[发明专利]基于BIM的多维成像融合技术实现隧道爆破质量数字化的方法

说明书

一种基于BIM的多维成像融合技术实现隧道爆破质量数字化的方法，通过三维成像技术对隧道掌子面进行三维重建，基于BIM技术融合红外热像、核磁共振等技术，对隧道掌子面进行数字化处理，实现隧道爆破质量的评价与控制。该方法具有算法先进、综合性强、预测精度高、评价效果好等优点。包括多源数据采集模块、BIM融合模块、BIM重构后处理模块、综合信息管理模块。多源数据采集模块将采集到的各类地质信息导入BIM融合模块，然后进行点云数据处理，归集为多源异构融合数据库，进而传输至BIM重构后处理模块，进行点云数据、影像数据信息的三维重构与后处理，最后传输至综合信息管理模块，进行隧道爆破质量数字化评价与控制的各类管理与应用。

技术领域

本发明涉及到多源信息融合技术和工程地质技术领域，具体涉及一种基于BIM的多维成像融合技术实现隧道爆破质量数字化方法，它适用于隧道爆破掌子面地质信息和爆破质量的识别。

背景技术

隧道爆破质量与工程地质条件、工程施工条件等息息相关，实现隧道爆破质量数字化的关键因素是必须从掌子面的地质信息入手，通过对掌子面的三维重建，基于BIM平台，运用红外热像技术、核磁共振技术等先进技术，使用相关的计算指标对掌子面进行评价和反馈，从而实现隧道爆破质量的数字化评价与控制。

当前获取隧道掌子面地质信息的方式主要通过地质素描，人为进行地质条件的观察，这种方式具有很大局限性，如受到观察条件的影响，素描的准确性与观察者的水平及经验相关，具有很大的主观性。实践证明，仅仅凭经验对获取掌子面的地质信息是不够的，缺乏科学理论与技术的指导，会得到错误的信息，造成不必要的资源浪费。

随着信息科学技术的不断发展，人们对事物的认识已从平面二维空间，逐渐转向空间三维立体思维模式，三维激光扫描技术已越来越多地应用到实际工程当中。与传统的二维扫描技术相比，三维激光扫描技术能提供视场内、有效测程的一定采样密度的点云数据，并具有较高的测量精度和极高的数据采集效率，且采样点云为海量，上千万数量级，形成了一个基于点云的离散三维模型数据场。因此，利用三维激光扫描技术，可以把隧道掌子面的地质信息进行数字化采集，对提高隧道爆破作业的准确性与施工效率具有较大的作用，但要实现隧道爆破质量数字化，单一运用三维激光扫描技术还不能有效解决隧道爆破过程中面临的超挖、欠挖、地质信息识别等技术难题。

红外热像技术利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量，形成可见的红外热像图。由于水的比热容与岩石的不同，且隧道掌子面处于一个特定温度场，因而这些特性可以对隧道掌子面的涌水进行检测，在同样的热辐射条件下，渗漏部位由于水分的存在，使其热容量增大，其温度的升高较小，从而在红外热像图上形成“冷点”；其次，根据不同岩石比热容不同，在红外热像图上呈现的颜色不同，从而识别不同的地质信息。利用红外热像进行隧道爆破掌子面各类地质信息的识别，具有较好的优越性，它是实现隧道爆破质量数字化的重要组成部分。

核磁共振成像技术是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。核磁共振成像技术可以进行裂缝识别，尤其对于岩石内部的裂缝，这是三维激光扫描、红外热像技术等方法无法识别的。因此，如何实现隧道掌子面孔隙度的定量化是进行隧道爆破质量数字化的重要因素，这对隧道掌子面的稳定以及施工的安全都有重要的意义。

BIM技术(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM建模的过程其实就是数字化的过程。BIM提供了一种更接近现实世界的设计思维模式，它采用了模拟现实对象的方式，以多维设计思维为基础，让计算机代替人脑完成三维、二维的思维转化。因此，基于BIM技术，融合三维激光扫描技术、红外热像技术、核磁共振成像技术，实现隧道爆破质量数字化评价与控制。这种方式最大的特点是吸收三维激光扫描、红外热像等技术的优点，弥补BIM平台自身技术的不足，从多元、多维、多角度实现隧道爆破质量评价与控制的数字化，具有算法先进、综合性强、预测精度高、评价效果好等优点。