本發明涉及拱壩結構的安全檢測，具體地指一種基于BIM的拱壩施工期變形場動態擬合分析方法。

背景技術：

拱壩是一種超高、薄壁的大體積混凝土結構，在施工過程中的重心處于動態變化中，其不同階段的變形狀態是衡量其穩定與安全運行重要指標。大壩結構的變形監測與分析是拱壩安全監測的重要內容。

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

上述傳統的分析方式存在兩個弊端：首先是大壩變形數據無法與實時的施工進度(大壩結構)形象進行直觀的關聯分析；其次是采用過程線、二維分布圖或統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。

技術實現要素：

本發明目的在于克服上述現有技術的不足而提供一種基于BIM的拱壩施工期變形場動態擬合分析方法，該方法能夠實現施工進度及變形監測數據實時驅動的拱壩變形場數據可視化表達。

實現本發明目的采用的技術方案是：一種基于BIM的拱壩施工期變形場動態擬合分析方法，該方法包括：

對拱壩的結構進行三維建模，形成包含拱壩主體及孔洞結構的拱壩分壩段三維結構模型；

將所述拱壩分壩段三維結構模型進行網格劃分，轉化為分壩段表面三角網格模型；

根據實際的進度信息，給定起止高程，實現指定范圍內壩段網格模型的生成；

獲得測點三維分布信息；

根據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；

根據拱壩的結構特點及變形測點的分布特征，實現中心發散投影算法對所述壩段網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網格剖分；

將網格剖分后的測點模型，疊加變形監測數據；

基于投影后的結構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，進行變形場數據擬合，使得結構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映射到拱壩結構三維網格模型節點中；

建立后處理分析窗口，實現模型數據的云圖、位移圖及等值線的生成與可視化顯示。

本發明基于BIM的拱壩施工期變形場動態擬合分析方法能夠實現施工進度及變形監測數據實時驅動的拱壩變形場數據可視化表達，實現大壩真實進度形象與變形情況的關聯耦合分析，直觀反映大壩變形整體分布、分布特征及總體變化趨勢，為大壩安全監測分析評價提供科學直觀的手段。

附圖說明

圖1為本發明基于BIM的拱壩施工期變形場動態擬合分析方法的流程圖。

圖2為模型數據的云圖、位移圖及等值線的生成與可視化顯示的一種示意圖。

圖3為模型數據的云圖、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

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

如圖1所示，本發明基于BIM的拱壩施工期變形場動態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構進行三維建模，形成包含拱壩主體及孔洞結構的拱壩分壩段三維結構模型。

S2、利用有限元前處理軟件將拱壩分壩段三維結構模型進行網格劃分，轉化為分壩段表面三角網格模型，并對畸形或錯誤單元進行優化。

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

S4、獲得測點三維分布信息。

S5、根據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據缺失的情況，根據臨近的測點創建虛擬測點與測值，保證測點分析整體均勻。

S6、根據拱壩的結構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、實現中心發散投影算法對步驟S3壩段網格模型進行投影，形成投影后平面；

S6.2、實現中心發散投影算法對步驟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網格剖分。

S8、將網格剖分后的測點模型，疊加變形監測數據(每個頂點對應一個測點)。

S9、基于投影后的結構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，進行變形場數據擬合，使得結構投影平面模型中每個頂點都得到插值后變形值序列。

S10、將擬合后的變形數據序列，一一對應映射到拱壩結構三維網格模型節點中。

S11、建立后處理分析窗口，實現模型數據的云圖、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，動態創建當前結構形象模型，并基于該結構形象模型及變形測值信息，實現動態擬合與展示，指定時間間隔與步長，實現動態變形場展示。