本發(fā)明涉及拱壩結(jié)構(gòu)的安全檢測，具體地指一種基于BIM的拱壩施工期變形場動態(tài)擬合分析方法。

背景技術(shù)：

拱壩是一種超高、薄壁的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在施工過程中的重心處于動態(tài)變化中，其不同階段的變形狀態(tài)是衡量其穩(wěn)定與安全運行重要指標。大壩結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測與分析是拱壩安全監(jiān)測的重要內(nèi)容。

傳統(tǒng)的大壩變形監(jiān)測與分析，通過在大壩內(nèi)部布置正倒垂線、水準觀測點，或在壩后或壩頂布置外部變形觀測樁，周期性采集變形數(shù)據(jù)，繪制變形變化過程曲線、或者基于二維的監(jiān)測斷面繪制分布圖，并對異常或超標信息進行預(yù)警。

上述傳統(tǒng)的分析方式存在兩個弊端：首先是大壩變形數(shù)據(jù)無法與實時的施工進度(大壩結(jié)構(gòu))形象進行直觀的關(guān)聯(lián)分析；其次是采用過程線、二維分布圖或統(tǒng)計表的分析方式無法直觀反映大壩變形的整體分布情況、分布特征與總體變化趨勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于BIM的拱壩施工期變形場動態(tài)擬合分析方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)施工進度及變形監(jiān)測數(shù)據(jù)實時驅(qū)動的拱壩變形場數(shù)據(jù)可視化表達。

實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：一種基于BIM的拱壩施工期變形場動態(tài)擬合分析方法，該方法包括：

對拱壩的結(jié)構(gòu)進行三維建模，形成包含拱壩主體及孔洞結(jié)構(gòu)的拱壩分壩段三維結(jié)構(gòu)模型；

將所述拱壩分壩段三維結(jié)構(gòu)模型進行網(wǎng)格劃分，轉(zhuǎn)化為分壩段表面三角網(wǎng)格模型；

根據(jù)實際的進度信息，給定起止高程，實現(xiàn)指定范圍內(nèi)壩段網(wǎng)格模型的生成；

獲得測點三維分布信息；

根據(jù)指定類型的變形測點分布的三維空間坐標，建立測點空間點云模型；

根據(jù)拱壩的結(jié)構(gòu)特點及變形測點的分布特征，實現(xiàn)中心發(fā)散投影算法對所述壩段網(wǎng)格模型及測點空間點云模型進行投影，形成投影后平面；

對投影后的測點分布點云模型，進行二維Delaunay網(wǎng)格剖分；

將網(wǎng)格剖分后的測點模型，疊加變形監(jiān)測數(shù)據(jù)；

基于投影后的結(jié)構(gòu)投影平面模型與測值分布模型，利用蝶形差分插值擬合算法，進行變形場數(shù)據(jù)擬合，使得結(jié)構(gòu)投影平面模型中每個頂點都得到插值后變形值序列；

將擬合后的變形值序列一一對應(yīng)映射到拱壩結(jié)構(gòu)三維網(wǎng)格模型節(jié)點中；

建立后處理分析窗口，實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的云圖、位移圖及等值線的生成與可視化顯示。

本發(fā)明基于BIM的拱壩施工期變形場動態(tài)擬合分析方法能夠?qū)崿F(xiàn)施工進度及變形監(jiān)測數(shù)據(jù)實時驅(qū)動的拱壩變形場數(shù)據(jù)可視化表達，實現(xiàn)大壩真實進度形象與變形情況的關(guān)聯(lián)耦合分析，直觀反映大壩變形整體分布、分布特征及總體變化趨勢，為大壩安全監(jiān)測分析評價提供科學(xué)直觀的手段。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于BIM的拱壩施工期變形場動態(tài)擬合分析方法的流程圖。

圖2為模型數(shù)據(jù)的云圖、位移圖及等值線的生成與可視化顯示的一種示意圖。

圖3為模型數(shù)據(jù)的云圖、位移圖及等值線的生成與可視化顯示的另一種示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明基于BIM的拱壩施工期變形場動態(tài)擬合分析方法包括以下步驟：

S1、利用BIM三維建模軟件對拱壩的結(jié)構(gòu)進行三維建模，形成包含拱壩主體及孔洞結(jié)構(gòu)的拱壩分壩段三維結(jié)構(gòu)模型。

S2、利用有限元前處理軟件將拱壩分壩段三維結(jié)構(gòu)模型進行網(wǎng)格劃分，轉(zhuǎn)化為分壩段表面三角網(wǎng)格模型，并對畸形或錯誤單元進行優(yōu)化。

S3、利用網(wǎng)格模型的BOOLEAN算法(交并差)，根據(jù)實際的進度信息，給定起止高程，實現(xiàn)指定范圍內(nèi)壩段網(wǎng)格模型的生成。具體步驟為：利用高程平面切除原始切割模型，獲取切除的網(wǎng)格，并得到封閉的切割邊線，后者構(gòu)造并三角化形成切割平面，并將切除后的網(wǎng)格及切割平面進行疊加，形成壩段的結(jié)構(gòu)形象進度模型。

S4、獲得測點三維分布信息。

S5、根據(jù)指定類型的變形測點分布的三維空間坐標，建立測點分布點云模型，并對部分測點分布明顯缺失或測點數(shù)據(jù)缺失的情況，根據(jù)臨近的測點創(chuàng)建虛擬測點與測值，保證測點分析整體均勻。

S6、根據(jù)拱壩的結(jié)構(gòu)特點及變形測點的分布特征，對建立的模型進行投影，具體為：

S6.1、實現(xiàn)中心發(fā)散投影算法對步驟S3壩段網(wǎng)格模型進行投影，形成投影后平面；

S6.2、實現(xiàn)中心發(fā)散投影算法對步驟S5測點分布點云模型進行投影，形成投影后平面。

S7、對投影后的測點分布點云模型進行二維Delaunay網(wǎng)格剖分。

S8、將網(wǎng)格剖分后的測點模型，疊加變形監(jiān)測數(shù)據(jù)(每個頂點對應(yīng)一個測點)。

S9、基于投影后的結(jié)構(gòu)投影平面模型與測值分布模型，利用蝶形差分插值擬合算法，進行變形場數(shù)據(jù)擬合，使得結(jié)構(gòu)投影平面模型中每個頂點都得到插值后變形值序列。

S10、將擬合后的變形數(shù)據(jù)序列，一一對應(yīng)映射到拱壩結(jié)構(gòu)三維網(wǎng)格模型節(jié)點中。

S11、建立后處理分析窗口，實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的云圖、位移圖及等值線的生成與可視化顯示，如圖2和圖3所示。

還可以選擇不同的時間點，動態(tài)創(chuàng)建當前結(jié)構(gòu)形象模型，并基于該結(jié)構(gòu)形象模型及變形測值信息，實現(xiàn)動態(tài)擬合與展示，指定時間間隔與步長，實現(xiàn)動態(tài)變形場展示。