本發(fā)明屬于水閘安全數(shù)據(jù)管理，具體涉及一種基于bim平臺(tái)進(jìn)行閘站穩(wěn)定性計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水閘是典型的水利工程建筑物，廣泛用于渠道和河道工程中，用于調(diào)節(jié)水位、控制流量。水閘的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，需要綜合考慮地形、地質(zhì)、水流等多種因素，且水閘結(jié)構(gòu)布置存在差異性，設(shè)計(jì)影響因素多，特別是閘室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，是確定工程布置方案和核心參數(shù)的重要依據(jù)，具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性。

2、隨著bim技術(shù)(建筑信息模型)的快速發(fā)展，水利水電行業(yè)逐步采用三維設(shè)計(jì)手段，相較于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，bim技術(shù)具備交互性強(qiáng)、直觀可視化、實(shí)時(shí)協(xié)作等優(yōu)勢(shì)，已成為水閘工程設(shè)計(jì)中的主流趨勢(shì)。然而，現(xiàn)有bim技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在局限性，未能完整覆蓋水利水電行業(yè)的所有作業(yè)環(huán)節(jié)。

3、尤其在水閘穩(wěn)定性分析計(jì)算方面，存在以下缺陷和不足：

4、計(jì)算方式落后：目前閘室、泵室等主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析仍主要依賴(lài)傳統(tǒng)手工計(jì)算方法，導(dǎo)致參數(shù)設(shè)置繁瑣、效率低下。

5、計(jì)算過(guò)程分散：缺乏與bim平臺(tái)的集成，計(jì)算過(guò)程無(wú)法直接依托三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理不統(tǒng)一，計(jì)算結(jié)果與三維模型分離，導(dǎo)致結(jié)果不直觀。

6、重復(fù)性工作量大：方案修改或參數(shù)調(diào)整時(shí)，需要重新進(jìn)行計(jì)算和復(fù)核，難以高效迭代，重復(fù)性工作量大，影響項(xiàng)目設(shè)計(jì)效率。

7、輔助軟件局限：雖然市場(chǎng)上存在水工計(jì)算程序集、水工穩(wěn)定性計(jì)算等商業(yè)軟件，但這些工具仍以二維計(jì)算為主，缺少與bim平臺(tái)的圖形交互與數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，設(shè)計(jì)和計(jì)算流程脫節(jié)，方案變更時(shí)往往需要重復(fù)計(jì)算或未能及時(shí)復(fù)核計(jì)算結(jié)果。

8、結(jié)果不直觀：傳統(tǒng)方法下的計(jì)算結(jié)果通常以文本或報(bào)表形式呈現(xiàn)，缺乏與bim模型的直觀關(guān)聯(lián)，難以支持設(shè)計(jì)優(yōu)化和決策。

9、綜上，現(xiàn)有技術(shù)在水閘穩(wěn)定性分析計(jì)算方面存在計(jì)算流程碎片化、數(shù)據(jù)集成度低、重復(fù)勞動(dòng)量大、結(jié)果不直觀等問(wèn)題，難以充分利用bim平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，無(wú)法滿足全過(guò)程三維設(shè)計(jì)協(xié)同與高效分析的實(shí)際需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種基于bim平臺(tái)進(jìn)行閘站穩(wěn)定性計(jì)算方法及系統(tǒng)，依托bim平臺(tái)的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，集成化完成閘站指定計(jì)算單元的穩(wěn)定性計(jì)算，實(shí)現(xiàn)參數(shù)關(guān)聯(lián)、工況組合設(shè)定、荷載分布、計(jì)算求解和結(jié)果封裝的全流程自動(dòng)化；通過(guò)與bim平臺(tái)的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，將計(jì)算結(jié)果作為三維特征數(shù)據(jù)封裝到三維模型中，結(jié)果直觀可視；支持工況組合、荷載分布和參數(shù)設(shè)定的快速迭代，提升方案調(diào)整與復(fù)核的效率，減少重復(fù)勞動(dòng)；實(shí)現(xiàn)與bim平臺(tái)的深度集成，發(fā)揮bim技術(shù)在水閘穩(wěn)定性分析計(jì)算中的一體化協(xié)同優(yōu)勢(shì)。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于bim平臺(tái)進(jìn)行閘站穩(wěn)定性計(jì)算方法，包括以下步驟：

3、在bim平臺(tái)中顯示待計(jì)算閘站的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；

4、基于所顯示的待計(jì)算閘站的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定待計(jì)算的閘站計(jì)算單元及其參數(shù)；

5、針對(duì)待計(jì)算單元設(shè)定工況組合及其參數(shù)；

6、分別針對(duì)每個(gè)工況組合設(shè)定其對(duì)應(yīng)的荷載分布；

7、將閘站計(jì)算單元及其參數(shù)、工況組合及其參數(shù)和荷載分布參數(shù)等使用三維特征封裝保存于bim平臺(tái)，并在bim視圖區(qū)進(jìn)行三維可視化展示；

8、求解器通過(guò)保存于bim平臺(tái)的待計(jì)算特征數(shù)據(jù)計(jì)算指定工況下的所有荷載分布計(jì)算抗滑、抗浮和基底應(yīng)力不均勻系數(shù)并將計(jì)算結(jié)果和過(guò)程作為保存至bim平臺(tái)；

9、根據(jù)外部指令調(diào)用保存于bim平臺(tái)三維特征數(shù)據(jù)導(dǎo)入至設(shè)定模板后輸出計(jì)算書(shū)。

10、上述技術(shù)方案中，所述閘站計(jì)算單元的參數(shù)包括水閘級(jí)別、基底參考平面、基底參數(shù)；所述基底參數(shù)包括基底參照高程、基底順?biāo)较蜷L(zhǎng)、垂直水流方向?qū)捄偷鼗?lèi)型及其對(duì)應(yīng)地基參數(shù)。

11、上述技術(shù)方案中，所述工況組合的參數(shù)包括：工況名稱(chēng)、工況受力情況、組合情況以及特征水位。

12、上述技術(shù)方案中，所述荷載分布包括：自重、水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力、淤沙壓力、風(fēng)壓力、浪壓力、冰壓力、土的凍脹力、地震荷載和其他荷載；每種工況組合分別對(duì)應(yīng)有以上若干種荷載分布。

13、上述技術(shù)方案中，針對(duì)任一個(gè)工況設(shè)定其任一個(gè)荷載分布的過(guò)程包括：通過(guò)顯示于bim平臺(tái)中的待計(jì)算的閘站計(jì)算單元的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，拾取相應(yīng)的點(diǎn)、線和/或面作為荷載分布的選區(qū)，并通過(guò)外部指令寫(xiě)入該荷載分布對(duì)應(yīng)的參數(shù)。

14、上述技術(shù)方案中，求解器基于水閘設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算抗滑、抗浮和基底應(yīng)力不均勻系數(shù)；求解器生成抗滑、抗浮和基底應(yīng)力不均勻系數(shù)計(jì)算結(jié)果與水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)應(yīng)的約定允許值的比較結(jié)果，評(píng)價(jià)是否滿足規(guī)范要求，并將其作為三維特征封裝。

15、上述技術(shù)方案中，不同的工況組合之間存在時(shí)序上的先后順序，在針對(duì)任一個(gè)工況組合進(jìn)行荷載分布前，先遍歷該工況組合的前置工況組合以識(shí)別是否存在可傳遞荷載，若存在則將其作為該工況組合的傳遞荷載；基于直接荷載分布和傳遞荷載分布計(jì)算抗滑、抗浮和基底應(yīng)力不均勻系數(shù)。

16、本發(fā)明還提供了一種基于bim平臺(tái)進(jìn)行閘站穩(wěn)定性計(jì)算系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案所述的基于bim平臺(tái)進(jìn)行閘站穩(wěn)定性計(jì)算方法，該系統(tǒng)包括：

17、bim平臺(tái)，用于顯示待計(jì)算閘站的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并提供各功能模塊的操作接口及結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄，所述結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄用于顯示已創(chuàng)建的閘站計(jì)算單元名稱(chēng)、工況組合名稱(chēng)和荷載分布名稱(chēng)；

18、分析計(jì)算模塊，包括：

19、計(jì)算單元?jiǎng)?chuàng)建模塊，用于基于外部指令，確定待計(jì)算的閘站計(jì)算單元，并設(shè)定計(jì)算單元的參數(shù)；將該參數(shù)與所選計(jì)算單元進(jìn)行關(guān)聯(lián)保存至bim平臺(tái)；所述創(chuàng)建的計(jì)算單元節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)在結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄中顯示為第一級(jí)對(duì)象；

20、工況組合創(chuàng)建模塊，用于基于外部指令，選定結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄中的計(jì)算單元名稱(chēng)，定位具體的計(jì)算單元，并設(shè)定工況組合及其參數(shù)；將工況組合參數(shù)與所選計(jì)算單元進(jìn)行關(guān)聯(lián)保存，并將工況組合節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)添加至結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄中該計(jì)算單元節(jié)點(diǎn)的下一級(jí)；

21、荷載分布創(chuàng)建模塊，用于基于外部指令，選定結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄中的工況組合名稱(chēng)，定位具體的工況，并設(shè)定荷載分布參數(shù)；將荷載分布參數(shù)與所選工況進(jìn)行關(guān)聯(lián)保存，并將荷載分布節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)添加至工況組合節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄的下一級(jí)；

22、特征封裝模塊，用于將計(jì)算單元?jiǎng)?chuàng)建模塊生成的計(jì)算單元參數(shù)、工況組合創(chuàng)建模塊生成的工況組合參數(shù)及荷載創(chuàng)建模塊生成的荷載參數(shù)，封裝為三維特征，持久化保存至bim平臺(tái)，并在bim平臺(tái)視圖區(qū)交互式展示；

23、計(jì)算輸出模塊，用于基于指令，選定分級(jí)目錄中的閘站計(jì)算單元名稱(chēng)或工況名稱(chēng)，定位具體的數(shù)據(jù)對(duì)象，并提取保存的數(shù)據(jù)導(dǎo)入設(shè)定模板后輸出；

24、求解器，用于基于指令，選定結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄中的閘站計(jì)算單元或其指定工況組合，計(jì)算抗滑、抗浮和基底應(yīng)力不均勻系數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果封裝為三維特征數(shù)據(jù)保存至bim平臺(tái)；

25、其中，所述bim平臺(tái)的結(jié)構(gòu)樹(shù)分級(jí)目錄結(jié)構(gòu)包括：

26、第一級(jí)：計(jì)算單元名稱(chēng)；

27、第二級(jí)：工況組合名稱(chēng)；

28、第三級(jí)：荷載分布名稱(chēng)。

29、上述技術(shù)方案中，荷載分布創(chuàng)建模塊包括自重、水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力、淤沙壓力、風(fēng)壓力、浪壓力、冰壓力、土的凍脹力、地震荷載和其他荷載設(shè)定模塊；bim平臺(tái)顯示所有荷載計(jì)算模塊的啟動(dòng)按鍵，并點(diǎn)亮待計(jì)算的閘站計(jì)算單元下的指定工況組合所對(duì)應(yīng)的荷載設(shè)定模塊的啟動(dòng)按鍵，以提示可以接收該荷載設(shè)定模塊的啟動(dòng)指令。

30、本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案所述的基于bim平臺(tái)進(jìn)行閘站穩(wěn)定性計(jì)算方法。

31、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)bim平臺(tái)展示待計(jì)算的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并結(jié)合外部指令進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，能有效實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

32、自動(dòng)化計(jì)算流程：系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算單元、工況組合和荷載分布等數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，大大減少了手動(dòng)計(jì)算的復(fù)雜性和錯(cuò)誤率。

33、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)：所有數(shù)據(jù)(計(jì)算單元、工況、荷載分布等)均與bim平臺(tái)中的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與集成，確保數(shù)據(jù)完整性和準(zhǔn)確性。

34、全生命周期支持：該方法不僅涵蓋了設(shè)計(jì)階段的計(jì)算，還能夠?yàn)楹罄m(xù)的設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化提供快速反饋，有助于提高工程設(shè)計(jì)效率。

35、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)對(duì)計(jì)算單元的詳細(xì)參數(shù)設(shè)定，包括水閘級(jí)別、基底參考平面和基底參數(shù)(如高程、順?biāo)较蜷L(zhǎng)、垂直水流方向?qū)挼?，為計(jì)算單元提供精確的參數(shù)定義，有助于建立高精度的三維模型，基底參數(shù)的詳細(xì)定義使得后續(xù)穩(wěn)定性計(jì)算更加精準(zhǔn)，避免了傳統(tǒng)方法中的假設(shè)誤差；提高了各項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化水平，確保不同工況下的計(jì)算一致性和可靠性。

36、進(jìn)一步地，本發(fā)明的工況組合的設(shè)定包括名稱(chēng)、受力情況、組合情況及特征水位，通過(guò)明確設(shè)定這些參數(shù)，可以更真實(shí)地模擬各種工作環(huán)境下的負(fù)荷和工況變化；對(duì)于不同工況組合的準(zhǔn)確設(shè)定，有助于提高計(jì)算精度，減少人為因素帶來(lái)的誤差；可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求快速調(diào)整工況，靈活應(yīng)對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案。

37、進(jìn)一步地，本發(fā)明的荷載分布包括自重、水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力等各類(lèi)荷載，并分別對(duì)應(yīng)于不同的工況，該方法全面考慮了各類(lèi)荷載(如風(fēng)壓力、冰壓力、地震荷載等)，確保所有影響因素都被考慮在內(nèi)；每種荷載分布都與具體工況對(duì)應(yīng)，能夠更準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，避免了遺漏關(guān)鍵荷載的風(fēng)險(xiǎn)；自動(dòng)設(shè)定荷載分布，提高了計(jì)算效率，并減少了人工干預(yù)的錯(cuò)誤。

38、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)在bim平臺(tái)中對(duì)待計(jì)算閘站三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇和參數(shù)設(shè)定，通過(guò)可視化選擇荷載分布區(qū)域，使得荷載設(shè)定更加直觀、方便，減少了計(jì)算人員的操作難度；快速準(zhǔn)確地進(jìn)行荷載分布選擇，減少了傳統(tǒng)方法中的人工干預(yù)及誤差，提升了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性；荷載分布選擇直接依賴(lài)于三維模型數(shù)據(jù)，確保了荷載分布與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性。

39、進(jìn)一步地，本發(fā)明求解器基于水閘設(shè)計(jì)規(guī)范的水閘設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行抗滑、抗浮和基底應(yīng)力不均勻系數(shù)的計(jì)算，可確保計(jì)算結(jié)果符合工程設(shè)計(jì)規(guī)范；自動(dòng)化的計(jì)算過(guò)程消除了人為因素，確保計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)一性與可靠性；通過(guò)計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的比較，有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的潛在問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

40、進(jìn)一步地，本發(fā)明不同工況組合之間的時(shí)序處理及荷載傳遞機(jī)制，使得系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別工況組合之間的先后關(guān)系，確保荷載的合理傳遞，避免遺漏或重復(fù)計(jì)算；通過(guò)傳遞荷載的機(jī)制，可以更加精確地反映復(fù)雜工況下荷載的作用，提升計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性；當(dāng)工況組合發(fā)生調(diào)整時(shí)，系統(tǒng)能夠迅速適應(yīng)新的工況設(shè)定，減少計(jì)算過(guò)程中重復(fù)性工作量。

41、進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了基于bim平臺(tái)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)不同模塊的協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從閘站計(jì)算單元?jiǎng)?chuàng)建到計(jì)算書(shū)輸出的全自動(dòng)化流程，提高了工作效率；計(jì)算過(guò)程中數(shù)據(jù)與bim平臺(tái)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，確保數(shù)據(jù)的更新與同步，避免數(shù)據(jù)不一致；系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)便于后續(xù)功能擴(kuò)展與維護(hù)，能夠適應(yīng)未來(lái)的需求變化；用戶只需通過(guò)操作分級(jí)目錄進(jìn)行選擇，依托外部指令即可完成參數(shù)設(shè)定和計(jì)算，操作簡(jiǎn)便，降低了用戶操作復(fù)雜性。

42、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)顯示啟動(dòng)按鍵并提示用戶啟動(dòng)特定荷載模塊，能夠通過(guò)bim平臺(tái)顯示的啟動(dòng)按鍵，自動(dòng)提示用戶哪些荷載模塊可以啟動(dòng)，優(yōu)化了用戶交互體驗(yàn)；通過(guò)直接啟用特定荷載模塊，簡(jiǎn)化了用戶操作流程，減少了誤操作的可能性；通過(guò)按鍵指示與模塊啟動(dòng)的結(jié)合，確保了荷載設(shè)置的高效性，減少了操作過(guò)程中不必要的等待時(shí)間。