本發(fā)明涉及建筑信息模型應用，尤其是涉及一種基于工程信息模型和虛擬仿真技術的隧道圍巖智能分級方法及其系統。

背景技術：

1、在當今現代化的工程建設領域，隧道工程作為交通基礎設施的重要組成部分，其安全性和高效性備受關注。本發(fā)明聚焦于隧道工程中至關重要的一環(huán)——圍巖分級，旨在通過創(chuàng)新的技術手段，即結合?bim（建筑信息模型）和虛擬仿真技術，顯著提高隧道工程中圍巖分級的效率和安全性，為隧道的穩(wěn)定建設和后續(xù)的安全運營提供堅實的保障。?傳統的隧道圍巖分級方法，往往依賴于人工的現場勘察和經驗判斷。這種方式不僅效率低下，需要耗費大量的時間和人力成本，而且由于人為因素的影響，準確性也存在一定的局限性。在復雜的地質條件下，這種局限性可能會導致對圍巖狀況的誤判，進而影響隧道的穩(wěn)定性評價和支護設計，給工程帶來潛在的安全隱患和經濟損失。

2、隧道工程技術領域一直是基礎設施建設中的關鍵領域之一。隨著社會經濟的快速發(fā)展，對交通的需求日益增長，隧道工程的數量和規(guī)模不斷擴大。然而，隧道工程面臨著諸多復雜的技術難題，其中圍巖分級是一個至關重要的環(huán)節(jié)。?在傳統的隧道工程技術中，圍巖分級主要依靠地質勘察人員的經驗和現場觀察，這種方法存在著很大的主觀性和不確定性。而且，由于地質條件的復雜性和多變性，往往難以全面、準確地獲取圍巖的信息，給隧道的設計和施工帶來了很大的困難。?隨著信息技術的不斷發(fā)展，bim?技術和虛擬仿真技術逐漸應用于隧道工程領域。bim?技術可以實現對隧道工程的全生命周期管理，包括設計、施工和運營階段，為工程提供了豐富的幾何和屬性信息。虛擬仿真技術則能夠模擬隧道施工過程中的各種工況，為工程人員提供直觀的視覺體驗和分析依據。?本發(fā)明正是將?bim?技術和虛擬仿真技術有機結合，構建了一種全新的隧道圍巖智能分級系統及方法，為解決隧道工程中的圍巖分級問題提供了創(chuàng)新的思路和有效的手段。

3、公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發(fā)明的總體背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于工程信息模型和虛擬仿真技術的隧道圍巖智能分級方法及其系統，以解決現有技術中存在的技術問題。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、本發(fā)明提供一種基于工程信息模型和虛擬仿真技術的隧道圍巖智能分級方法，其包括如下步驟：

4、步驟s1：環(huán)境數據收集與巖土工程bim模型建立；

5、步驟s2：隧道圍巖智能分級與仿真優(yōu)化；

6、步驟s3：施工計劃輸出與現場實施動態(tài)管理；

7、步驟s4：可視化監(jiān)測與反饋循環(huán)；

8、步驟s5：數據分析與預測預警。

9、優(yōu)選地，所述步驟s1包括如下步驟：

10、步驟s11：進行詳細的地質勘探，主要記錄地層分布、土體與巖體特性和地下水狀況；所述土體與巖體特性包括土壤類型、巖石類型和物理力學性質；

11、步驟s12：根據步驟s11的勘探結果，進行地質剖面圖分析，推薦支護結構類型和設計參數；

12、步驟s13：將收集到的環(huán)境數據和地質勘察數據進行整理，統一格式，并確保數據的完整性和準確性；

13、步驟s14：創(chuàng)建隧道周邊的地形模型；

14、步驟s15：根據勘探點數據建立巖土層的三維模型，并根據預設控制剖面生成剖面資料；

15、步驟s16：在巖土層的三維模型中，按開挖掌子面標注不同的巖土類型和分布。

16、優(yōu)選地，所述步驟s2包括如下步驟：

17、步驟s21：提取圍巖的關鍵屬性，如抗壓強度、剪切強度、孔隙率等，并與模型屬性掛接；

18、步驟s22：在bim模型中加入隧道設計參數，如隧道斷面、開挖方式、支護結構等；

19、步驟s23：在bim模型中加入環(huán)境數據，如地下水、鄰近建、構筑物等；

20、步驟s24：基于步驟s16、步驟s21-步驟s23形成的工程信息模型，仿真模擬不同施工方案下的圍巖穩(wěn)定性及支護效果；

21、步驟s25：分析仿真結果，調整設計方案，重復步驟s21-步驟s23以達到最優(yōu)的施工方案，確保施工安全同時降低成本；

22、步驟s26：根據不同的巖石特性和工程要求確定分級體系，并輸出設計方案。

23、優(yōu)選地，所述步驟s3包括如下步驟：

24、步驟s31：根據步驟s25確定的設計方案和分級體系，制定施工計劃；

25、步驟s32：根據施工計劃跟蹤施工進度，并按節(jié)點掌子面開挖起始和結束時間動態(tài)更新bim模型；

26、步驟s33：對試運行數據進行分析，比較實際結果與模型預測結果，識別偏差和不一致性；

27、步驟s34：比較實際進展與仿真模擬的差異，分析支護效果和開挖影響范圍；

28、步驟s35：根據分析結果，對圍巖分級體系進行調整和優(yōu)化；

29、步驟s36：根據優(yōu)化方案進行下一分段的開挖，重復步驟s32-步驟s35。

30、優(yōu)選地，所述步驟s4包括如下步驟：

31、步驟s41：基于步驟s3動態(tài)更新的節(jié)點模型，集成應變傳感器、位移傳感器、濕度傳感器數據，插值補充兩節(jié)點時間段內的圍巖物理狀態(tài)；

32、步驟s42：根據插值補充的圍巖狀態(tài)模型生成時序動畫，實現以三維可視化的形式動態(tài)更新監(jiān)測數據；

33、步驟s43：基于新采集和更新的數據，重復步驟s2，迭代圍巖分級體系；

34、步驟s44：根據步驟s43確定的分級體系，制定施工計劃，重復步驟s32-步驟s36；

35、步驟s45：重復步驟s41-步驟s44，持續(xù)進行可視化監(jiān)測與數據反饋，形成標準化流程。

36、優(yōu)選地，所述步驟s5，具體通過如下步驟實現，

37、步驟s51：對應變、位移、震動頻率等實時監(jiān)測數據進行趨勢分析；

38、步驟s52：根據趨勢分析結果，生成推衍模型；

39、步驟s53：建立智能反饋機制，設定閾值，一旦監(jiān)測數據和推衍數據超出安全范圍，系統自動發(fā)出警報，并通過模型進行可視化展示；

40、步驟s54：動態(tài)優(yōu)化施工方案；

41、步驟s55：重復步驟s2-步驟s4，直至施工完成。

42、本發(fā)明還提供一種基于工程信息模型和虛擬仿真技術的隧道圍巖智能分級系統，其采用所述的基于工程信息模型和虛擬仿真技術的隧道圍巖智能分級方法。

43、采用上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

44、本發(fā)明涉及一種應用工程信息模型和虛擬仿真技術的隧道圍巖智能分級方法，通過?bim技術和虛擬仿真技術的集成，以及智能分級算法的應用，能夠在短時間內快速獲取和處理大量的圍巖數據，從而大大縮短了分級的時間，同時基于客觀的數據采集和科學的算法分析，能夠更加準確地評估圍巖的性質和狀態(tài)，為隧道工程提供了可靠的分級依據。