一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法与流程

1.本发明属于bim三维地质建模与疏浚工程技术领域，具体地涉及一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法


背景技术：

2.疏浚工程大都在海底或河床作业，水下土质条件难以查明且动态变化，给疏浚工程勘测、设计与施工带来了极大的困难。现有技术中，基于工程地质纵横断面图、工程地质柱状图等孤立的地质信息，利用断面法等传统方法无法定量与可视化分析基槽地质情况，对基槽开挖施工造成不利影响。因海底基槽需按分层、分条、分段原则先完成各局部区域开挖，再完成整体开挖，故基槽开挖过程中需分析基槽局部区域的地质，选择工艺与设备，目前采用三维基槽地质模型则需切割基槽局部区域边界上的地质网格体，人工统计基槽局部区域的土质信息，分析该区域的地质，过程复杂且精度低、工作量大。目前尚无一种成熟可靠的疏浚工程量土质分类快速计算方法，且常采用断面法分土质计算疏浚工程量，还存在精度低、时间长、计算过程极其复杂等缺点。针对上述问题，急需一种解决方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供提一种以三维基槽地质模型为基础，结合土质分类计算方法，利用模型与工具相结合的方式以解决海底沉管隧道基槽土质信息无法定量和可视化，分析过程复杂、精度低等问题的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法。
4.本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法包括以下步骤：
5.s1、建立三维基槽地质模型；
6.s2、建立二维基槽里程桩号线；
7.s3、匹配计算区域起始与终止里程桩号；
8.s4、输入计算区域边界条件参数；
9.s5、一键式表格输出计算区域的土质信息。
10.所述s1步骤包括：建立三维地质建模系统，该系统包括：模型文件模块，用于存贮三维基槽地质模型；信息数据库模块，用于存贮三维基槽地质模型所对应的项目信息，人员信息，勘察信息，原始资料录入信息，所述三维基槽地质模型包括三维几何模型信息、三维几何模型信息对应地质属性信息，所述三维几何模型信息分为点模型信息、线模型信息、面模型信息、体模型信息、网格模型信息。
11.所述s1具体还包括以下步骤：
12.s11：利用浚前海底多波束水深测量数据生成地形面，生成三维基槽地质模型中的地形面模型；
13.s12：利用工程地质纵横断面图与工程地质钻孔，建立基槽各地质层界面；利用基槽施工平面图、施工横断面图，建立基槽设计界面,生成三维基槽地质模型中的地质界面模型；
14.s13：利用基槽设计界面、浚前海底地形面、基槽各地质层界面切割基槽工程区内的实体，生成三维基槽地质模型。
15.所述s2步骤包括与三维地质建模系统进行数据交互的里程桩号添加模块，以二维基槽中心线为轴线，标识二维基槽中心线的起始桩号，生成二维基槽里程桩号线，以二维基槽里程桩号线为轴线，标识基槽计算区域的起始桩号与终止桩号；
16.所述里程桩号添加模块包括：
17.参考模块：用于参考二维基槽中心线至三维基槽地质模型，并与实际坐标一致；
18.拾取模块：用于拾取二维基槽中心线，拾取二维基槽里程桩号线；
19.生成模块：用于在二维基里程桩号线上正确位置添加起始桩号，生成二维基槽里程桩号线，在二维基槽里程桩号线上正确位置添加基槽计算区域的起始桩号与终止桩号；
20.参数模块：用于输入基槽计算区域的边界条件参数；
21.计算模块：用于统计计算区域内三维基槽地质模型每种土质的土质信息，所述土质信息包括：基槽区域内各类土质的分布的桩号区间、分布的标高区间及对应的桩号、分布的横向偏移区间及对应的桩号、最大厚度及对应的桩号、工程量。
22.所述二维基槽里程桩号线包括：空间节点坐标，里程桩号标识，线型信息，控制点信息，所述二维基槽里程桩号线里程桩号标识包括：标识线长度，标示线空间位置，标示里程桩号字符串标识方式，标识长度单位。
23.所述s3步骤包括：在二维基槽里程桩号线上正确位置添加基槽计算区域的起始桩号与终止桩号，以二维基槽里程桩号线为轴线，标识基槽计算区域的起始桩号与终止桩号，确定基槽计算区域的起始与终止里程桩号，利用桩号定位与查询工具，输入样式、位置、大小参数，在二维基槽里程桩号线上生成计算区域的起始与终止里程桩号。
24.所述s4步骤包括：利用参数模块输入基槽计算区域的边界条件参数，具体包括：选择二维基槽里程桩号线为轨迹线，选择计算区域的起始桩号为起始里程，选择终止桩号为终止里程，输入计算区域的标高区间与横移距离区间，生成该基槽计算区域的计算包络体。
25.所述计算模块包括：统计模块，用于遍历每一层三维基槽地质模型，统计并存储土质信息；分析模块，用于归纳分析三维基槽地质模型计算区域内的数据，输出分析结果；导出模块，用于将分析结果写入excel模板中，导出excel表格文件。
26.所述里程桩号添加模块的计算步骤为：
27.1.获二维基槽中心线模型数据；
28.2.确认要标识的里程桩号信息；
29.3.输入二维基槽中心线的起始桩号，在二维基槽中心线标线模型上生成对应的基槽起始里程桩号标识，生成二维基槽里程桩号线；输入基槽计算区域的起始桩号与终止桩号，在二维基槽里程桩号线上生成对应的基槽计算区域的起始桩号与终止桩号。
30.所述统计模块的统计步骤为：
31.1.统计输入的桩号区间，高程区间，左右横向偏移区间；
32.2.统计计算区域范围内的三维基槽地质模型中各土质的土质信息。
33.所述s5步骤包括：利用以上s1-s4步骤，对s4步骤中形成的计算包络体进行一键式表格输出该包络体中基槽各类土质的信息，具体包括：设定土质信息excel表格输出位置为桌面，名称为“土质信息计算输出表”，打开生成的土质信息excel表格，查看基槽计算区域
各类土质的信息。
34.本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法，基于bim技术，利用工程地质纵横断面图、工程地质柱状图建立三维基槽地质模型，以三维基槽地质模型为基础，进行土质分类计算方法，实现了一键式表格输出基槽任意标高、桩号、左右横向偏移和垂直基槽中心线左右横向偏移距离之间各类土质的信息，相对于切割基槽局部区域地质网格体，人工统计土质信息的方法，显著地提高了计算效率与精度，实现了整体三维定性定量与可视化分析基槽地质分布情况，为基槽开挖成本预测与控制、开挖设备及工艺选择提供了重要量化依据。
附图说明
35.图1为本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法流程示意图；
36.图2a为本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法中三维基槽地质模型俯视图；
37.图2b为本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法中三维基槽地质模型底视图；
38.图2c为本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法中三维基槽地质模型与施工平面图搭接图；
39.图2d为本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法中三维基槽地质模型典型剖面图；
40.图3为本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法中建立二维基槽里程桩号线示意图；
41.图4为本发明实施例中将基槽计算区域的起始桩号与终止桩号赋予二维基槽里程桩号线的示意图；
42.图5为本发明实施例中为土质分类快速计算工具、三维基槽地质模型与二维基槽里程桩号线搭接的示意图；
43.图6为本发明实施例中土质分类快速计算工具中输入的边界条件参数对应的基槽计算区域的计算包络体；
44.图7为本发明实施例中生成的基槽计算区域的土质信息计算输出表，包含了如图所示的土质信息；
具体实施方式
45.下面结合附图，清楚、完整地描述本发明技术方案。
46.如图1所示，本发明采用技术方案如下：
47.s1、建立三维基槽地质模型；
48.s2、建立二维基槽里程桩号线；
49.s3、匹配计算区域起始与终止里程桩号；
50.s4、输入计算区域边界条件参数；
51.s5、一键式表格输出计算区域的土质信息。
52.所述s1步骤，包括建立三维地质建模系统，该系统包括：模型文件模块，用于存贮
三维基槽地质模型；信息数据库模块，用于存贮三维基槽地质模型所对应的项目信息，人员信息，勘察信息，原始资料录入信息。其中，三维基槽地质模型包括三维几何模型信息、三维几何模型信息对应地质属性信息，所述三维几何模型信息分为点模型信息、线模型信息、面模型信息、体模型信息、网格模型信息。
53.所述s1步骤还包括：
54.s11：利用浚前海底多波束水深测量数据生成地形面：导入txt文本格式的水深数据文件，生成浚前海底地形面；采用多波束测深系统，该系统一般由多波束测深仪、定位系统、姿态传感器、其他辅助传感器、数据采集系统和数据处理系统组成。其工作原理是应用外业软件进行外业导航以及数据采集，接收海上测量平台基站实时差分信号，实现多波束系统搭载rtk的三维水下地形测量，计算机自动采集并同步记录rtk实时定位数据、水下地形数据、罗经数据等信息；具体实施例以某海底沉管隧道基槽开挖工程，长5035m，最大宽度400m，最大开挖厚度30m，存在淤泥、砂土、黏土、岩石等23类土质为例，三维基槽中心线为三维空间曲线，按照设计文件，将基槽划分为32个管节；按照分段、分条、分层的原则，分管节完成基槽开挖。
55.s12：利用3条工程地质纵断面图、15条工程地质横断面图、204个工程地质钻孔，建立基槽各地质层界面；利用基槽施工平面图、施工横断面图，建立基槽设计界面；
56.s13：利用浚前海底地形面、基槽各地质层界面、基槽设计界面从上往下依次切割基槽工程区内的实体，生成三维基槽地质模型，在窗口内提示信息，数据相关参数，开始计算体模型；确认或退出；
57.所述步骤s2中，包括与三维地质建模系统进行数据交互的里程桩号添加模块，所述里程桩号添加模块包括：参考模块，用于参考二维基槽中心线至三维基槽地质模型，并与实际坐标一致；拾取模块，用于拾取二维基槽中心线；拾取二维基槽里程桩号线；生成模块，在二维基里程桩号线上正确位置添加起始桩号，生成二维基槽里程桩号线。
58.所述以二维基槽中心线为轴线，标识二维基槽中心线的起始桩号，生成二维基槽里程桩号线。所述二维基槽里程桩号线包括：空间节点坐标，里程桩号标识，线型信息，控制点信息。所述二维基槽里程桩号线里程桩号标识包括：标识线长度，标示线空间位置，标示里程桩号字符串标识方式，
59.标识长度单位。
60.所述步骤s2包括：a、参考并复制二维基槽中心线；
61.b、启动生成里程桩号标识命令，输入参数，匹配二维基槽中心线起始里程桩号标识，生成二维基槽里程桩号线；
62.具体如图2a-2d所示，包括：
63.s21、在三维基槽地质模型中，参考基槽施工总平面图，复制二维基槽中心线，保持坐标一致，关闭参考基槽施工总平面图；
64.s22、将基槽的起始桩号k7+030.000赋予二维基槽中心线，生成二维基槽里程桩号线。
65.如图3所示，所述步骤s3中，包括：
66.s31、确定需输出土质信息基槽计算区域的起始桩号为k7+645.000，终止桩号为k7+820.00；
67.s32、利用桩号定位与查询工具，设定标注的文字大小、文字水平偏移、文字垂直偏移均为50，标注基槽计算区域的起始桩号k7+645.000与终止桩号k7+820.000并显示在二维基槽里程桩号线上。
68.所述里程桩号添加模块还包括：参数模块和计算模块。
69.如图4所示，所述步骤s4中，包括：
70.s41、启动土质分类快速计算工具对话窗；
71.s42、选择二维基槽里程桩号线为轨迹线，输入计算区域的起始桩号为k7+645.000、终止桩号为k7+820.000、顶高程为0m、底高程为-30m、左偏移为250m、右偏移为250m。如图5所示，上述基槽计算区域的边界条件参数形成如图6所示的绿色半透明状的计算包络所述计算模块用于统计计算区域内三维基槽地质模型每种土质的土质信息，所述土质信息包括：基槽区域内各类土质的分布的桩号区间、分布的标高区间及对应的桩号、分布的横向偏移区间及对应的桩号、最大厚度及对应的桩号、工程量等。
72.其中，所述计算模块包括：统计模块，用于遍历每一层三维基槽地质模型，统计并存储土质信息；分析模块，用于归纳分析三维基槽地质模型计算区域内的数据，输出分析结果；其中，导出模块，用于将分析结果写入excel模板中，导出excel表格文件。
73.所述里程桩号添加模块的计算模块计算步骤为：
74.1：获二维基槽中心线模型数据；
75.2：确认要标识的里程桩号信息；
76.3：输入二维基槽中心线的起始桩号，在二维基槽中心线标线模型上生成对应的基槽起始里程桩号标识，生成二维基槽里程桩号线；输入基槽计算区域的起始桩号与终止桩号，在二维基槽里程桩号线上生成对应的基槽计算区域的起始桩号与终止桩号。
77.所述统计模块的统计步骤为：
78.1：统计输入的桩号区间，高程区间，左右横向偏移区间；
79.2：统计计算区域范围内的三维基槽地质模型中各土质的土质信息。
80.体，即一键式表格输出该包络体中基槽各类土质的信息。
81.所述步骤s5中，包括：
82.s51、点选开始计算；
83.s52、设定土质信息excel表格输出位置为桌面，名称为“土质信息计算输出表”；
84.s53、打开生成的土质信息excel表格，查看基槽计算区域各类土质的信息，如图7所示。
85.本发明所提出的一种海底沉管隧道基槽土质信息输出方法利用三维基槽建模系统，通过基槽施工平面图、工程地质纵横断面图、浚前海底地形面、基槽设计界面，建立了三维基槽地质模型，实现了三维定性定量与可视化分析基槽的地质分布情况。在三维基槽地质模型的基础上，通过建立二维基槽里程桩号线；匹配计算区域起始与终止里程桩号；输入计算区域边界条件参数这几个步骤开发了土质分类快速计算工具，从而实现了一键式表格输出基槽局部计算区域各类土质的信息，如：输出基槽任意标高、桩号、左右横向偏移和垂直基槽中心线左右横向偏移距离之间各类土质的信息，显著地提高了计算效率与精度，实现了整体三维定性定量与可视化分析基槽地质分布情况，为基槽开挖成本预测与控制、开挖设备及工艺选择提供了重要量化依据。