[发明专利]基于BIM深度策划的隧道掘进机控制方法

说明书

本发明涉及一种基于BIM深度策划的隧道掘进机控制方法，根据地质数据建立三维隧道模型；通过实际作业收集工况及机械参数；通过激光定位器确定工作面轮廓，结合三维隧道模型生成测量控制要素；基于隧道结构信息、工况及机械参数和测量控制要素形成BIM虚拟隧道掌子面场景；运用BIM技术模拟隧道一个循环段落的机械开挖作业施工全过程，判断智能指令参数与决策的可行性；现场控制掘进施工试验，在动态化现场操作中，再次判断智能控制参数和智能化决策指令的可行性，进行参数调整并提高模拟运算的准确性；根据优化后的操控指令，运用BIM技术模拟隧道下一下循环段落的机械开挖作业施工；在实施中优化，至完成隧道全过程施工。

技术领域

本发明属于隧道工程自动化施工技术领域，具体是一种基于BIM深度策划的隧道掘进机控制方法。

背景技术

随着机械化、自动化技术与计算机控制智能化技术在建筑施工领域的研究应用，为适应高粉尘、低照度的狭窄地下空间恶劣作业环境，提高工作面员工安全系数，提高智能化、机械化、自动化施工水平，降低人工参与控制，提高隧道开挖成形精度，研究这类隧道悬臂掘进机开挖智能切割作业已成为急需解决的技术难题。

要实现隧道悬臂掘进智能化控制施工，需要通过GIS、BIM、智能化传感仪器感知、定位跟踪来控制悬臂掘进机和截割头的位置与姿态；通过计算机软件以工程参数、地质信息、施工工况参数和机械参数等数据资源为基础形成模拟人工操作指令，实现智能化控制施工作业。我国发明专利申请，公开号：CN112031874A，公开日：2020年12月4日，公开了一种基于BIM技术的隧道工程自动化监测控制方法，就是基于传感器的自动感应定位，实现掘进机施工自动化控制。

上述方案主要是基于传感器的定位控制，精确度较差，安装麻烦，传感器在隧道工况中容易损坏，直接影响掘进机施工控制。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，从而提供一种基于BIM深度策划的隧道掘进机控制方法。

本发明解决所述问题，采用的技术方案是：

一种基于BIM深度策划的隧道掘进机控制方法，

步骤1：根据地质结构基于BIM建立三维地质模型；在三维地质模型中规划一条隧道；

步骤2：将地质结构的物理力学信息导入三维地质模型中，建立数字三维地质模型；在数字三维地质模型中设定坐标系，将隧道的轮廓、走向、高程以及断面开挖分区边界以坐标点集合的形式生成隧道结构信息；

步骤3：收集工况及机械参数：选择试验段进行人工截割作业，a)采集掘进机机械参数：推进速度Vp、冲击压力Ph、推进压力Pt、回转压力Pl、水压力PW、水流量Qw和电流功率A；b)采集掘进机开挖工况参数：一次吃刀深度、截割厚度、铣挖方式和截割速度；c)采集施工工况参数：掘进机器位姿﹑截割头位姿、切割轨迹、截割路径与轨迹；

步骤4：生成测量控制要素：在人工截割作业过程中，将掘进机悬臂截割过程中的关键路径按照截割头位置在第2步中设定的坐标系中进行空间坐标定位，通过数组形式确定采集的每一个关键点的坐标数据，将各坐标数据转化为掘进机回转油缸和升降油缸的伸缩量记录，从而生成测量控制要素；

步骤5：基于隧道结构信息、工况及机械参数和测量控制要素将数字三维地质模型转换为BIM虚拟隧道掌子面场景，通过空间矩阵变换解算隧道中悬臂掘进机机身位置与姿态、截割头位置与姿态，清晰表达设备与主控部在隧道中的准确位置；在BIM虚拟隧道掌子面场景内利用数据库搜索算法，自动匹配生成智能控制参数和智能化决策指令；

步骤6：运用BIM技术模拟隧道一个循环段落的机械开挖作业施工全过程，进行虚拟施工碰撞检测，在动态化的操作中判断智能指令参数与决策的可行性，从而优化智能控制参数和智能化决策指令；

步骤7：根据智能控制参数和智能化决策指令现场控制掘进施工试验，

步骤8：在动态化现场操作中，再次判断智能控制参数和智能化决策指令的可行性，进行参数调整并提高模拟运算的准确性，完成深度策划并生成终端智能掘进开挖操控指令；