一种基于BIM及倾斜摄影的边坡支护施工方法

技术领域

本发明涉及边坡支护施工的技术领域，尤其是涉及一种基于BIM及倾斜摄影的边坡支护施工方法。

背景技术

由于收到复杂地理条件影响，尤其是崩塌、滑坡和泥石流多发的地区，建筑施工的安全保证措施是建筑施工的必备保障，当建筑施工与山体结合时，山体边坡支护施工用于保障建筑施工场地的安全和建筑施工的正常进行。

目前，山体边坡支护施工受到地形和水利条件影响，难以预测崩塌和滑坡，同时由于施工面积大且按施工造型复杂，造成了施工的巨大难度，科学有效的设计施工方案和合理指导安排施工是限制施工进度的主要原因，此外准确快速的计算土方工程量将利于提高施工效率降低施工成本，比较经常的几种土方计算方法有：方格网法、断面法、 DTM法和平均高程法等。但这几种方法作业人员计算量大、工作繁重、计算精度不高、容易出错，降低后续边坡支护工程的施工质量，从而加大地质灾害发生概率，受地形条件约束较大。且使用传统方法作业，加大管理人员的户外工作时间，降低员工工作环境品质。

发明内容

为了提高施工精度、安全施工，在施工过程中提供合理的指导施工，简化土方量计算，本发明提供一种基于BIM及倾斜摄影的边坡支护施工方法。

本发明提供的一种基于BIM及倾斜摄影的边坡支护施工方法采用如下的技术方案：

一种基于BIM及倾斜摄影的边坡支护施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一：清理施工区域树木和建筑物，布设像控点；

步骤二：利用无人机航拍倾斜摄影，利用摄影图像进行立体建模生成地形图；

步骤三：利用生成的地形图设计边坡支护施工方案，所述边坡支护施工方案包括边坡支挡施工方案、挖孔桩定位施工方案和锚索定位安装施工方案；

步骤四：根据设计边坡支护施工方案对地形进行开挖，开挖过程中利用倾斜摄影辅助进行排水沟标高整体复测；

步骤五：结合地形图和施工方案现场进行边坡支护施工，边坡支护施工为分段施工，每一段施工完成后都进行倾斜摄影辅助测量；

步骤六：完成边坡支护施工后，结合地形图和施工方案现场进行挖孔桩定位施工，通过设置激光导向笔定位挖孔桩施工；

步骤七：完成挖孔桩定位施工后，结合地形图和施工方案现场进行锚索定位安装施工，锚索安装是通过桩基结构上的预埋件连接固定。

通过采用上述技术方案，保证布设的标识对空视角不被建筑物、树木等遮挡，利用无人机通过高空俯拍将地貌信息进行采集，能够实现计算机快速自动进行地形建模，且与实际保持一致，用于指导施工和参与设计，边坡开挖时通过实时监测地形数据变化，实现对施工过程的指导和控制，保证施工按照原设计进行实际施工，坡支挡施工方案、挖孔桩定位施工方案和锚索定位安装施工方案通过计算机设计和模拟，模拟出最佳设计方案，同时检查可能出现的安全状况，避免事故的发生和返工问题。

优选的，步骤一所述清理施工区域树木和建筑物时通过无人机航拍进行观察确定清理后无建筑物或树木遮挡，通过初次航拍初步确定无人机倾斜摄影航拍路线。

通过采用上述技术方案，确定航拍路线，保证航拍过程中无遮挡同时保证航拍的连贯性，减少因为航拍偏航导致的数据采集失真等情况。

优选的，步骤二所述倾斜摄影步骤为：

S2.1：利用无人机拍摄多个角度的航片；

S2.2：将航片导入模拟计算软件进行空中三角测量；

S2.3：通过空中三角测量得到的地形数据，利用建模软件进行建模；

S2.4：通过即时航拍与模型并AR或MR进行对比复测。

通过采用上述技术方案，通过空中三角测量，软件自动计算出每个影像组的属性和影像姿态信息，并自动纠正，通过AR或MR技术，人为观察现场与模型差距，检查计算机软件建模与实际地形差距，减少计算机建模偏差，使得建模更加接近实际地形和地貌。

优选的，所述航片的行向重叠率为60%-65%，旁向重叠率为30%-40%，利用所述行向重叠率和旁向重叠率对空中三角测量进行动态修正，所述利用建模软件进行建模后，利用建模后的模型生成数字地表模型。

通过采用上述技术方案，重叠率越高准确度越高，但是效率越低，因此合理的重叠率在保证合理的准确度的同时尽可能提高航拍效率。

优选的，步骤三所述设计边坡支护施工方案步骤为：

S3.1：施工现场勘探，了解土质、水源和周围环境因素；

S3.2：结合施工现场实际情况，在地形建模中进行设计仿真施工效果，生成施工BIM图；

S3.3：通过有限元分析施工方案的受力和变形情况，通过修改施工设计改善不合理之处；

S3.4：计算开方量预测工程期限。

通过采用上述技术方案，现场勘探了解土质，将土质信息考虑到计算机模拟程序中，提高模拟的准确度，有限元分析得出施工方案受力和变形的实际模拟情况，减少施工过程中出现滑坡等情况的发生，同时有效检验施工质量，预测施工寿命，计算开方量，方便计算施工成本和施工期。

优选的，所述开方量预测步骤为：

S3.4.1：实体模型和规划模型按照坐标点竖向重合叠加；

S3.4.2：调节实体模型与规划模型高度；

S3.4.3：计算实体模型和规划模型之间的体积差。

通过采用上述技术方案，利用计算机对复杂曲面几何体的计算能力，辅助计算开方量，相比于人为预估方便且计算准确。

优选的，步骤四所述对地形进行开挖时，根据倾斜摄影生成的建模体系将实际场地的动态坡度按照1:1.5-1:2.5的比例放坡，然后采用人工进行修整，修整中止过程中，在坡面上覆盖防雨布和防尘网，在坡脚处打入钢板桩。

通过采用上述技术方案，通过1:1.5-1:2.5的比例放坡预留出人工进行修整的范围，人工进行精修放坡形状，提高施工精度和符合设计的效果，覆盖防雨布和防尘网有效防止施工过程中暴雨和飓风等恶劣天气影响，钢板桩有效阻挡立面土墙的倒塌，也能够有效阻挡渗水。

优选的，步骤四所述排水沟在放坡开挖前进行施工，排水沟按照放坡的层级进行逐层开挖，排水沟包括坡腰排水沟与坡底排水沟，所述排水沟施工前通过倾斜摄影生成的建模体系进行模拟施工并预测排水效果。

通过采用上述技术方案，逐层开挖能够有效避免因局部坡度不足导致雨水堆积造成雨水冲刷土体，同时逐层施工过程中结合倾斜摄影进行指导施工和复测有效保证排水沟的位置准确满足设计和实际使用需要。

优选的，步骤五所述边坡支护施工采用包括应力锚索桩板墙、锚杆桩桩板墙、锚杆框架梁、板肋式锚杆挡土墙和板肋式预应力锚索挡土墙相结合的方式进行施工，施工完成后再次进行倾斜摄影并生成实际施工效果模型图，将实际施工效果模型图与边坡支挡施工方案设计图进行比较，调整偏差到合理范围内。

通过采用上述技术方案，确保整体施工质量的可靠性，整体支挡工程施工结束需进行实测建模，确保实际施工状态与设计方案保持一致，也可作为后期验收的参考资料，方便后续对施工完成的边坡支护工程，定期进行测量观测，以此分析边坡的安全稳定性。

优选的，步骤六所述挖孔桩定位施工时利用激光导向笔测量挖孔桩的平面尺寸、桩身垂直度和平整度，所述激光导向笔设置在固定架的滑槽上进行调节位置和方向。

通过采用上述技术方案，能够提高抗滑桩施工质量，有利保证边坡支挡结构施工质量。

综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：

1、运用该技术，合理划分开挖区块，确定最优工期下的最佳资源配置方案，节约工期，节省劳动力以及机械台班消耗率，节约了人工管理费、设备机具租赁费、安全文明施工费等费用，保证布设的标识对空视角不被建筑物、树木等遮挡，利用无人机通过高空俯拍将地貌信息进行采集，能够实现计算机快速自动进行地形建模，且与实际保持一致，用于指导施工和参与设计，边坡开挖时通过实时监测地形数据变化，实现对施工过程的指导和控制，保证施工按照原设计进行实际施工，坡支挡施工方案、挖孔桩定位施工方案和锚索定位安装施工方案通过计算机设计和模拟，模拟出最佳设计方案，同时检查可能出现的安全状况，避免事故的发生和返工问题。

2、无人机地形测绘的所留的数据可长期保存，为后续的出土方量进行计算，同时算出场地内的所需要的土方量，可以更加精准的算出土方的场内转运量，避免出现场地内需要输送土的额外成本。也可以为后续桩基施工，提供精准的定位信息，确定航拍路线，保证航拍过程中无遮挡同时保证航拍的连贯性，减少因为航拍偏航导致的数据采集失真等情况，通过空中三角测量，软件自动计算出每个影像组的属性和影像姿态信息，并自动纠正，通过AR或MR技术，人为观察现场与模型差距，检查计算机软件建模与实际地形差距，减少计算机建模偏差，使得建模更加接近实际地形和地貌，重叠率越高准确度越高，但是效率越低，因此合理的重叠率在保证合理的准确度的同时尽可能提高航拍效率。

3、现场勘探了解土质，将土质信息考虑到计算机模拟程序中，提高模拟的准确度，有限元分析得出施工方案受力和变形的实际模拟情况，减少施工过程中出现滑坡等情况的发生，同时有效检验施工质量，预测施工寿命，计算开方量，方便计算施工成本和施工期，利用计算机对复杂曲面几何体的计算能力，辅助计算开方量，相比于人为预估方便且计算准确，应用边坡综合支挡施工技术能够降低能耗，减少土石方的开挖，避免专用电力及燃气管道、管线的征拆破坏，缩短施工工期，产生显著经济效益，并且能够有效抑制粉尘、噪声污染，施工后做到“工完场清”，具有显著环境效益，无人机倾斜摄影建模立体测量代替人工测量，可节约大量人力成本、节约测绘时间一半以上，产生较好的经济效益。

4、通过1:1.5-1:2.5的比例放坡预留出人工进行修整的范围，人工进行精修放坡形状，提高施工精度和符合设计的效果，覆盖防雨布和防尘网有效防止施工过程中暴雨和飓风等恶劣天气影响，钢板桩有效阻挡立面土墙的倒塌，也能够有效阻挡渗水，逐层开挖能够有效避免因局部坡度不足导致雨水堆积造成雨水冲刷土体，同时逐层施工过程中结合倾斜摄影进行指导施工和复测有效保证排水沟的位置准确满足设计和实际使用需要。

5、确保整体施工质量的可靠性，整体支挡工程施工结束需进行实测建模，确保实际施工状态与设计方案保持一致，也可作为后期验收的参考资料，方便后续对施工完成的边坡支护工程，定期进行测量观测，以此分析边坡的安全稳定性，能够提高抗滑桩施工质量，有利保证边坡支挡结构施工质量，可减少一半以上的外出作业时间，提升员工工作环境品质，成果直观细节丰富，为同类工程及今后拟开展的其他类似工程的施工提供了更多的技术支持和技术保障，产生较好的社会效益。

附图说明

图1为本发明边坡支护施工步骤流程图；

图2为本发明倾斜摄影施工步骤流程图。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本发明实施例公开一种基于BIM及倾斜摄影的边坡支护施工方法，参照图1，包括以下施工步骤：

步骤一：清理施工区域树木和建筑物，布设像控点；

步骤二：利用无人机航拍倾斜摄影，利用摄影图像进行立体建模生成地形图；

步骤三：利用生成的地形图设计边坡支护施工方案，所述边坡支护施工方案包括边坡支挡施工方案、挖孔桩定位施工方案和锚索定位安装施工方案；

步骤四：根据设计边坡支护施工方案对地形进行开挖，开挖过程中利用倾斜摄影辅助进行排水沟标高整体复测；

步骤五：结合地形图和施工方案现场进行边坡支护施工，边坡支护施工为分段施工，每一段施工完成后都进行倾斜摄影辅助测量；

步骤六：完成边坡支护施工后，结合地形图和施工方案现场进行挖孔桩定位施工，通过设置激光导向笔定位挖孔桩施工；

步骤七：完成挖孔桩定位施工后，结合地形图和施工方案现场进行锚索定位安装施工，锚索安装是通过桩基结构上的预埋件连接固定。

实施例2：

在实施例1的基础上增加：

参照图2，步骤二所述倾斜摄影步骤为：

S2.1：利用无人机拍摄多个角度的航片；

S2.2：将航片导入模拟计算软件进行空中三角测量；

S2.3：通过空中三角测量得到的地形数据，利用建模软件进行建模；

S2.4：通过即时航拍与模型并AR或MR进行对比复测。

所述模拟计算软件为Smart 3D，所述建模软件Contextcapture和Revit。

所述航片的行向重叠率为60%-65%，旁向重叠率为30%-40%，利用所述行向重叠率和旁向重叠率对空中三角测量进行动态修正，所述利用建模软件进行建模后，利用建模后的模型生成数字地表模型。

实施例3：

在实施例1的基础上增加：

步骤三所述设计边坡支护施工方案步骤为：

S3.1：施工现场勘探，了解土质、水源和周围环境因素；

S3.2：结合施工现场实际情况，在地形建模中进行设计仿真施工效果，生成施工BIM图；

S3.3：通过有限元分析施工方案的受力和变形情况，通过修改施工设计改善不合理之处；

S3.4：计算开方量预测工程期限。

所述开方量预测步骤为：

S3.4.1：实体模型和规划模型按照坐标点竖向重合叠加；

S3.4.2：调节实体模型与规划模型高度；

S3.4.3：计算实体模型和规划模型之间的体积差。

实施例4：

生成地形模型后将模型成果导入南方CASS等计算软件，完成更为精细的土方平衡优化设计。

步骤一所述清理施工区域树木和建筑物时通过无人机航拍进行观察确定清理后无建筑物或树木遮挡，通过初次航拍初步确定无人机倾斜摄影航拍路线。

步骤四所述对地形进行开挖时，根据倾斜摄影生成的建模体系将实际场地的动态坡度按照1:1.5-1:2.5的比例放坡，然后采用人工进行修整，修整中止过程中，在坡面上覆盖防雨布和防尘网，在坡脚处打入钢板桩。

步骤四所述排水沟在放坡开挖前进行施工，排水沟按照放坡的层级进行逐层开挖，排水沟包括坡腰排水沟与坡底排水沟，所述排水沟施工前通过倾斜摄影生成的建模体系进行模拟施工并预测排水效果。

步骤五所述边坡支护施工采用包括应力锚索桩板墙、锚杆桩桩板墙、锚杆框架梁、板肋式锚杆挡土墙和板肋式预应力锚索挡土墙相结合的方式进行施工，施工完成后再次进行倾斜摄影并生成实际施工效果模型图，将实际施工效果模型图与边坡支挡施工方案设计图进行比较，调整偏差到合理范围内。

步骤六所述挖孔桩定位施工时利用激光导向笔测量挖孔桩的平面尺寸、桩身垂直度和平整度，所述激光导向笔设置在固定架的滑槽上进行调节位置和方向。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。