【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土石方工程领域，尤其是涉及一种基于bim模型的土石方管理系统及匡算方法。
技术介绍
1、现有工程施工涉及开挖和填筑，常用的有断面法、方格网法、三角网法、等高线法、经验公式和三维建模法。断面法是通过测量一系列垂直于挖掘或填筑方向的断面，并计算这些断面之间的体积来估算总工程量。但断面法仅适用于较为规则的形状，适用性不强。方格网法和三角网法都是构建规则的网格，然后利用网格计算体积，但是该方法在实际运用中较为麻烦，依赖精确的测量，对于不规则的形状，实现精确的计算难度较大。等高线法是利用地形图上的等高线换算成断面然后采用断面法计算体积，但是该方法需要有精确详细的gis数据地形图，实现难度较大。经验公式法，采用简化的公式进行计算，适用于较为简单的工程，但是计算精度较低。三维建模法采用计算机辅助建模后进行计算，精度较高，而且能够实时反馈工程进度，但是该方案的操作难度较大，实现难度较高。中国专利cn112765708a记载了一种基于bim的土石方量计算方法、系统、设备和存储介质，通过获取原始场地地形数据，生成原始场地三维曲面模型，创建场地平整设计曲面模型，通过比对原始场地三维曲面模型和场地平整设计曲面模型，精确计算出所需挖掘和回填的土石方量。但该专利对于大型或复杂地形数据未考虑到数据模型的精确划分问题，也未考虑到实际施工中土石方填挖的动态数据并更新数据模型，以实现精确的过程管理，这些因素使得土石方工程量的匡算不精确，难以实现精细化的过程管理，也难以用于对工程以数字孪生的方式进行展示。
技术实现思路>
1、本专利技术的主要目的在于提供一种基于bim模型的土石方管理系统及匡算方法，解决现有土石方工程施工中，土石方工程量计算不精确、数据模型更新复杂的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于bim模型的土石方管理系统，包括gis模型管理模块、bim模型管理模块和车辆运输数据管理模块；
3、gis模型管理模块，用于根据土石方工程的地理信息数据，生成gis模型；
4、bim模型管理模块，用于土石方工程中涉及土石方的几何形状和空间关系的bim三维模型的更新和验证；
5、bim模型管理模块包括对bim三维模型进行更新的运算执行器；运算执行器用于根据车辆运输数据管理模块的数据对bim三维模型中的局部进行增加、删除和替换操作；
6、bim模型管理模块还包括与gis模型进行融合的融合执行器；
7、融合执行器用于将bim三维模型的关键点与gis模型的关键点进行耦合；
8、耦合的过程包括：将bim三维模型的关键点与gis模型的关键点重合，读取bim三维模型的偏转角、翻滚角和俯仰角的向量数据，将bim三维模型的向量数据与gis模型的向量数据对齐；
9、车辆运输数据管理模块，车辆运输数据管理模块包括车辆运输装卸数据，通过采集车辆运输实时位置数据和装载状态数据，联合解算后获取车辆运输装卸数据，以用于获取车辆运输输出方量或回填方量数据；将车辆位置数据，和输出方量或回填方量数据实时输入bim三维模型，用于更新bim三维模型；
10、gis模型管理模块将土石方工程的地理信息数据发送至bim模型管理模块，bim模型管理模块将地理信息数据融合并更新至bim三维模型；车辆运输数据管理模块将所获取的数据发送至bim模型管理模块，bim模型管理模块对bim三维模型进行更新。
11、优选的方案中，通过融合执行器计算时，设定bim三维模型的优先级高于gis模型的优先级，用于以bim三维模型的数据，替换与bim三维模型产生干涉的gis模型中的数据。
12、优选的方案中，将手持终端与车辆绑定，收集手持终端的位置和方向作为车辆的位置和方向，收集手持终端的运动轨迹作为车辆的运动轨迹，实时获得车辆的位置、方向和运动轨迹；采用物联网协议将车辆的操作数据发送至手持终端，则手持终端中获取了当前车辆在该位置进行的操作数据；根据操作数据计算和判断车辆运输输出方量或回填方量数据；车辆运输数据管理模块将位置数据，和输出方量或回填方量数据，添加至当前的bim三维模型，或者从bim三维模型中删除，或者对bim三维模型的局部进行替换，实现bim三维模型的实时更新。
13、优选的方案中，所述bim三维模型的更新采用粒子算法，将车辆运输输出方量或回填方量数据分解为对应的多个粒子；设定单个粒子的体积大小，更新输出方量数据和回填方量数据对应的粒子，完成bim三维模型更新。
14、优选的方案中，bim模型管理模块还包括校验模块，用于获取施工现场的实测数据，并与bim三维模型数据对比校验。
15、优选的方案中，bim模型管理模块还包括显示模块，用于根据用户指令或预设指令，显示对应的数据；
16、显示的数据包括bim三维模型图形数据、gis模型数据、融合图形数据、工程进度数据和土石方量匡算数据中一种或多种的组合。
17、一种用于上述基于bim模型的土石方管理系统的土石方匡算方法，包括以下步骤：
18、s1、根据bim数据生成bim三维模型，bim三维模型包括土石方施工区域的初始和最终的模型；
19、s2、根据gis数据生成土石方施工区域的三维模型，包括以下步骤：
20、通过土石方工程施工区域施工前的不同区域标高数据的密度大小，对gis模型进行多尺度网格划分；
21、在土石方施工区域，对网格进行加密操作；
22、s3、将bim三维模型与gis模型进行融合，即将bim三维模型的关键点与gis模型的关键点进行耦合；耦合包括将bim三维模型的关键点与gis模型的关键点重合，读取bim三维模型的偏转角、翻滚角和俯仰角的向量数据，将bim三维模型的向量数据与gis模型的向量数据对齐；
23、融合计算时，设定bim三维模型的优先级高于gis模型的优先级，用于以bim三维模型的数据，替换与bim三维模型产生干涉的gis模型中的数据；
24、s4、采集车辆运输实时位置数据和装载状态数据，联合解算后获取车辆运输装卸数据，将车辆运输装卸数据实时输入bim三维模型，用于更新bim三维模型；
25、将手持终端与车辆绑定，收集手持终端的位置和方向作为车辆的位置和方向，收集手持终端的运动轨迹作为车辆的运动轨迹，实时获得车辆的位置、方向和运动轨迹；采用物联网协议将车辆的操作数据发送至手持终端，则手持终端中获取了当前车辆在该位置进行的操作数据；根据操作数据计算和判断车辆运输输出方量或回填方量数据；将位置数据和输出方量或回填方量数据，添加至当前的bim三维模型，或者从bim三维模型中删除，或者对bim三维模型的局部进行替换，实现bim三维模型的实时更新；
26、s5、将实测数据与模型数据进行对比，当误差在预设误差范围内时，则校验通过；当误差超出预设误差范围时，则通过回溯更新数据，对误差的形成进行追踪并对误差进行更正。
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【技术保护点】
1.一种基于BIM模型的土石方管理系统，其特征是：包括GIS模型管理模块、BIM模型管理模块和车辆运输数据管理模块；
2.根据权利要求1所述基于BIM模型的土石方管理系统，其特征是：通过融合执行器计算时，设定BIM三维模型的优先级高于GIS模型的优先级，用于以BIM三维模型的数据，替换与BIM三维模型产生干涉的GIS模型中的数据。
3.根据权利要求1所述基于BIM模型的土石方管理系统，其特征是：将手持终端与车辆绑定，收集手持终端的位置和方向作为车辆的位置和方向，收集手持终端的运动轨迹作为车辆的运动轨迹，实时获得车辆的位置、方向和运动轨迹；采用物联网协议将车辆的操作数据发送至手持终端，则手持终端中获取了当前车辆在该位置进行的操作数据；根据操作数据计算和判断车辆运输输出方量或回填方量数据；车辆运输数据管理模块将位置数据，和输出方量或回填方量数据，添加至当前的BIM三维模型，或者从BIM三维模型中删除，或者对BIM三维模型的局部进行替换，实现BIM三维模型的实时更新。
4.根据权利要求1所述基于BIM模型的土石方管理系统，其特征是：所述BIM三维模型
5.根据权利要求1所述基于BIM模型的土石方管理系统，其特征是：BIM模型管理模块还包括校验模块，用于获取施工现场的实测数据，并与BIM三维模型数据对比校验。
6.根据权利要求1所述基于BIM模型的土石方管理系统，其特征是：BIM模型管理模块还包括显示模块，用于根据用户指令或预设指令，显示对应的数据；
7.一种用于权利要求1至6任一项所述基于BIM模型的土石方管理系统的土石方匡算方法，其特征是：包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述基于BIM模型的土石方管理系统的土石方匡算方法，其特征是：步骤S4中，获取输出方量或回填方量数据的具体步骤为：
9.根据权利要求7所述基于BIM模型的土石方管理系统的土石方匡算方法，其特征是：BIM三维模型更新的过程包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述基于BIM模型的土石方管理系统的土石方匡算方法，其特征是：步骤S423中，粒子体积运算过程中，进行物理运算时，单个粒子为球形粒子，根据球形粒子的物理特性在边界约束范围内进行运算，并执行对齐操作，使粒子无交错，相邻粒子的轴线重合；
11.根据权利要求7所述基于BIM模型的土石方管理系统的土石方匡算方法，其特征是：步骤S4中，BIM三维模型更新以时间切片的方式进行存储，即在一个时间段内，完成BIM三维模型更新操作，以对施工质量进行追溯；
...【技术特征摘要】
1.一种基于bim模型的土石方管理系统，其特征是：包括gis模型管理模块、bim模型管理模块和车辆运输数据管理模块；
2.根据权利要求1所述基于bim模型的土石方管理系统，其特征是：通过融合执行器计算时，设定bim三维模型的优先级高于gis模型的优先级，用于以bim三维模型的数据，替换与bim三维模型产生干涉的gis模型中的数据。
3.根据权利要求1所述基于bim模型的土石方管理系统，其特征是：将手持终端与车辆绑定，收集手持终端的位置和方向作为车辆的位置和方向，收集手持终端的运动轨迹作为车辆的运动轨迹，实时获得车辆的位置、方向和运动轨迹；采用物联网协议将车辆的操作数据发送至手持终端，则手持终端中获取了当前车辆在该位置进行的操作数据；根据操作数据计算和判断车辆运输输出方量或回填方量数据；车辆运输数据管理模块将位置数据，和输出方量或回填方量数据，添加至当前的bim三维模型，或者从bim三维模型中删除，或者对bim三维模型的局部进行替换，实现bim三维模型的实时更新。
4.根据权利要求1所述基于bim模型的土石方管理系统，其特征是：所述bim三维模型的更新采用粒子算法，将车辆运输输出方量或回填方量数据分解为对应的多个粒子；设定单个粒子的体积大小，更新输出方量数据和回填方量数据对应的粒子，完成bim三维模型更新。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永华，边志刚，李小虎，雷艳，丁万钦，赵爽，张亮，王奕璇，万森，刘斌，李海兵，李梦，闫坤，
申请(专利权)人：长电张掖能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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