[发明专利]一种基于BIM的盾构隧道正向设计方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种基于BIM的盾构隧道正向设计方法、系统及介质，本发明基于BIM的盾构隧道正向设计方法包括在第N环管环的盾构前向平面上拼装第N+1环管环，第N+1环管环的固定空间姿态为以第N环盾构前向中心点为中心起点以第N环盾构前向所在平面法向量所在直线为中心轴进行定位，第N+1环管环的角度旋转姿态的确定包括在k种可旋转位置中选择使得第N+1环管环的中心轴线更贴近盾构的三维中心线的可旋转位置。本发明能够得到高精度的盾构管环模型，可结合设计平纵曲线自动比选最佳旋转角度计算出每一环最优位置，从而设计出最优的盾构隧道管环排布，提升盾构隧道正向设计的质量和效率。

技术领域

本发明涉及水利水电、城市轨道交通工程的盾构隧道设计技术，具体涉及一种基于BIM的盾构隧道正向设计方法、系统及介质。

背景技术

随着社会的发展，盾构隧道越来越多的用于输配水隧道和城市轨道交通中来。盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。在盾构施工过程中，所采用的盾构管环的类别决定了盾构曲线的拟合思路。为了满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇行纠偏的需要，应设计楔形衬砌环。

目前国际上通常采用的衬砌环类型有楔形衬砌环与直线衬砌环的组合、通用型管环和楔形衬砌环之间相互组合等方式。其中，通用型管环只采用一种类型的楔形衬砌环，盾构掘进时通过盾构机内环向千斤顶的传感器的信息确定下环转动的角度，以使楔形量最大处置于千斤顶行程最长处，也就是说，管片衬砌环是可以360°旋转的。由于它只需一种管片类型，可降低管模成本，不会因管片类型供应不上造成工程质量问题，但是通用管片拼装难度较高，需要有经验的盾构机操作人员。

目前已有盾构隧道创建的相关技术。例如，中国专利申请号为202110089490.7的申请案公开了一种参数化的TBM盾构隧道模型建立方法，包括如下步骤：步骤一：打开Revit，新建一个公制自适应常规族，导入项目管片设计图纸，根据图纸建立一个自适应管片族，然后保存族；步骤二、新建Revit项目，根据设计图纸绘制或导入项目隧道中心线，并将步骤一中自适应管片族加载到项目中；步骤三、启动Dynamo，编写TBM盾构隧道模型Dynamo参数化程序文件TBM tunnel并保存；步骤四、调整设计参数，运行TBM tunnel程序文件，自动快速生成TBM盾构隧道模型。该申请虽然提供了一种盾构隧道创建方法，但未提供盾构路线的明确创建步骤。且其盾构管片部分为体型自适应，这就造成每一相同型号管片体型数据均不同，给管片预制和安装带来了极大的困难。且每一管片的参数均需单独设计，这对于设计出图、管片厂预制和现场安装来说几乎不可能实现。最重要的是，其方法在一定程度上违背了现阶段盾构路线的拟合原理，现行的盾构设计原理在进度、技术、经济的可行性上完全优于此方法中所述原理，可操作性弱，无法满足实际需要，整体方案有待改进。例如，中国专利申请号为202011516511.0的申请案公开了一种利用Dynamo实现盾构管环纠偏排版的方法，包括如下步骤：搭建Revit环境，创建Dynamo环境下设计线；编制Dynamo管环创建程序；编制Dynamo排版程序；编制Dynamo盾构模型创建程序；排版设计；纠偏设计。该申请在一定程度上给出了基于通用管环创建和纠偏程序，但在盾构中心线的选取上本案例依托于设计曲线，属于逆向工程。其工作成果基于Revit和Dynamo，但对于盾构隧道这类线性工程一般体量较大，涉及大区域的坐标系统，而Revit中缺乏对坐标系统的支持，且超过一定体量Revit中模型精度会降低，用于设计成果上存在一定的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于BIM的盾构隧道正向设计方法、系统及介质，本发明能够在第N环管环的盾构前向平面①上拼装第N+1环管环确定第N+1环管环的固定空间姿态以及空间角度旋转姿态，从而得到高精度的盾构管环模型，可结合设计平纵曲线自动比选最佳旋转角度计算出每一环最优位置，从而设计出最优的盾构隧道管环排布，提升盾构隧道正向设计的质量和效率。