟现实或增强现实技术，将仿真结果与实时监测数据叠加显示在数字孪生体上；系统内置的决策引擎根据预设规则和仿真预测自动生成施工建议，并以可视化的方式推送给现场管理人员，实现智能管控。

11、另外，s4中还包括在铺设所述主堆石料时，所述主堆石料围绕所述竖向锚筋和所述水平钢筋网片形成的网格空隙进行堆放，以使所述层间锚固筋网被嵌固、包裹于所述堆石骨架层内部；所述自密实混凝土充填层采用高抗分离自密实混凝土浇筑而成，该高抗分离自密实混凝土自所述堆石骨架层顶面均匀下料，依靠自重和高流动性自流填充于所述堆石骨架层的全部空隙中，并穿越、裹覆所述竖向锚筋和所述水平钢筋网片，在混凝土内部设置冷却水管网。

12、s4中还包括所述坝体本体内分层布设有由多个检测装置构成的监测网，所述检测装置包括刚性外套筒，以及封装于所述刚性外套筒上的一体化集成传感模块，所述传感模块至少集成有分布式光纤温度传感器、渗压计及土压力盒，用以同步、原位地采集同一测点上的温度、渗透压和应力的参数数据。

13、s5中还包括在温度控制场景中，在每个分层单元内，当分布式光纤温度传感器检测到混凝土内部温度超过设定的温度阈值时，系统自动调节冷却水管网的通水流量、进水温度或通水时长，使温度回落至安全区间；同时，若预测该层后续龄期拉应力可能超过混凝土抗拉强度，则提前调整下一层单元的混凝土配合比或延长层间间隔时间，以降低水化热叠加效应；

14、s5中还包括在渗透压力控制场景中，当渗压计检测到某一分层单元内的渗透压力超过阈值，表明该区域堆石骨架密实度不足或自密实混凝土填充存在空隙通道；此时系统自动触发调整，对当前层尚未覆盖的区域增加振动碾压遍数，或在下一层堆石铺筑时适当减小主堆石料的最大粒径、增加嵌缝料用量，以提升骨架密实度；

15、在土压力控制场景中，当土压力盒监测到的竖向土压力或侧向土压力偏离设计值，实测压力低于理论值，表明堆石体压实度不够；或压力突变，可能发生局部坍塌或应力集中，系统根据偏差大小和位置，实时调整当前层及下一层的碾压参数，确保堆石体在后续充填过程中保持稳定；对于检测到的局部应力集中区域，在下一层铺设时在该区域上方增设局部加强钢筋网或增加锚筋密度，以分散应力。

16、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

17、（1）实现了微观构件级数字孪生与宏观施工环境的深度融合，通过微bim模型的动态修正算法与gis多源异构感知数据在统一坐标框架下的时间与空间双重精确配准，首次将堆石混凝土坝的监控粒度由大体积实体细化至层间锚固筋网、冷却水管、多级嵌锁石块接触点等微观构造层次，解决了传统监测体系中监测对象与真实力学构造映射关系模糊不清的难题。

18、（2）建立了温度-渗流-应力多场耦合的全施工周期动态仿真与异常诊断能力，区别于仅依赖单一物理量阈值告警的现有技术，本发明在数字孪生体中并行运行三场耦合的有限元仿真引擎，能够前瞻性地揭示连锁劣变机制，并通过规则与统计结合的异常识别模型，在施工异常初期即实现构件级的精准定位与成因辨识。

19、（3）构筑了分层逐级联动的自适应闭环控制体系，克服了当前施工调控依赖人工判识和滞后干预的局限，针对堆石混凝土坝分层浇筑的特点，实现了全施工流程的自适应、自优化质量控制。

20、（4）显著提升了大坝整体结构抗渗与力学性能，通过多级嵌锁密实工艺与层间锚固筋网的一体化裹覆浇筑，并结合监测反馈对嵌缝料用量和最大粒径等参数的动态微调，提升了坝体堆石骨架的咬合度和自密实混凝土填充的密实度，使坝体的整体抗渗性能和层间结合强度得到系统性提升。