基于激光點(diǎn)云技術(shù)的隧道監(jiān)控量測(cè)BIM應(yīng)用研究

李夢(mèng)城 牛茂欽 周鵬 重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶市 400074

一、引言

激光點(diǎn)云技術(shù)最初在機(jī)械、制造行業(yè)運(yùn)用較多,后來(lái)以一種高新測(cè)量技術(shù)身份出現(xiàn).它以非接觸性、主動(dòng)性、高精度與高數(shù)據(jù)密度的方式快速獲取各式各樣物體表面的空間三維信息.該技術(shù)可與可視化、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、虛實(shí)結(jié)合等技術(shù)結(jié)合【1】.

隧道工程中地質(zhì)復(fù)雜和信息的傳遞缺乏帶來(lái)了施工中很難預(yù)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)施工過(guò)程中大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理與可視化運(yùn)用,加快信息的實(shí)時(shí)共享,是信息化監(jiān)測(cè)發(fā)展的趨勢(shì).

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)局限于二維的圖紙,在實(shí)際工程中帶來(lái)了大量的紙質(zhì)資料,二維資料很難直觀反映施工問(wèn)題的難易程度,資料的查看與管理也給施工單位、業(yè)主帶來(lái)麻煩,BIM技術(shù)與點(diǎn)云的結(jié)合就是為了解決這種信息桎梏與二維局限性問(wèn)題而順勢(shì)產(chǎn)生.把點(diǎn)云技術(shù)作為模型獲取數(shù)據(jù)渠道的基礎(chǔ)上,結(jié)合BIM技術(shù)對(duì)隧道監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成與可視化,提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理效率,也可為運(yùn)營(yíng)階段的病害整治提供解決手段.

二、工程概況

隧道位于重慶市奉節(jié)縣朱衣鎮(zhèn)內(nèi),全長(zhǎng)884m均為富水軟弱Ⅴ級(jí)圍巖,順層及順層偏壓、巖溶、巖堆等不良地質(zhì),巴東組一段泥灰?guī)r夾泥巖為巖層性狀,弱~中等為巖溶發(fā)育程度.在施工過(guò)程中雖然采用了三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法及多次地質(zhì)預(yù)報(bào)及加固支護(hù)措施,但是仍發(fā)生多次拱頂下沉預(yù)警及地表沉陷,施工進(jìn)度也極度緩慢,為提供隧道實(shí)時(shí)圍巖變形情況及監(jiān)測(cè)信息的可視化顯示,在隧道監(jiān)控量測(cè)中聯(lián)合運(yùn)用BIM與點(diǎn)云技術(shù)加快隧道監(jiān)控量測(cè)信息化發(fā)展.

三、基于點(diǎn)云技術(shù)的隧道監(jiān)測(cè)BIM模型建立

采用天寶TX5三維激光掃描儀對(duì)隧道進(jìn)行站點(diǎn)布設(shè)、靶標(biāo)布設(shè)、掃描之后,對(duì)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后,通過(guò)設(shè)計(jì)施工資料、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息創(chuàng)建的點(diǎn)云隧道監(jiān)測(cè)BIM模型【2】.建立的該模型可以精確的將可視化的監(jiān)測(cè)信息與修正后的實(shí)際隧道模型融入,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工指導(dǎo)、資料管理、可視化展示帶來(lái)了便利.

(一)基于點(diǎn)云隧道BIM模型建立

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、施工資料,并選用采用CATIA軟件,建立的 BIM模型精度LOD為350,創(chuàng)建隧道模型根據(jù)里程+左右幅+襯砌類(lèi)型+構(gòu)件拆分類(lèi)型的方式命名構(gòu)件名稱(chēng).三維模型包括洞門(mén)、明洞、暗洞、排水部分.根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙各種斷面類(lèi)型,創(chuàng)建各種隧道模型部件,達(dá)到快速建模的目的.利用CATIA軟件快速模板化創(chuàng)建模型段落.隧道模型要滿(mǎn)足施工圖精度與施工工序要求,隧道模型采用骨架文件進(jìn)行驅(qū)動(dòng),其中骨架文件包含路線信息、草圖及參數(shù).

采集隧道區(qū)域10kmX4km的測(cè)繪數(shù)據(jù),創(chuàng)建正射影像與數(shù)字高程模型.利用Skyline軟件結(jié)合金字塔技術(shù)集成正射影像與數(shù)字高程模型,得到三維地表精細(xì)模型【3】.地質(zhì)建模過(guò)程主要是根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪資料結(jié)合已有的縱橫斷面建立地層面,地層面再通過(guò)布爾運(yùn)算剖切體得到地質(zhì)體.創(chuàng)建三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工模型,賦予施工模擬時(shí)間參數(shù),三維隧道模型經(jīng)過(guò)CATIA軟轉(zhuǎn)化為施工模型.設(shè)計(jì)模型與實(shí)際模型的誤差經(jīng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比找到后整合得到更真實(shí)高精度隧道模型.

(二)基于點(diǎn)云隧道監(jiān)測(cè)BIM模型建立

1.必測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容信息導(dǎo)入BIM模型.把拱頂下沉點(diǎn)、周邊收斂點(diǎn)、地表沉降點(diǎn)的族模型導(dǎo)入建立好的點(diǎn)云隧道監(jiān)測(cè)模型中,對(duì)族文件添加附加信息,包括初測(cè)日期、觀測(cè)時(shí)間、掌子面開(kāi)挖進(jìn)度與測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況、基于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)、有無(wú)預(yù)警信息、在紙質(zhì)監(jiān)測(cè)資料中體現(xiàn)的變形信息、及對(duì)設(shè)計(jì)與施工的反饋信息.

2.選測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容信息導(dǎo)入BIM模型.把圍巖壓力、混凝土內(nèi)力、及滲水壓力及其它構(gòu)件內(nèi)力的相關(guān)信息模型通過(guò)三維坐標(biāo)導(dǎo)入監(jiān)測(cè)模型中,附上缺項(xiàng)整治專(zhuān)項(xiàng)信息,進(jìn)行問(wèn)題的跟蹤導(dǎo)向.

3.地質(zhì)素描及數(shù)碼成像、裂縫信息導(dǎo)入BIM模型.根據(jù)點(diǎn)云技術(shù)掃描到的裂縫等相關(guān)族模型定位信息,再附上標(biāo)簽,主要信息有:掌子面尺寸、涌水狀態(tài)、節(jié)理信息、巖石風(fēng)化程度、巖體完整程度等信息,通過(guò)對(duì)開(kāi)挖面掌子面的數(shù)碼成像照片匹配到模型中,達(dá)到病害整治對(duì)隧道其它部位影響的可視化目的.

四、結(jié)束語(yǔ)

本文的研究可為激光點(diǎn)云-BIM技術(shù)聯(lián)合體在隧道監(jiān)控量測(cè)中應(yīng)用,提供一個(gè)很好的參考和研究基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)信息的高效流轉(zhuǎn)與利用,強(qiáng)化了BIM技術(shù)的作用,最大化模型的價(jià)值,更好地為解決了施工階段數(shù)據(jù)的管理與可視化問(wèn)題.促進(jìn)智能化、科技化的隧道監(jiān)控量測(cè)向前邁進(jìn).使測(cè)量過(guò)程愈加清晰可見(jiàn),連接工程信息化中虛擬與現(xiàn)實(shí)的紐帶【4】.