【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及堤防工程数字化设计，具体涉及一种基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法。
技术介绍
1、堤防是人类社会历史最悠久、应用最广泛的水利工程，直接关系着人民的生命财产安全。在堤防的新建、改建及加固建设中，结构计算是重要的工作内容，特别是渗流稳定和边坡稳定等方面的计算。
2、堤防工程一般采用典型断面设计，即通过拟定典型断面来推敲设计方案，并通过一定间距的断面图来表达设计成果。由于堤防工程一般线路较长、图纸量大，若出现方案调整，图纸的修改非常耗时费力。因此，堤防的设计流程通常是先用绘图软件初拟轴线和典型断面，再用专业计算软件构建计算断面进行渗流、边坡稳定计算，并根据水力比降和安全系数等计算结果人为判断是否需要调整断面结构。通过以上计算，在方案的安全性满足规范要求后，设计人员需在绘图环境中将典型断面绘制于沿程地形上并手动统计工程量。在此过程中，若出现挖填明显失衡等情况，尚需从节约工程造价角度出发优化设计方案，必要时再次进行结构计算，在工程的安全性和经济性中求取平衡。最后，待典型断面完全确定后，再进行详细的设计制图。上述堤防设计流程存在“设计初拟-结构计算-设计优化-再次计算”的循环过程，设计方案拟定、结构计算和算量出图相互影响。在实际项目中，受土地征收、环境影响等外部因素影响，还会不可避免地出现方案调整，造成这一循环过程要进行多次，随之而来的则是大量的机械重复工作。
3、堤防设计具有面广量大、重复手动作业占比高的特性。多年以来水利行业内一直有针对出图、算量自动化等方面的技术研发，只能解决局部问题
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术从堤防设计的工作原理出发，提供一种基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法。通过解析堤防bim模型和计算模型的数据结构，形成数据转换的机制和算法。在此基础上，以bim模型集成、传递堤防与地基土层的几何轮廓、材料特性等信息，补充工况水位等边界条件，将设计断面无损转化为计算模型；在计算完成后，计算结果又能够自动返回到bim设计环境，精准绘制于相应断面；从而实现堤防设计、计算的双向数据互通。将相关规范条文和设计经验写入bim环境，形成安全合规性检查工具和设计方案优化策略库，对于结果不满足规范要求的断面自动醒目标注，提醒设计人员注意并提供相应的优化策略，为方案优化提供参考。再从bim模型自动抽取批量断面图和工程量，图、模、量动态关联，同步更新。
2、简言之，本
技术实现思路
包括堤防设计、计算、出图一体化的“方法+工具+流程”，能够改进当前分散割裂、反复调整的工作流程，实现设计、计算、出图的协同耦合。
3、本专利技术采用的技术方案是：
4、一种基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，包括以下步骤：
5、s1、拟定堤防设计方案：将非标准化的堤防横断面离散为多个标准化部件；分层级进行堤防要素的参数化设计，构建动态变化的bim模型；
6、进一步地，堤防要素包括“平、纵、横”要素，“平”指堤防轴线，定义堤防的平面位置；“纵”指堤防纵断面线，定义堤防的沿程高度变化；“横”指堤防结构横断面，定义堤防横断面由哪些细部结构组成，包括堤顶、护坡、填筑体、挡墙和排水沟；
7、进一步地，横断面是堤防设计的核心，在整个设计环节中难度最大、耗时最多；运用以离散化促进标准化的设计思想，将非标准化的堤防横断面离散为多个标准化部件，标准化部件与细部结构一一对应，实现组装式的横断面设计；
8、在操作层面，分层级为按照“点→部件→断面”的层级，先定义结构角点，由角点连线围合为堤顶部件，再与其他部件组装为整体的堤防横断面；由于最底层的点对象包含尺寸参数和地形目标，使得横断面在项目环境中能够参数驱动、自适应地形；此外，对标准化部件实行动态管理，以在多个项目间复用；
9、s2、检查方案合理性：从bim模型提取堤防结构边线和分区材料工程量，若出现结构超红线或填挖失衡情况，调整s1中的参数更新方案，初步排除不合理设计；
10、进一步地，堤防工程量应尽量挖填平衡，通过指定清表、开挖和填筑的围合边界，从bim模型统计出各断面的分区材料面积，并按照平均断面或棱体算法计算汇总为整体工程量；若设计人员认为存在优化空间，调整s1中“平、纵、横”设计要素，bim 模型及工程量同步更新；
11、s3、提取模型信息：bim模型是以图形化方式表达的工程数据库，包含丰富的属性信息；通过在任意位置设置剖面线，剖切堤防横断面，并从中提取几何信息和非几何信息；
12、进一步地，提取信息的数量和内容以满足计算、出图所需为依据，几何信息包括点坐标、材料分区的点编号、地层分界线；非几何信息包括堤身填筑材料和各地基土层的物理力学指标。
13、s4、进行计算前处理：读入上一步提取的模型信息，根据计算项目类型，补充边界条件和计算设置 ，形成完整的计算模型，并输出文本型计算文件；
14、进一步地，从bim 模型中提取的信息，形成计算模型的分区和材料；在此基础上，根据计算项目的类型，补充的边界条件包括水位、荷载，补充的计算设置包括渗流有限元分析网格大小、稳定计算工况、最危险滑弧搜索范围；将完整的计算模型输出文本型的计算文件，用户可直接修改计算文件来优化计算模型，提供了计算前处理的全新工作方式。
15、s5、进行求解计算：按照先渗流后稳定的顺序求解分析；采用有限元法计算渗流场，获得包含水力比降、单宽堤防的渗透量、浸润线在内的计算结果；采用条分法计算边坡抗滑稳定性，获得最危险滑弧和安全系数；
16、进一步地，所述抗滑稳定性计算根据断面特性及稳定计算要求设定各工况下的堤防边坡最危险滑弧的搜索范围，计算方法选择当前规范推荐的所述条分法包括瑞典法、毕肖普法以及摩根斯顿法，并根据堤防排水固结情况匹配有效应力法或总应力法；将计算模型批量转化为计算任务，计算模型与计算任务一一对应，多个任务列表管理，排队依次计算，任务间无需人工干预，计算完成后，计算结果自动保存。
17、s6、进行计算后处理：将渗流计算和稳定计算的结果返回bim环境，通过桩号检索和局部坐标转换，实现计算结果和设计断面的精准套合，将渗流计算结果及稳定计算结果绘制于相应断面上，并编排形成富文本格式的简易计算书；
18、进一步地，所述渗流计算结果包括等势线、等压线、等水力比降图、流速矢量图；所述稳定计算结果包括最危险滑弧、安全系数；所述简易计算书包括计算原本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S1中，所述将非标准化的堤防横断面离散为多个标准化部件，具体为创建与堤防横断面细部结构一一对应的标准化部件，实现组装式的横断面设计，对标准化部件实行动态管理，以在多个项目间复用。
3.根据权利要求1所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S1中，所述分层级进行堤防要素的参数化设计，具体为按照“点→部件→断面”的层级，先定义结构角点，然后由角点连线围合为堤顶部件，最后再与其他部件组装为整体的堤防横断面；由于最底层的点对象包含固定的尺寸参数和变化的高度、宽度和地形目标，使得横断面在项目环境中能够参数驱动、自适应地形。
4.根据权利要求1或3所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S1中，所述堤防要素包括“平、纵、横”要素，“平”指堤防轴线，定义堤防的平面位置；“纵”指堤防纵断面线，定义堤防的沿程高度变化；“横”指堤
5.根据权利要求1所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S2中，所述调整S1中的参数更新方案，具体为对步骤S1中设计要素，BIM模型及工程量进行同步更新。
6.根据权利要求1所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S3中，所述提取模型信息的数量和内容以满足计算、出图所需为依据，所述几何信息包括点坐标、材料分区的角点编号、地层分界线；所述非几何信息包括堤身填筑材料和各地基土层的物理力学指标。
7.根据权利要求1所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S5中，所述采用条分法计算边坡抗滑稳定性，具体为选择当前规范推荐的所述条分法包括瑞典法、毕肖普法以及摩根斯顿法，并根据堤防排水固结情况匹配有效应力法或总应力法；将计算模型批量转化为计算任务，计算模型与计算任务一一对应，多个任务列表管理，排队依次计算，任务间无需人工干预，计算完成后，计算结果自动保存。
8.根据权利要求1所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S6中，所述渗流计算结果包括等势线、等压线、等水力比降图、流速矢量图；所述稳定计算结果包括最危险滑弧、安全系数；所述简易计算书包括计算原理、计算参数、结果简图。
9.根据权利要求1所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S7中，所述设计规范要求包括对允许水力比降、抗滑稳定安全系数的规范要求；所述优化策略库包括调整填筑材料、放缓护坡坡比、增设抗滑桩在内的优化措施。
10.根据权利要求1所述的基于BIM的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤S7中，所述通过计算值和规范允许值的比较具体为：根据出逸区域各土层水力比降计算值和规范允许值的比较，来评价渗流稳定性；根据堤防边坡抗滑稳定系数计算值与规范要求达到最小值的比较，来判断抗滑稳定性。
...【技术特征摘要】
1.一种基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤s1中，所述将非标准化的堤防横断面离散为多个标准化部件，具体为创建与堤防横断面细部结构一一对应的标准化部件，实现组装式的横断面设计，对标准化部件实行动态管理，以在多个项目间复用。
3.根据权利要求1所述的基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤s1中，所述分层级进行堤防要素的参数化设计，具体为按照“点→部件→断面”的层级，先定义结构角点，然后由角点连线围合为堤顶部件，最后再与其他部件组装为整体的堤防横断面；由于最底层的点对象包含固定的尺寸参数和变化的高度、宽度和地形目标，使得横断面在项目环境中能够参数驱动、自适应地形。
4.根据权利要求1或3所述的基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤s1中，所述堤防要素包括“平、纵、横”要素，“平”指堤防轴线，定义堤防的平面位置；“纵”指堤防纵断面线，定义堤防的沿程高度变化；“横”指堤防结构横断面，定义堤防的细部结构。
5.根据权利要求1所述的基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤s2中，所述调整s1中的参数更新方案，具体为对步骤s1中设计要素，bim模型及工程量进行同步更新。
6.根据权利要求1所述的基于bim的堤防设计、计算、出图一体化协同方法，其特征在于：在步骤s3中，所述提取模型信息的数量...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯毅，王浩军，叶垭兴，张峰，潘卫平，方海挺，虞鸿，徐肖峰，胡军伟，
申请(专利权)人：浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，
类型：发明
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