一种综合管廊信息预警系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种综合管廊信息预警系统及方法，该系统包括：应变传感器、应力传感器、土压力盒、钢筋应力计、水压力传感器、水位计、计算机。计算机中设有：地基土层预警单元、管廊垫层预警单元、管廊衬砌结构预警单元。本发明有助于综合管廊建造过程信息化，利用参数化设计软件建立综合管廊的三维信息模型，具有便于修改，三维可视，准确输出市政综合管廊施工图的特点，另外本发明具有工程预判报警功能，在工程中应用能够监控综合管廊在施工过程中的各项指标并实时给出预警，以便施工人员及时调整施工。有利于设计人员合理施工，减少审图工作，减少返工和设计变更，做到现场准确施工，保证地下管廊净空高度，便于综合管廊使用过程中的检修与维护。
【专利说明】
一种综合管廊信息预警系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于建设工程信息化技术领域，具体涉及一种综合管廊信息预警系统及方法。
【背景技术】
[0002]市政综合管廊的建设在我国还处于起步阶段，由于其独有的优势得到了越来越多设计人员的关注。传统管廊二维设计包含管廊平剖面图，完全由设计人员依靠想象绘制，由于管线众多且穿插频繁，会在调整管线标高时产生连锁反应，即调整一处碰撞又会产生新的碰撞，这种错误在二维设计中很容易被忽略。设计人员仅靠想象来设计绘制平剖面，极易出现错漏并造成施工过程中的困扰，即便设计人员思路清晰，复杂的二维图纸在汇报时也会带来困扰，业主无法快速理解设计人的意愿，造成沟通上的不便。
[0003]综合管廊传统建造过程信息化程度低，施工现场与设计技术人员相对脱节，对于施工现场出现的突发情况，技术人员无法及时获取信息进行处理，使得出现的工程问题无法及时解决，造成一定的损失。对于地下结构，由于技术人员难以获得地下情况，地基土层和结构的物理力学参数未知，造成施工质量难以保证，对出现的质量事故难以修复等问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种综合管廊信息预警系统及方法。
[0005]本发明的技术方案是:
一种综合管廊信息预警系统，包括:
应变传感器:铺设在管廊垫层与地基土层之间，实时采集地基土层顶部的应变值；应力传感器:铺设在管廊衬砌结构顶板上表面和下表面、管廊衬砌结构竖板内表面和外表面，实时采集管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值；
土压力盒:安装在综合管廊施工开挖基坑底部和侧壁，实时采集基坑土压力值；
钢筋应力计:安装在管廊衬砌结构内的受力钢筋上，实时采集管廊衬砌结构的钢筋应力值；
水压力传感器:铺设在管廊垫层底部，实时采集管廊垫层的水压力值；
水位计:安装在管廊垫层底部，实时采集管廊垫层底部的地下水位；
计算机:根据建造工艺要求和建造场地条件建立地基土层三维模型、管廊垫层三维模型、管廊衬砌结构三维模型，将各三维模型拼装生成综合管廊整体三维模型，根据综合管廊施工过程中土压力值、地基土层顶部的应力值、管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值、地基土层顶部的应变值、管廊衬砌结构的钢筋应力值，对综合管廊进行信息预警。
[0006]所述计算机中设有:
地基土层预警单元:建立基于数据驱动的地基土层三维模型，根据地基土的重度、含水率、内摩擦角、黏聚力，计算土压力理论值，施工过程中根据基坑土压力值对地基土层三维模型进行标识，数值越大标识的颜色越深，基坑土压力值超过土压力理论值时，则将地基土层三维模型中对应位置高亮显示预警；
管廊垫层预警单元:建立基于数据驱动的管廊垫层三维模型，根据采集的地基土层顶部的应变值，判断管廊垫层是否有应变值突变，是，则综合管廊有发生不均匀沉降的风险，在管廊垫层三维模型中的突变处高亮显示预警，并输出突变处位置信息，否则，没有发生不均匀沉降的风险；当管廊垫层某处地下水位超过管廊底部标高时，根据水压力值进行抗浮验算，若验算不合格，将该处在管廊垫层三维模型高亮显示预警，并输出位置信息；
管廊衬砌结构预警单元:根据管廊断面形状、仓位数目、沉降缝位置信息构建不同的基于数据驱动的管廊衬砌结构三维模型，管廊衬砌结构顶板的应力、竖板的应力、或者钢筋应力值超过设定阈值，则管廊衬砌结构三维模型相应部位高亮显示预警。
[0007]利用所述的综合管廊信息预警系统进行综合管廊信息预警的方法，包括:
建立地基土层三维模型、管廊垫层三维模型、管廊衬砌结构三维模型，将各三维模型拼装生成综合管廊整体模型；
地基土层施工过程中，根据地基土的重度、含水率、内摩擦角、黏聚力，计算土压力理论值，在综合管廊施工开挖基坑底部和侧壁安装土压力盒，实时采集基坑土压力值;地基土层施工过程中根据基坑土压力值对地基土层三维模型进行标识，数值越大标识的颜色越深；基坑土压力值超过土压力理论值时，则将地基土层三维模型中对应位置高亮显示预警，否则开展管廊垫层施工过程；
管廊垫层施工过程中，在管廊垫层与地基土层之间铺设应变传感器，在管廊垫层底部铺设水压力传感器、水位计，实时采集管廊垫层的水压力值、管廊垫层底部的地下水位;根据采集的地基土层顶部的应变值，判断管廊垫层是否有应变值突变，是，则综合管廊有发生不均匀沉降的风险，在管廊垫层三维模型中的突变处高亮显示预警，并输出突变处位置信息，否则，没有发生不均匀沉降的风险；
当管廊垫层某处地下水位超过管廊底部标高时，根据水压力值进行抗浮验算，若验算不合格，将该处在管廊垫层三维模型高亮显示预警，并输出位置信息，以便施工人员进行降水处理，否则，开展管廊衬砌结构施工；
管廊衬砌结构施工过程中，在管廊衬砌结构顶板上表面和下表面、管廊衬砌结构竖板内表面和外表面安装应力传感器，在管廊衬砌结构内的受力钢筋上安装钢筋应力计，实时采集管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值、管廊衬砌结构的钢筋应力值;若管廊衬砌结构顶板的应力、竖板的应力或者钢筋应力值超过设定阈值，则管廊衬砌结构三维模型相应部位高亮显示预警，否则，综合管廊信息预警结束。
[0008]有益效果:
本发明的系统及方法有助于综合管廊建造过程信息化，利用参数化设计软件建立综合管廊的三维信息模型，具有便于修改，三维可视，准确输出市政综合管廊施工图的特点，另外本发明具有工程预判报警功能，在工程中应用能够监控综合管廊在施工过程中的各项指标并实时给出预警，以便施工人员及时调整施工。有利于设计人员合理施工，减少审图工作，减少返工和设计变更，做到现场准确施工，保证地下管廊净空高度，便于综合管廊使用过程中的检修与维护；利用综合管廊三维模型可以向用户进行三维展示，有利于设计人员与用户之间的沟通，便于项目顺利进行。建造过程中，对于出现的工程问题，技术人员针对本发明给出的报警信息采取相应的解决措施。
【附图说明】
[0009]图1是本发明【具体实施方式】综合管廊信息预警系统结构框图；
图2是本发明【具体实施方式】地基土层三维模型标准段示意图；
图3是本发明【具体实施方式】管廊衬砌结构三维模型标准段示意图；
图4是本发明【具体实施方式】综合管廊整体三维模型示意图；
图5是本发明【具体实施方式】步骤2的具体流程图；
图6是本发明【具体实施方式】步骤3的具体流程图；
图7是本发明【具体实施方式】步骤5的具体流程图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明的具体实施做详细说明。
[0011 ] 一种综合管廊信息预警系统，如图1所示，包括:
应变传感器:铺设在管廊垫层与地基土层之间，实时采集地基土层顶部的应变值；应力传感器:铺设在管廊衬砌结构顶板上表面和下表面、管廊衬砌结构竖板内表面和外表面，实时采集管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值；
土压力盒:安装在综合管廊施工开挖基坑底部和侧壁，实时采集基坑土压力值；
钢筋应力计:安装在管廊衬砌结构内的受力钢筋上，实时采集管廊衬砌结构的钢筋应力值；
水压力传感器:铺设在管廊垫层底部，实时采集管廊垫层的水压力值；
水位计:安装在管廊垫层底部，实时采集管廊垫层底部的地下水位；
计算机:根据建造工艺要求和建造场地条件建立地基土层三维模型、管廊垫层三维模型、管廊衬砌结构三维模型，将各三维模型拼装生成综合管廊整体三维模型，根据综合管廊施工过程中土压力值、地基土层顶部的应力值、管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值、地基土层顶部的应变值、管廊衬砌结构的钢筋应力值，对综合管廊进行信息预警。
[0012]计算机中设有:
地基土层预警单元:建立基于数据驱动的地基土层三维模型，根据地基土的重度、含水率、内摩擦角、黏聚力，计算土压力理论值，施工过程中根据基坑土压力值对地基土层三维模型进行标识，数值越大标识的颜色越深，基坑土压力值超过土压力理论值时，则将地基土层三维模型中对应位置高亮显示预警；
管廊垫层预警单元:建立基于数据驱动的管廊垫层三维模型，根据采集的地基土层顶部的应变值，判断管廊垫层是否有应变值突变，是，则综合管廊有发生不均匀沉降的风险，在管廊垫层三维模型中的突变处高亮显示预警，并输出突变处位置信息，否则，没有发生不均匀沉降的风险；当管廊垫层某处地下水位超过管廊底部标高时，根据水压力值进行抗浮验算，若验算不合格，将该处在管廊垫层三维模型高亮显示预警，并输出位置信息；
管廊衬砌结构预警单元:根据管廊断面形状、仓位数目、沉降缝位置信息构建不同的基于数据驱动的管廊衬砌结构三维模型，管廊衬砌结构顶板的应力、竖板的应力、或者钢筋应力值超过设定阈值，则管廊衬砌结构三维模型相应部位高亮显示预警。
[0013]本实施方式还提供一种利用所述的综合管廊信息预警系统进行综合管廊信息预警的方法，包括:
步骤1、根据建造要求和场地条件建立地基土层三维模型、管廊垫层三维模型、管廊衬砌结构三维模型，将各三维模型拼装生成综合管廊整体模型；
本实施方式的各个三维模型通过参数化设计实现改动三维模型某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对三维模型中相关部分的改动，从而实现尺寸对模型的驱动即实现数据驱动，其中进行驱动所需的几何信息和拓扑信息由计算机自动提取；同时，在部件明细表中，相关数据也会做出相应变化;综合管廊结构的力学参数也可以编辑存储。选择Autodesk公司的Revit软件进行地基土层三维模型、管廊垫层三维模型、管廊衬砌结构三维模型的建立，将各三维模型拼装生成综合管廊整体模型。
[0014]地基土层三维模型的建立:根据土层实际分布情况自上而下构建，各土层均为独立的族(构件集)，使用融合放样命令建立构件集模型，在综合管廊纵向相隔一定距离截取两个断面，根据所截取断面的情况在一个断面上绘制断面内所包含的各土层的轮廓，在另一断面上绘制断面内所包含的各土层的轮廓，然后绘制放样的路径，生成初步构件，对出入口、卸料口、进风口、排风口使用空心模型在生成的初步构件上进行剪切，编辑各土层所包含的信息，生成土层的构件集模型，即地基土层三维模型。
[0015]管廊垫层三维模型的建立:使用拉伸命令建立构件集模型，根据沉降缝设置情况对管廊垫层进行分段绘制，绘制管廊垫层横截面轮廓，然后在综合管廊纵向进行拉伸，编辑管廊垫层的属性，生成管廊垫层的构建集模型，即管廊垫层三维模型。
[0016]管廊衬砌结构三维模型的建立:使用拉伸命令建立构件集模型，根据沉降缝设置情况进行分段，根据管廊衬砌结构的横断面设计图绘制其轮廓，然后在综合管廊纵向进行拉伸，生成初步构件，对出入口、卸料口、进风口、排风口使用空心模型在生成的初步构件上进行剪切，出入口、卸料口处衬砌结构使用拉伸命令创建，出入口、卸料口处衬砌结构的顶部标高至地面，编辑衬砌结构的属性，生成管廊衬砌结构的构建集模型，即管廊衬砌结构三维模型。
[0017]将所建立的地基土层三维模型、管廊垫层三维模型、管廊衬砌结构三维模型添加到同一项目中，根据综合管廊设计路线进行拼装，生成综合管廊整体模型，且综合管廊整体模型中包含各部分的设计信息，导入Navisworks可以进行管线综合，碰撞检查，净高检查等操作，也为后续的运行管理奠定了基础。
[0018]由于综合管廊结构的结构特点，本实施方式沿管廊纵向取标准段来说明，图2示出了地基土层三维模型的标准段，图3示出了管廊衬砌结构三维模型的标准段，图4示出了综合管廊整体模型的标准段。
[0019]步骤2、地基土层施工过程中，根据地基土的重度、含水率、内摩擦角、黏聚力，计算土压力理论值，在综合管廊施工开挖基坑底部和侧壁安装土压力盒，实时采集基坑土压力值;地基土层施工过程中根据基坑土压力值对地基土层三维模型进行标识，数值越大标识的颜色越深;基坑土压力值超过土压力理论值时，则将地基土层三维模型中对应位置高亮显示预警，否则开展管廊垫层施工过程，如图5所示；
步骤3、管廊垫层施工过程中，在管廊垫层与地基土层之间铺设应变传感器，在管廊垫层底部铺设水压力传感器、水位计，实时采集管廊垫层的水压力值、管廊垫层底部的地下水位;根据采集的地基土层顶部的应变值，判断管廊垫层是否有应变值突变，是，则综合管廊有发生不均匀沉降的风险，在管廊垫层三维模型中的突变处高亮显示预警，并输出突变处位置信息，否则，没有发生不均匀沉降的风险；当管廊垫层某处地下水位超过管廊底部标高时，根据水压力值进行抗浮验算，若验算不合格，将该处在管廊垫层三维模型高亮显示预警，并输出位置信息，以便施工人员进行降水处理，否则，开展管廊衬砌结构施工，如图6所示；
步骤5、管廊衬砌结构施工过程中，在管廊衬砌结构顶板上表面和下表面、管廊衬砌结构竖板内表面和外表面安装应力传感器，在管廊衬砌结构内的受力钢筋上安装钢筋应力计，实时采集管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值、管廊衬砌结构的钢筋应力值;若管廊衬砌结构顶板的应力、竖板的应力或者钢筋应力值超过设定阈值，则管廊衬砌结构三维模型相应部位高亮显示预警，否则，综合管廊信息预警结束，如图7所示。
【主权项】
1.一种综合管廊信息预警系统，其特征在于，包括: 应变传感器:铺设在管廊垫层与地基土层之间，实时采集地基土层顶部的应变值； 应力传感器:铺设在管廊衬砌结构顶板上表面和下表面、管廊衬砌结构竖板内表面和外表面，实时采集管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值； 土压力盒:安装在综合管廊施工开挖基坑底部和侧壁，实时采集基坑土压力值； 钢筋应力计:安装在管廊衬砌结构内的受力钢筋上，实时采集管廊衬砌结构的钢筋应力值； 水压力传感器:铺设在管廊垫层底部，实时采集管廊垫层的水压力值； 水位计:安装在管廊垫层底部，实时采集管廊垫层底部的地下水位； 计算机:根据建造工艺要求和建造场地条件建立地基土层三维模型、管廊垫层三维模型、管廊衬砌结构三维模型，将各三维模型拼装生成综合管廊整体三维模型，根据综合管廊施工过程中土压力值、地基土层顶部的应力值、管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值、地基土层顶部的应变值、管廊衬砌结构的钢筋应力值，对综合管廊进行信息预警。2.根据权利要求1所述的综合管廊信息预警系统，其特征在于，所述计算机中设有: 地基土层预警单元:建立基于数据驱动的地基土层三维模型，根据地基土的重度、含水率、内摩擦角、黏聚力，计算土压力理论值，施工过程中根据基坑土压力值对地基土层三维模型进行标识，数值越大标识的颜色越深，基坑土压力值超过土压力理论值时，则将地基土层三维模型中对应位置高亮显示预警； 管廊垫层预警单元:建立基于数据驱动的管廊垫层三维模型，根据采集的地基土层顶部的应变值，判断管廊垫层是否有应变值突变，是，则综合管廊有发生不均匀沉降的风险，在管廊垫层三维模型中的突变处高亮显示预警，并输出突变处位置信息，否则，没有发生不均匀沉降的风险；当管廊垫层某处地下水位超过管廊底部标高时，根据水压力值进行抗浮验算，若验算不合格，将该处在管廊垫层三维模型高亮显示预警，并输出位置信息； 管廊衬砌结构预警单元:根据管廊断面形状、仓位数目、沉降缝位置信息构建不同的基于数据驱动的管廊衬砌结构三维模型，管廊衬砌结构顶板的应力、竖板的应力、或者钢筋应力值超过设定阈值，则管廊衬砌结构三维模型相应部位高亮显示预警。3.利用权利要求1所述的综合管廊信息预警系统进行综合管廊信息预警的方法，其特征在于，包括: 根据建造要求和场地条件建立地基土层三维模型、管廊垫层三维模型、管廊衬砌结构三维模型，将各三维模型拼装生成综合管廊整体模型； 地基土层施工过程中，根据地基土的重度、含水率、内摩擦角、黏聚力，计算土压力理论值，在综合管廊施工开挖基坑底部和侧壁安装土压力盒，实时采集基坑土压力值;地基土层施工过程中根据基坑土压力值对地基土层三维模型进行标识，数值越大标识的颜色越深；基坑土压力值超过土压力理论值时，则将地基土层三维模型中对应位置高亮显示预警，否则开展管廊垫层施工过程； 管廊垫层施工过程中，在管廊垫层与地基土层之间铺设应变传感器，在管廊垫层底部铺设水压力传感器、水位计，实时采集管廊垫层的水压力值、管廊垫层底部的地下水位;根据采集的地基土层顶部的应变值，判断管廊垫层是否有应变值突变，是，则综合管廊有发生不均匀沉降的风险，在管廊垫层三维模型中的突变处高亮显示预警，并输出突变处位置信息，否则，没有发生不均匀沉降的风险； 当管廊垫层某处地下水位超过管廊底部标高时，根据水压力值进行抗浮验算，若验算不合格，将该处在管廊垫层三维模型高亮显示预警，并输出位置信息，以便施工人员进行降水处理，否则，开展管廊衬砌结构施工； 管廊衬砌结构施工过程中，在管廊衬砌结构顶板上表面和下表面、管廊衬砌结构竖板内表面和外表面安装应力传感器，在管廊衬砌结构内的受力钢筋上安装钢筋应力计，实时采集管廊衬砌结构顶板的应力值和竖板的应力值、管廊衬砌结构的钢筋应力值;若管廊衬砌结构顶板的应力、竖板的应力或者钢筋应力值超过设定阈值，则管廊衬砌结构三维模型相应部位高亮显示预警，否则，综合管廊信息预警结束。
【文档编号】E02D1/08GK106049558SQ201610363092
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】王述红, 侯文帅, 王鹏宇, 张丙吉, 韩冰, 李晓冬
【申请人】东北大学