基于BIM的航道养护措施分析方法

技术领域

本发明具体涉及一种基于BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)的航道航槽养护措施分析过程和方法

背景技术

内河航道维护是保护内河航道畅通，提高航道等级和服务水平，为船舶提供良好、安全的航行条件的必要环节。为确保航行安全，航道养护相关规范规定必须对航道重点航段进行定期的水下地形监测与跟踪分析，以期全面掌握水深变化趋势、河床变化趋势及航道现状指标，为航道养护措施提供参考依据。

目前，航道维护分析技术手段以CAD作图为主，信息化应用水平比较落后。鉴于水文年度内水位变化的复杂性，航道维护航宽和水深分析的效率不足，一定程度上影响了对航道碍航段进行整治的及时性和经济型，无法保证航道内载重船舶的通航安全。航道养护阶段作为工程全生命周期的重要组成部分，与设计、施工阶段的BIM信息互通还存在瓶颈。随着经济发展和航道运量的增加，航道维护技术水平难以适应航运发展的需求。

发明内容

为了克服现有航道养护措施分析方式的不足，本发明提供一种基于BIM的航道养护措施分析方法。在水文年度对航道进行汛前汛后水下地形测量成果的基础上，使用BIM技术建立河床曲面模型，分析河床演变趋势，对冲淤部位进行精确计算，进而综合航道设计资料和河床现状分析航道现状尺度和养护措施，提供了一种准确定量的分析手段，减少了手工CAD作图中的人为干扰，提高了航道养护措施分析中的工作效率和养护方案的可靠性。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

基于BIM的航道养护措施分析方法，包括以下步骤：

步骤1：根据待研究航道区域内的水文统计资料，计算水文年度内洪水、枯水期月份及特征水位；

步骤2：根据航道养护相关规定要求。对航道研究航段进行汛前汛后水下地形测量作业，并形成水下地形内业成果；

步骤3：由水下地形内业成果，建立汛前水下地形BIM曲面模型S1和汛后水下地形BIM曲面模型S2；

步骤4：由汛前汛后水下地形BIM曲面模型S1和S2，建立BIM体积曲面模型V1；

步骤5：根据曲面模型S1、S2和V1特征，进行冲淤计算及河床演变分析；

步骤6：根据航道设计资料，建立航道维护等级横断面BIM模型；

步骤7：根据特征水位，建立航道维护等级纵断面BIM模型；

步骤8：组合航道维护等级横断面及纵断面BIM模型，形成特征水位下的航道模型，并生成航槽曲面S3；

步骤9：由汛后水下地形BIM曲面模型S2和航槽曲面S3，建立BIM体积曲面模型V2；

步骤10：根据BIM体积曲面模型V2特征，进行航道现状尺度及养护措施分析。

需要根据航道控制水位站的今年水文资料序列，确定航道的汛期，并确定汛前和汛后河床观测日期；由于非汛期水位下降，造成浅滩碍航，需根据水文序列确定中枯水期变动幅度及特征水位。

本发明的进一步技术：

优选的，所述步骤2中，水下地形内业成果为1:1000水下地形图。

优选的，所述步骤3中，汛前水下地形BIM曲面模型为三角网曲面模型，或栅格曲面模型。

优选的，所述步骤4中，BIM体积曲面模型V1的基准曲面取汛前水下地形BIM曲面模型S1。

优选的，所述步骤5中，冲淤计算由体积曲面V1的包络体积求得，或由曲面模型S1、S2通过设定采样间距和采样线的方式求得；河床演变通过S1、S2的坡度坡面分析进行计算。

优选的，所述步骤6中，BIM横断面模型为参数化装配，包含参数控制部件和实体部件。

优选的，所述步骤7中，航道维护等级纵断面由特征水位和航道设计水深求得。

优选的，所述步骤10中，航道现状尺度由体积曲面模型V2做零等厚线求得；航道尺度是否符合维护尺度，可由下列方法进行评价：

1)淤深约束；以航道底宽范围内不满足维护水深，平均淤高低于临界值h

2)底宽约束；以航道底宽范围内满足维护水深的底宽小于临界值

式中：

x-航道等级；

B

ΔB-x等级航道与次等级航道的最小底宽差值；

λ-等级航道间底宽尺度控制比例；

此外，还可以附加航道长度约束l

本发明具有以下技术效果：

针对目前人工CAD作图方法对于航道养护措施分析的缺陷，通过对航道设计相关标准规范及航管理维护要求的研究，结合水文年度特征水位对航道河床现状条件进行建模及分析，并考虑到在实际航道养护水平下对航道尺度是否满足维护条件的影响因素，发明方法克服了人工CAD作图分析中效率低下的缺点，排除了人为因素对计算结果的干扰，解决了工程管理养护阶段的航道现状条件定量计算和养护措施方案分析问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明的主要执行流程示意图；

图2是本发明的具体实施例中的实测近年水文统计资料图；

图3是本发明的具体实施例中的航道横断面模型图；

图4是本发明的具体实施例中的航槽曲面平面图；

图5是本发明的具体实施例中的航槽尺度分析图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。

本发明提供图1为本发明提出的一种基于BIM的航道养护措施的执行流程，包括航道冲淤计算、航槽演变、航道尺度分析和养护措施分析等一整套过程。本实施例方法，主要包括：

步骤1：研究航道区域内的近年水文统计资料见图2所示，计算得水文年度内汛期月份(6～9月)、枯水期月份(10月～次年5月)，除洪水年份外全年水位变动幅度较小，一般在6.5～8.5m区间内变化，特征水位取6.5m；

步骤2：根据航道养护相关规定要求。对航道研究航段进行汛前汛后水下地形测量作业，一般使用单波束测深仪进行水深测量，并形成水下地形内业成果，成果最终转换为CAD测图数据，反映了河床地形高程的变化；

步骤3：由水下地形内业成果，建立汛前水下地形BIM三角网曲面模型S1和汛后水下地形BIM三角网曲面模型S2；通过曲面的定义功能过滤高程异常的测量点，并定义三角网曲面边界。

步骤4：以S1为基准曲面，S2为目标曲面，建立BIM三角网体积曲面模型V1；

步骤5：为了分析汛期口门航道回淤强度和分布规律，沿航道走向设置采样线作航道横断面分析，根据曲面模型S1、S2和V1特征，进行冲淤计算，结果对比见表1；对S1、S2进行坡度坡面分析，深泓线汛期摆幅很小，且走向无明显变化；

表1冲淤计算结果对比

步骤6：根据航道设计资料，建立航道维护等级横断面模型，模型为BIM装配，由河槽部件、边坡部件和控制部件构成，见图3；

步骤7：根据步骤1中确定的特征水位6.5m，同时根据航道维护水深4m，建立航道维护等级纵断面，即沿程高程为2.5m的直线段；

步骤8：组合航道维护等级横断面及纵断面BIM模型，形成特征水位下的航道模型，并生成航槽曲面S3，如图4所示，其中曲面不规则边线为航槽与原地形曲面的交线；

步骤9：以S2为基准曲面，航槽曲面S3为目标曲面，建立BIM三角网体积曲面模型V2；

步骤10：根据BIM体积曲面模型V2特征，做0等厚线，见图5，可以看出，等厚线贯穿该航段，并向航槽中心线逼近，本航段在特征水位下已不符合航道维护水平要求。由V2计算维护疏浚量约20万方，鉴于工程量较大，应根据实际养护能力和经费保障，制定该航段年度养护计划，开展航道维护性疏浚工作，以保障航道安全畅通。

通过体积曲面技术对汛前汛后河床冲淤变化进行定量计算，可与规范中的平均端面积法进行比较，计算效率高且不受采样间距影响；

体积曲面的坡面坡度分析技术，可直观高效的反映深泓线走向，排除了手工连接深泓线的人为干扰；

本发明中的航道BIM模型可直接采用设计、施工阶段的航道BIM模型成果，实现了BIM模型在航道全生命周期中养护阶段的延伸应用，打破了组织间的信息孤岛效应；

BIM的参数化部件模型可适应航道设计参数的沿程变化，同时可高效分析航道的不同维护尺度方案；

BIM的参数化特性高效实现了航道的尺度与维护标准的多尺度判定，为航道养护措施提供充分的参考依据。

在本发明中，除非有明确的规定和限定，特征之间相互交错，不一定独立存在。以上显示与描述包括本发明的基本原理、主要特征及其优点。从事该专业的技术人员需知，本发明不局限于上述实施例的限制，上述的实施例与说明书仅为本发明的优选例，而不是用来限制本发明，以成为唯一选择。在发明的精神和范围要求下，本发明还可进一步变化并优化，对本发明进行的改进优化都进入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护具体范围由所附的权利要求书及其等效物界定。