一种基于BIM的地铁沉降监测设备快速定位方法

一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法
技术领域
1.本发明涉及地铁沉降监测技术领域，具体而言，为一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法。


背景技术：

2.由于长时间的运营使用，地铁隧道会在人为或者自然因素的作用下发生各类病害，病害的产生会影响隧道的交通及行车的安全，最终导致隧道的使用寿命减少，造成巨大的社会经济损失。随着现代科学技术的不断发展，隧道沉降监测技术已经从传统的人工监测，发展为设备监测，虽然能够实现沉降监测的目的，但是相关的数据采集、处理、图形分析等都要分别进行，工作效率不高，无法满足现在大量的监测工作需求。而在地铁运营期间，列车产生的震动、对铁轨的压力和地下水流失等问题也会影响地上的建筑物(构筑物)、地面道路、地下管网和地下建筑物，绝大部分安全事故为塌方，其主要原因之一是现场监控量测数据的不及时、不准确以及数据分析的不到位，并且目前常规的沉降测量方法设备工作程序繁杂，费时费力，费用高且测量精度低，而bim技术的发展，恰恰能改善这一问题。
3.bim(building information modeling即建筑信息化模型)技术在随结构进行监测的过程中，可以通过它自身的可视化的特性，对实际监测数据进行高效的管理与共享，提高数据管理的水平和数据管理效率，同时bim技术是贯穿于建筑结构全生命周期的全方面平台，利用bim技术参数化、可视化管理的功能，实现监测信息的可视化与信息共享，通过对地铁隧道实际的监测数据分析建立地铁隧道预测数据信息，并将预测出的监测数据信息与建立的三维模型信息建立联系，从而实现地铁沉降监测数据的可视化功能，提高对建筑项目中数据信息的管理效率，实现安全风险快速识别。
4.地铁隧道工程体量大，但其结构形式较为简单；因此，在bim技术用于隧道沉降可充分发挥bim技术参数化的优势。然而，目前就bim技术在地铁隧道沉降监测中的应用仍有诸多不足，由于地铁隧道覆盖面积较大，沉降监测设备的需要大量安装才能全面覆盖监测范围，无法精准有效的对监测设备进行分布和定位。
5.因此，我们推出一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法，旨在解决上述背景技术中，地铁隧道覆盖面积较大，沉降监测设备的需要大量安装才能全面覆盖监测范围，无法精准有效的对监测设备进行分布和定位的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法，包括以下实施步骤：
8.s1：信息查询，根据目标地铁隧道建设时勘探资料和建设设计掌握隧道的地层地理信息和结构特征,并使用超声探测仪对地铁隧道的地层进行复检；
9.s2:建立地铁隧道模型，根据目标隧道的结构特点和建设参数进行参数化模型处
理，对目标地铁隧道进行bim建模,划定隧道的不易沉降区和易沉降区；
10.s3：监测设备安装，根据监测设备的监测覆盖半径结合北斗定位对设备进行定点安装，将监测设备对线交替分布设置在隧道地面两侧；
11.s4:数据上传，监测设备通过无线信号和服务器将定位信息和地表沉降信息传输至bim可视化监测平台，bim可视化监测平台实现隧道内每个监测设备的实时监控；
12.s5：平台参数设置，在bim可视化监测平台上为隧道内每台监测设备设置统一的监测参数阈值，设定地铁隧道的沉降监测安全极限标准；
13.s6：触发报警，监测设备采集的隧道地表沉降监测数据超过设定的阈值时，bim可视化平台针对超出阈值的设备进行报警，并将该设备的定位信息发送给工作人员；
14.上述s3步骤中，监测设备安装的操作步骤如下：
15.s301：以隧道的起始端为基点，利用北斗定位构建平面格点定位模型，并将平面格点定位模型与重合对比；
16.s302：基于平面格点定位模型在bim隧道模型的各不易沉降区和易沉降区内重合域内确定监测设备的定位安装点，记录下各安装点的定位坐标；
17.s303：根据各安装点的定位坐标在隧道的不易沉降区内安装少量的监测设备，并在易沉降区内均匀间隔分布适量的监测设备，监测设备均对脚线交替设置；
18.s304：为隧道内的每个监测设备排序设定用于区分的数字身份地址，且每台监测设备的数字身份地址不重复。
19.进一步地，监测设备包括安装座和均匀固定连接于安装座底部边沿处的定位板，定位板的外壁上固定连接有可调式伸缩柱，安装座的顶部固定连接有数字显示灯箱，且安装座的底部固定连接有中控箱，可调式伸缩柱悬置于中控箱的外侧，中控箱的底部固定连接有连接柱，连接柱的底部固定连接有安装壳套，安装壳套的底部端口内活动设置有检测杆件。
20.进一步地，检测杆件包括活动套接于安装壳套内的连接球，连接球的一端延伸至安装壳套底部端口外部，连接球的底部固定连接有安装套筒，安装套筒底部端口内活动套接有检测标杆，安装套筒内的检测标杆顶部固定连接有限位盘，限位盘活动卡合于安装套筒内，且限位盘和安装套筒底板间的检测标杆外壁上缠绕设置有缓冲弹簧，检测标杆的底部固定连接有水平标板，水平标板的底部固定连接有固定悬杆，固定悬杆的底部固定连接有沉降拉板。
21.进一步地，检测标杆侧壁上的测量标线初始端设置于其外壁上靠近底部处，缓冲弹簧保持正常舒张状态时，检测标杆的测量标线初始端与安装套筒底部相平齐，安装套筒的一侧外壁上靠近底部处固定连接有固定板，固定板的下端固定连接有激光位移传感器，激光位移传感器垂直于水平标板设置，且激光位移传感器两侧的安装套筒侧壁上固定连接有l型伸缩连杆，l型伸缩连杆的下端与水平标板固定相连，水平标板顶部一侧固定连接有水准珠。
22.进一步地，安装套筒的外壁上活动设置有辅助件，辅助件包括安装环和固定连接于安装环两侧外壁上的丝杆套，丝杆套内活动设置有旋转丝杆，旋转丝杆的顶端活动连接于中控箱的底部，且安装环的内壁上开设有限位槽，限位槽内活动卡合有校正杆，校正杆末端悬置于安装环内腔，其末端固定连接有弧形校正板，弧形校正板活动卡套于安装套筒的
外壁上。
23.进一步地，校正杆包括活动卡合于限位槽的固定筒和活动套接于固定筒端口内的活动杆，固定筒内的活动杆末端固定连接有金属盘，金属盘活动卡合于固定筒内，且金属盘远离活动杆一端的外壁上边沿处固定连接有弹性部件，弹性部件另一端与固定筒内壁固定相连，弹性部件间的固定筒内壁上固定连接有电磁铁，电磁铁正对金属盘设置。
24.进一步地，数字显示灯箱两侧外壁上靠近顶部处固定连接有支撑板，支撑板顶部活动贯穿设置有移动杆，移动杆的顶部固定连接有防护顶盖，防护顶盖底部与支撑板间的移动杆外壁上缠绕设置有支撑弹簧，防护顶盖通过支撑弹簧悬置于数字显示灯箱顶部。
25.进一步地，中控箱的内部设置有控制运行的单片机，单片机电连接用于无线收发信息数据的无线收发单元，以及用于数据对比分析的对比分析模块，单片机还电连接电源模块、报警模块和数字地址显示控制单元，电源模块用于提供能源；报警模块用于在设备监测数据超过设定参数时对bim可视化平台进行报警提醒；而数字地址显示控制单元，其用于控制显示设备身份地址的数字显示灯箱的电路通断。
26.进一步地，安装座的一侧外壁上固定连接有定位件，定位件包括固定连接于安装座侧壁上的安装板和固定连接于安装板远离安装座一侧外壁上的连接头，连接头用于延伸进隧道墙体侧壁上的安装槽内，连接头卡合于安装槽内时，连接头下方安装板侧壁上的垫块贴合隧道墙体侧壁设置。
27.进一步地，连接头包括固定连接于安装板侧壁上的固定框和活动设置于安装板侧壁上定位转轴，定位转轴延伸至固定框内部，其末端固定连接有蜗轮，蜗轮远离定位转轴的一端与驱动辊一端固定相连，蜗轮底部啮合连接有蜗杆，蜗杆的一端固定连接有调节杆，调节杆的末端贯穿固定框侧壁并延伸至其外部，且固定框远离安装板一端的周向侧壁上分别开设有容纳槽，容纳槽的中部处开设有连通孔，连通孔外侧的连通孔外壁上固定连接有定位弹簧，定位弹簧的末端固定连接有磨砂板，磨砂板侧壁上对应连通孔处活动连接有活动连杆，活动连杆的另一端通过连通孔延伸至固定框，其末端活动连接于驱动辊末端侧壁边沿处，磨砂板收纳于容纳槽内时，定位弹簧保持正常舒张状态，此时，活动连杆倾斜卡合于连通孔内。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
29.1.本发明提出的一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法，通过超声检测设备扫描地层后根据地层结构、隧道建设参数和bim技术建立bim隧道模型，并划分隧道的易沉降区和不易沉降区，再结合北斗定位建立的平面格点定位模型，在bim隧道模型和平面格点定位模型的重合区内针对易沉降区和不易沉降区设计监测设备的定位安装点，并获取该点的定位坐标，随后基于记录的定位坐标在易沉降区和不易沉降区内分别定位安装不同数量的监测设备，实现对隧道易沉降点的全面精准覆盖监测，避免大量安装监测设备的问题，赋予每台监测设备唯一的数字身份地址后，监测设备实时检测隧道地层的沉降数据，并将该数据和自身定位数据上传到bim可视化监测平台上，实现对隧道沉降点的可视化监控，监测设备监测沉降数据超出设置阈值时，对bim可视化监测平台进行实时报警，bim可视化监测平台基于反馈的报警数据和定位数据通知工作人员，便于工作人员及时准确的到达该地点对隧道沉降情况进行实地勘察，实现了监测设备的精准定位，高效实用。
30.2.本发明提出的一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法，通过定位件的
设置并插接隧道墙体侧壁上的安装槽，将中控箱和检测杆件悬置于隧道地层上方，将检测杆件的沉降拉板掩埋于地层下受沉降压迫下移，沉降拉板带动水平标板和检测标杆的同步下移，并基于激光位移传感器检测水平标板的移动距离反馈bi m可视化监测平台，有效避免了监测设备安装在地层上受沉降带来的误差影响，提高了对隧道地层沉降的监测精准性，且方便工作人员的实地查看。
31.3.本发明提出的一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法，通过安装壳套和连接球将检测杆件活动安装在中控箱底部，在地层沉降拉动沉降拉板下移时，利用安装壳套和连接球的活动减小弯曲应力对检测杆件连接端造成的损伤，同时在安装套筒外壁上贴合设置辅助件，利用弧形校正板和校正杆的反向冲压抵靠，进一步抵消沉降拉板下移时弯曲应力对安装套筒造成的扭曲损伤。
附图说明
32.图1为本发明的整体实施流程图；
33.图2为本发明的监测设备安装操作流程图；
34.图3为本发明的监测设备安装结构示意图；
35.图4为本发明的监测设备整体结构示意图；
36.图5为本发明的检测杆件安装结构示意图；
37.图6为本发明的检测杆件结构示意图；
38.图7为本发明的辅助件结构示意图；
39.图8为本发明的校正杆结构示意图；
40.图9为本发明的中控箱内部架构图；
41.图10为本发明的定位件安装结构示意图；
42.图11为本发明的连接头结构示意图；
43.图12为本发明的活动连杆和驱动辊安装结构示意图。
44.图中：1、安装座；2、定位板；3、可调式伸缩柱；4、数字显示灯箱；41、支撑板；42、移动杆；43、防护顶盖；44、支撑弹簧；5、中控箱；51、单片机；52、无线收发单元；53、对比分析模块；54、电源模块；55、报警模块；56、数字地址显示控制单元；6、连接柱；7、安装壳套；8、检测杆件；801、连接球；802、安装套筒；803、检测标杆；804、限位盘；805、缓冲弹簧；806、水平标板；807、固定悬杆；808、沉降拉板；809、固定板；8010、激光位移传感器；8011、l型伸缩连杆；8012、水准珠；81、辅助件；811、安装环；812、丝杆套；813、旋转丝杆；814、限位槽；815、校正杆；8151、固定筒；8152、活动杆；8153、金属盘；8154、弹性部件；8155、电磁铁；816、弧形校正板；9、定位件；91、安装板；92、连接头；921、固定框；922、定位转轴；923、蜗轮；924、驱动辊；925、蜗杆；926、调节杆；927、容纳槽；928、连通孔；929、定位弹簧；9210、磨砂板；9211、活动连杆；93、垫块；10、隧道墙体；11、安装槽。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
46.为了解决地铁隧道覆盖面积较大，沉降监测设备的需要大量安装才能全面覆盖监测范围，无法精准有效的对监测设备进行分布和定位的问题，请参阅图1-图3，提供以下优选技术方案：
47.一种基于bim的地铁沉降监测设备快速定位方法，包括以下实施步骤：
48.s1：信息查询，根据目标地铁隧道建设时勘探资料和建设设计掌握隧道的地层地理信息和结构特征,并使用超声探测仪对地铁隧道的地层进行复检；
49.s2:建立地铁隧道模型，根据目标隧道的结构特点和建设参数进行参数化模型处理，对目标地铁隧道进行bim建模,划定隧道的不易沉降区和易沉降区；
50.s3：监测设备安装，根据监测设备的监测覆盖半径结合北斗定位对设备进行定点安装，将监测设备对线交替分布设置在隧道地面两侧；
51.s4:数据上传，监测设备通过无线信号和服务器将定位信息和地表沉降信息传输至bim可视化监测平台，bim可视化监测平台实现隧道内每个监测设备的实时监控；
52.s5：平台参数设置，在bim可视化监测平台上为隧道内每台监测设备设置统一的监测参数阈值，设定地铁隧道的沉降监测安全极限标准；
53.s6：触发报警，监测设备采集的隧道地表沉降监测数据超过设定的阈值时，bim可视化平台针对超出阈值的设备进行报警，并将该设备的定位信息发送给工作人员。
54.上述s3步骤中，监测设备安装的操作步骤如下：
55.s301：以隧道的起始端为基点，利用北斗定位构建平面格点定位模型，并将平面格点定位模型与重合对比；
56.s302：基于平面格点定位模型在bim隧道模型的各不易沉降区和易沉降区内重合域内确定监测设备的定位安装点，记录下各安装点的定位坐标；
57.s303：根据各安装点的定位坐标在隧道的不易沉降区内安装少量的监测设备，并在易沉降区内均匀间隔分布适量的监测设备，监测设备均对脚线交替设置；
58.s304：为隧道内的每个监测设备排序设定用于区分的数字身份地址，且每台监测设备的数字身份地址不重复。
59.具体的，通过超声检测设备扫描地层后根据地层结构、隧道建设参数和bim技术建立bim隧道模型，并划分隧道的易沉降区和不易沉降区，再结合北斗定位建立的平面格点定位模型，在bim隧道模型和平面格点定位模型的重合区内针对易沉降区和不易沉降区设计监测设备的定位安装点，并获取该点的定位坐标，随后基于记录的定位坐标在易沉降区和不易沉降区内分别定位安装不同数量的监测设备，实现对隧道易沉降点的全面精准覆盖监测，避免大量安装监测设备的问题，赋予每台监测设备唯一的数字身份地址后，监测设备实时检测隧道地层的沉降数据，并将该数据和自身定位数据上传到bim可视化监测平台上，实现对隧道沉降点的可视化监控，监测设备监测沉降数据超出设置阈值时，对bim可视化监测平台进行实时报警，bim可视化监测平台基于反馈的报警数据和定位数据通知工作人员，便于工作人员及时准确的到达该地点对隧道沉降情况进行实地勘察，实现了监测设备的精准定位，高效实用。
60.为了减小隧道地层沉降对监测设备产生的影响，方便工作人员进行实地查看，如图4-图6和图9-图12所示，提供以下优选技术方案：
61.监测设备包括安装座1和均匀固定连接于安装座1底部边沿处的定位板2，定位板2的外壁上固定连接有可调式伸缩柱3，安装座1的顶部固定连接有数字显示灯箱4，数字显示灯箱4两侧外壁上靠近顶部处固定连接有支撑板41，支撑板41顶部活动贯穿设置有移动杆42，移动杆42的顶部固定连接有防护顶盖43，防护顶盖43底部与支撑板41间的移动杆42外壁上缠绕设置有支撑弹簧44，防护顶盖43通过支撑弹簧44悬置于数字显示灯箱4顶部，且安装座1的底部固定连接有中控箱5，可调式伸缩柱3悬置于中控箱5的外侧，中控箱5的底部固定连接有连接柱6，连接柱6的底部固定连接有安装壳套7，安装壳套7的底部端口内活动设置有检测杆件8。
62.检测杆件8包括活动套接于安装壳套7内的连接球801，连接球801的一端延伸至安装壳套7底部端口外部，连接球801的底部固定连接有安装套筒802，安装套筒802底部端口内活动套接有检测标杆803，安装套筒802内的检测标杆803顶部固定连接有限位盘804，限位盘804活动卡合于安装套筒802内，且限位盘804和安装套筒802底板间的检测标杆803外壁上缠绕设置有缓冲弹簧805，检测标杆803的底部固定连接有水平标板806，水平标板806的底部固定连接有固定悬杆807，固定悬杆807的底部固定连接有沉降拉板808。
63.检测标杆803侧壁上的测量标线初始端设置于其外壁上靠近底部处，缓冲弹簧805保持正常舒张状态时，检测标杆803的测量标线初始端与安装套筒802底部相平齐，安装套筒802的一侧外壁上靠近底部处固定连接有固定板809，固定板809的下端固定连接有激光位移传感器8010，激光位移传感器8010垂直于水平标板806设置，且激光位移传感器8010两侧的安装套筒802侧壁上固定连接有l型伸缩连杆8011，l型伸缩连杆8011的下端与水平标板806固定相连，水平标板806顶部一侧固定连接有水准珠8012。
64.中控箱5的内部设置有控制运行的单片机51，单片机51电连接用于无线收发信息数据的无线收发单元52，以及用于数据对比分析的对比分析模块53，单片机51还电连接电源模块54、报警模块55和数字地址显示控制单元56，电源模块54用于提供能源；报警模块55用于在设备监测数据超过设定参数时对bim可视化平台进行报警提醒；而数字地址显示控制单元56，其用于控制显示设备身份地址的数字显示灯箱4的电路通断。
65.安装座1的一侧外壁上固定连接有定位件9，定位件9包括固定连接于安装座1侧壁上的安装板91和固定连接于安装板91远离安装座1一侧外壁上的连接头92，连接头92用于延伸进隧道墙体10侧壁上的安装槽11内，连接头92卡合于安装槽11内时，连接头92下方安装板91侧壁上的垫块93贴合隧道墙体10侧壁设置。
66.连接头92包括固定连接于安装板91侧壁上的固定框921和活动设置于安装板91侧壁上定位转轴922，定位转轴922延伸至固定框921内部，其末端固定连接有蜗轮923，蜗轮923远离定位转轴922的一端与驱动辊924一端固定相连，蜗轮923底部啮合连接有蜗杆925，蜗杆925的一端固定连接有调节杆926，调节杆926的末端贯穿固定框921侧壁并延伸至其外部，且固定框921远离安装板91一端的周向侧壁上分别开设有容纳槽927，容纳槽927的中部处开设有连通孔928，连通孔928外侧的连通孔928外壁上固定连接有定位弹簧929，定位弹簧929的末端固定连接有磨砂板9210，磨砂板9210侧壁上对应连通孔928处活动连接有活动连杆9211，活动连杆9211的另一端通过连通孔928延伸至固定框921，其末端活动连接于驱动辊924末端侧壁边沿处，磨砂板9210收纳于容纳槽927内时，定位弹簧929保持正常舒张状态，此时，活动连杆9211倾斜卡合于连通孔928内。
67.具体的，将连接头92插入隧道墙体10侧壁上的安装槽11内，接着旋转调节杆926，利用蜗杆925、蜗轮923和驱动辊924的配合带动活动连杆9211进行偏转，活动连杆9211偏转至水平状后将磨砂板9210顶出容纳槽927，利用磨砂板9210和安装槽11内壁的摩擦贴合对中控箱5和检测杆件8进行悬置固定，使沉降拉板808贴合地层进行掩埋，水平标板806与地层表面相平齐，可调式伸缩柱3底部接触地层进行支撑，隧道地层沉降时带动沉降拉板808下移拉动水平标板806，水平标板806下移时将检测标杆803抽出安装套筒802，安装套筒802侧壁上设置的激光位移传感器8010利用激光检测水平标板806的移动距离，并将数据反馈bim可视化监测平台，而检测标杆803的抽出移动距离显示的沉降数据便于工作人员现场查看，通过将中控箱5和检测杆件8进行悬置，避免了将设备安装在隧道地层上受沉降影响检测精准性的问题，方便快捷。
68.为了避免检测杆件8受地层沉降拖拽易扭曲受损，如图4-图5和图7-图8所示，提供以下优选技术方案：
69.安装套筒802的外壁上活动设置有辅助件81，辅助件81包括安装环811和固定连接于安装环811两侧外壁上的丝杆套812，丝杆套812内活动设置有旋转丝杆813，旋转丝杆813的顶端活动连接于中控箱5的底部，且安装环811的内壁上开设有限位槽814，限位槽814内活动卡合有校正杆815，校正杆815末端悬置于安装环811内腔，其末端固定连接有弧形校正板816，弧形校正板816活动卡套于安装套筒802的外壁上。
70.校正杆815包括活动卡合于限位槽814的固定筒8151和活动套接于固定筒8151端口内的活动杆8152，固定筒8151内的活动杆8152末端固定连接有金属盘8153，金属盘8153活动卡合于固定筒8151内，且金属盘8153远离活动杆8152一端的外壁上边沿处固定连接有弹性部件8154，弹性部件8154另一端与固定筒8151内壁固定相连，弹性部件8154间的固定筒8151内壁上固定连接有电磁铁8155，电磁铁8155正对金属盘8153设置。
71.具体的，地层沉降拖拽沉降拉板808下移时，地层靠近隧道侧壁的部分沉降速度较慢，沉降拉板808远离隧道侧壁的一端受地层沉降影响容易造成检测杆件8向外凸起弯曲，检测杆件8顶部与安装壳套7活动连接相对减小了弯曲应力带来的扭曲损坏，同时旋转丝杆813和丝杆套812带动安装环811在安装套筒802外部上下移动，弧形校正板816在校正杆815的推动下包裹安装套筒802外壁沿其凸起弯曲方向进行反向抵靠，弧形校正板816受活动杆8152对和弹性部件8154的支撑反向抵消弯曲应力，同时电磁铁8155间歇启动后会吸引金属盘8153拉动活动杆8152对弹性部件8154进行压缩，活动杆8152复位后推动活动杆8152和弧形校正板816对安装套筒802凸起弯曲方向间反向冲击，阻止安装套筒802的凸起弯曲，减小了检测杆件8的沉降弯曲损伤。
72.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
73.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。