一种基于BIM技术的隧道智能防排水系统的制作方法

一种基于bim技术的隧道智能防排水系统
技术领域
1.本实用新型涉及隧道防排水领域，特别是一种基于bim技术的隧道智能防排水系统。


背景技术：

2.近年来，我国城市隧道建设步伐加快，尤其在土地资源紧缺的大中城市，城市隧道有效的提高了土体利用率并减少了环境污染。对于城市隧道而言，机动车在隧道内高速度、低能耗和安全高效地运营也是符合目前低碳生活的倡导。考虑使用功能的多样性和地理位置的特殊性，城市隧道存在一些显著特点，地形、城市规划用地及既有构（建）筑物的限制，既有线路和地面建筑的使用需要，使得城市隧道在施工和运营维护期间都将面临诸多挑战。在对我国施工期间初期支护发生安全问题的57座隧道进行统计后发现，除人为因素引起的施工质量问题外，水害问题（地下水、降雨等）对隧道工程安全影响最为普遍，由地下水引发的安全问题占隧道总数的58%。隧道一旦出现水问题，可能导致隧道外地下水大量流失、地下水位下降、地表水源枯竭，伴随着水土流失、植被破坏、地面塌陷等发生。解决隧道水问题将有助于隧道结构安全、延长其使用寿命、保护周围生态环境，已成为影响隧道工程成败的关键因素。
3.目前我国城市隧道主要采用3种防排水体系：1）采用以泄水、疏水为主的泄水型或引流自排型体系，通过降低衬砌背后的地下水位以减小衬砌背后水压力，但这种方法易造成地下水位不可控的下降，影响地表植被，对环境造成破坏；2）全包防水体系，将地层渗水隔离于隧道二次衬砌之外，提高复合式衬砌的防水能力，但这种方法会增大隧道结构承受的水压力荷载，对城市隧道长期运营不利；3）防排结合的控制型防水体系，通常采用半包防水方式，允许地下水部分排放，既能保证结构安全，又能降低衬砌背后的水压力，但这种方法难以掌握水压力—排水量的平衡性。以上3种城市隧道防排水模式都存在一定弊端，防排水量难以控制，因此需要一种智能化的城市隧道防排水系统。
4.隧道工程领域普遍认为bim技术已经成为信息化建设的重要技术支撑，是城市隧道运营管理的重要标识，也是未来发展的主流趋势。因此，有必要构建一种基于bim技术的隧道智能防排水系统及方法，使运维方能够实时清晰、直观的掌握城市隧道水压力分布情况，并能够通过控制城市隧道的防排水量以达到隧道结构的受力要求，能显著提高城市隧道管理的数字化、可视化和智能化水平。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种基于bim技术的隧道智能防排水系统及方法，为城市隧道的水压力分布情况和结构受力状态进行实时监控，并在出现防排水问题时及时预警报备和有效控制，以城市隧道运营阶段的健康状态。
6.为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：
7.本实用新型的第一个目的是要提供一种基于bim技术的隧道智能防排水系统，包
括隧道水压力
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排水量控制模块，以及与所述隧道水压力
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排水量控制模块相连接的服务器模块和vr交互模块，所述服务器模块分别与所述隧道水压力监控管理模块和隧道排水管理系统模块连接，所述隧道水压力监控管理模块与水压力传感器模块相连，所述水压力传感器模块通过现场数据采集与传输模块和所述服务器模块连接，所述隧道排水管理系统模块与电子阀门系统模块连接，所述电子阀门系统模块通过运营水压力健康预警模块和所述服务器模块连接；
8.所述隧道水压力
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排水量控制模块，集成有城市隧道的bim模型、管理信息、服役年限寿命信息，用于决策人员在城市隧道运营期对水压力数据的实时掌控；以及与所述vr交互模块互联，用于管理人员在bim模型中的城市隧道三维交互体验；所述隧道水压力
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排水量控制模块与所述服务器模块互联互动，用于接受服务器模块的辅助决策信息并在城市隧道运营期间对服务器模块下达指令；
9.所述vr交互模块，用于将城市隧道bim模型引入vr设备中，使决策人员通过虚拟场景置身于预制隧道运营现场，在vr设备中实现模拟防排水决策，制定防排水方案的决策功能；
10.所述服务器模块，用于储存所述现场数据采集与传输模块提供的水压力监控数据，并根据水压力实际情况对运营区间城市隧道的力学行为进行分析预测，同时还作为所述隧道水压力
‑
排水量控制模块的控制核心，用于实现现场水压力数据及时上传和互联互通，接受所述运营水压力健康预警模块提供的城市运营情况，通过交互设计辅助隧道水压力
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排水量控制模块发出指令；
11.所述隧道水压力监控管理模块，用于接受和分析所述隧道水压力
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排水量控制模块通过所述服务器模块传输的城市隧道bim模型相关信息，并监控并储存水压力
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排水量平衡相关数据，并通过所述服务器模块辅助隧道水压力
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排水量控制模块做出决策指令；
12.所述水压力传感器模块，用于记录储存城市隧道监测点水压力数据并在城市隧道bim模型上进行标识，上传至所述现场数据采集与传输模块；
13.所述现场数据采集与传输模块，用于并分析城市隧道运营过程中隧道各监测点位置水压力是否规范要求和实际需要，将整合了水压力分布云图的城市隧道bim模型上传至所述服务器模块；
14.所述隧道排水管理系统，用于接受和分析所述隧道水压力
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排水量控制模块通过所述服务器模块传输的排水指令，通过打开或关闭电子阀门控制城市隧道当前水压力状态；
15.所述电子阀门系统模块，用于接受隧道排水管理系统下达的排水指令，通过打开和关闭电子阀门控制隧道实际排水量，并将排水量数据传输至所述运营水压力健康预警模块；
16.所述运营水压力健康预警模块，用于记录并储存城市隧道排水量，并与城市隧道的理想水压力状态进行对比，一旦城市隧道出现水压力与排水量不平衡，则将分析结果储存上传至所述服务器模块，并将水压力超标的具体位置和具体数值表示在城市隧道bim模型对应位置以辅助决策者选择适宜的排水方案。
17.进一步地，所述电子阀门系统模块由城市隧道初期支护、电子阀门、二次衬砌、环向排水盲管、隧道中心排水沟和排水侧沟组成，用于通过控制不同位置的电子阀门控制城
市隧道的排水量以达到调整水压力的目的。
18.本实用新型的第二个目的是要提供一种基于bim技术的隧道智能防排水系统的智能防排水方法，包括以下步骤：
19.s1、通过所述隧道水压力
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排水量控制模块，获取根据设计图纸所成的城市隧道bim模型，并通过所述服务器模块计算城市隧道所需水压力与排水量需求，并将城市隧道水压力要求传输至所述运营水压力健康预警模块；
20.s2、基于s1所提供的城市隧道bim模型，通过所述隧道水压力监控管理模块获取所述水压力传感器模块提供的城市隧道水压力数据；
21.s3、基于s2通过所述水压力传感器模块获取城市隧道特征位置的水压力数据，并上传至所述现场数据采集与传输模块；
22.s4、基于s3，所述现场数据采集与传输模块分析城市隧道运营过程中隧道各监测点位置水压力是否规范要求和实际需要，并将整合了水压力分布云图的城市隧道bim模型上传至所述服务器模块；
23.s5、基于s4，所述服务器模块根据城市隧道水压力数据制定城市隧道防排水方案并对所述隧道排水管理系统下达排水指令；
24.s6、基于s5，所述电子阀门系统模块接受所述隧道排水管理系统指令，开合电子阀门达到排水目的，并将排水量实时传输至所述运营水压力健康预警模块；
25.s7、基于s6，所述运营水压力健康预警模块记录并储存所述运营水压力健康预警模块提供的城市隧道排水量，并与城市隧道的理想水压力状态进行对比，一旦城市隧道出现水压力与排水量不平衡，则将分析结果储存上传至所述服务器模块，并将水压力超标的具体位置和具体数值表示在城市隧道bim模型对应位置以辅助决策者选择适宜的排水方案；
26.s8、基于以上所有步骤，所述vr交互模块，实现将城市隧道bim模型引入vr设备中，使决策人员通过虚拟场景置身于预制隧道运营现场，在vr设备中实现模拟防排水决策、制定防排水方案的决策。
27.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
28.1）本实用新型的核心为隧道水压力
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排水量控制模块，通过建立城市隧道bim模型，可以实现城市隧道水压力的全过程动态监控，让决策者和管理者全局掌握，并基于bim模型实现城市隧道的电子化、信息化管理；
29.2）基于bim技术，能够提高城市隧道管理水平，确保运营期隧道水压力作用下隧道结构安全性；
30.3）能够对城市隧道运营期阶段水压力与排水量进行动态监控，及时发现相关水害问题并有效防治与处理，调用相关文件查明症结并归因，达到城市隧道运营阶段的高效管理。
附图说明
31.图1是本实用新型的系统结构框图。
32.图2是本实用新型的电子阀门系统模块。
具体实施方式
33.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定实用新型。
34.本实用新型可适用于城市隧道、公路隧道和铁路隧道等。如图1所示，为本实施例的一种基于bim技术的隧道智能防排水系统结构框图，包括隧道水压力
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排水量控制模块1，以及与所述隧道水压力
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排水量控制模块1相连接的服务器模块和vr交互模块2，所述服务器模块4分别与所述隧道水压力监控管理模块3和隧道排水管理系统模块5连接，所述隧道水压力监控管理模块3与水压力传感器模块301相连，所述水压力传感器模块301通过现场数据采集与传输模块302和所述服务器模块4连接，所述隧道排水管理系统模块5与电子阀门系统模块501连接，所述电子阀门系统模块501通过运营水压力健康预警模块502和所述服务器模块4连接；
35.所述隧道水压力
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排水量控制模块1，集成有城市隧道的bim模型、管理信息、服役年限寿命信息，用于实现决策人员在城市隧道运营期对水压力数据的实时掌控，以及与所述vr交互模块互2联，用于实现管理人员在bim模型中的城市隧道三维交互体验，所述隧道水压力—排水量控制模块1与所述服务器模块4互联互动，用于接受服务器模块4的辅助决策信息并在城市隧道运营期间对服务器模块4下达指令。
36.所述vr交互模块2，用于实现将城市隧道bim模型引入vr设备中，使决策人员通过虚拟场景置身于预制隧道运营现场，在vr设备中实现模拟防排水决策，制定防排水方案的决策功能；
37.所述服务器模块4，用于储存所述现场数据采集与传输模块302提供的水压力监控数据，并根据水压力实际情况对运营区间城市隧道的力学行为进行分析预测；同时还作为所述隧道水压力
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排水量控制模块1的控制核心，用于实现现场水压力数据及时上传和互联互通，接受所述运营水压力健康预警模块502提供的城市运营情况，通过交互设计辅助隧道水压力
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排水量控制模块1发出指令。
38.所述隧道水压力监控管理模块3，用于接受和分析所述隧道水压力
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排水量控制模块1通过所述服务器模块4传输的城市隧道bim模型相关信息，并监控并储存水压力与排水量平衡相关数据，与所述水压力传感器模块301相连，并通过所述服务器模块4辅助隧道水压力
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排水量控制模块1做出决策指令。
39.所述水压力传感器模块301，用于记录储存城市隧道监测点水压力数据并在城市隧道bim模型上进行标识，进一步的，上传至所述现场数据采集与传输模块302。
40.所述现场数据采集与传输模块302，用于并分析城市隧道运营过程中隧道各监测点位置水压力是否规范要求和实际需要，进一步的，将整合了水压力分布云图的城市隧道bim模型上传至所述服务器模块4。
41.所述隧道排水管理系统5，用于接受和分析所述隧道水压力
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排水量控制模块1通过所述服务器模块4传输的排水指令，与电子阀门系统模块501相连，通过打开或关闭电子阀门控制城市隧道当前水压力状态。
42.本实施例中，所述电子阀门系统模块501用于接受隧道排水管理系统模块5下达的排水指令，通过打开和关闭电子阀门控制隧道实际排水量，并将排水量数据传输至所述运
营水压力健康预警模块502；具体地，如图2所示，该电子阀门系统模块501由城市隧道初期支护503、电子阀门504、二次衬砌505、环向排水盲管506、隧道中心排水沟507和排水侧沟508组成，其可以通过控制不同位置的电子阀门504能够控制城市隧道的排水量以达到调整水压力的目的；本实施例中的电子阀门504结构简单，易维护，可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。在市面上有成熟的技术可以直接运用。
43.所述运营水压力健康预警模块502，用于记录并储存城市隧道排水量，并与城市隧道的理想水压力状态进行对比，一旦城市隧道出现水压力与排水量不平衡，则将分析结果储存上传至所述服务器模块，4并将水压力超标的具体位置和具体数值表示在城市隧道bim模型对应位置以辅助决策者选择适宜的排水方案。
44.进一步的，所述服务器模块4通过所述运营水压力健康预警模块502和所述现场数据采集与传输模块302对水压力传感器、电子阀门和所述隧道水压力—排水量控制模块的1工作状态进行实时监控，用于识别各模块是否处于正常工作状态。
45.另外，本实施例还提供一种基于bim技术的隧道智能防排水系统的智能防排水方法，具体步骤如下：
46.s1、通过所述隧道水压力
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排水量控制模块1，获取根据设计图纸所成的城市隧道bim模型，并通过所述服务器模块4计算城市隧道所需水压力与排水量需求，并将城市隧道水压力要求传输至所述运营水压力健康预警模块502；
47.s2、基于s1所提供的城市隧道bim模型，通过所述隧道水压力监控管理模块3获取所述水压力传感器模块301提供的城市隧道水压力数据；
48.s3、基于s2通过所述水压力传感器模块301获取城市隧道特征位置的水压力数据，并上传至所述现场数据采集与传输模块302；
49.s4、基于s3，所述现场数据采集与传输模块302分析城市隧道运营过程中隧道各监测点位置水压力是否规范要求和实际需要，并将整合了水压力分布云图的城市隧道bim模型上传至所述服务器模块4；
50.s5、基于s4，所述服务器模块4根据城市隧道水压力数据制定城市隧道防排水方案并对所述隧道排水管理系统5下达排水指令；
51.s6、基于s5，所述电子阀门系统模块501接受所述隧道排水管理系统5指令，开合电子阀门504达到排水目的，并将排水量实时传输至所述运营水压力健康预警模块502；
52.s7、基于s6，所述运营水压力健康预警模块502，记录并储存所述运营水压力健康预警模块502提供的城市隧道排水量，并与城市隧道的理想水压力状态进行对比，一旦城市隧道出现水压力与排水量不平衡，则将分析结果储存上传至所述服务器模块4，并将水压力超标的具体位置和具体数值表示在城市隧道bim模型对应位置以辅助决策者选择适宜的排水方案。
53.s8、基于以上所有步骤，所述vr交互模块2，实现将城市隧道bim模型引入vr设备中，使决策人员通过虚拟场景置身于预制隧道运营现场，在vr设备中实现模拟防排水决策，制定防排水方案的决策。
54.需要说明的是，本实用新型的技术方案中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的
计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。
55.本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。