【BIM应用】基于BIM的路基连续压实信息系统

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路基压实是路基路面施工质量的关键指标,表征现场压实后的密度状况,压实度越高,材料整体性能越好。路基施工中,当压路机在不同压实度的路基上行走时,其振动响应发生有规律的变化,通过监测、分析可实现连续压实控制。


常规连续压实控制

主要以码表计算行驶距离和行驶速度,一般通过人工录入压实区段里程,自动化水平有待提高。


小编

常规连续压实控制自动化程度很低,而路基连续压实信息系统基于BIM与北斗卫星定位研发,既能避免涉密坐标在互联网中传输,又能实现在BIM上以分段、分层的方式将压实信息与模型检测单元对应展示。

BIM技术与线路数学模型结合,可得到路基及其每层的空间尺寸和位置。在连续压实控制设备的基础上,采用北斗卫星定位技术采集压路机的空间位置信息,并与路基BIM空间位置进行匹配,可实现有针对性的压实作业,行驶轨迹可追溯、监管,多个压路机在同一区段内还能实现协同作业。


技术原理

北斗卫星定位系统

北斗卫星定位系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。


北斗卫星定位系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力。

路基BIM建模

BIM技术想必大家都很了解不必赘述,路基BIM建模是路基连续压实信息系统的重要部分,其实现步骤如下:

  • 根据线路平面曲线要素和纵断面曲线要素,生成铁路空间线路模型

  • 分段确定设计横断面的尺寸和结构

  • 拉伸形成路基体

  • 按断面结构形成路基顶面及边坡的分层实体

  • 结合工程部位组件,将附属工程与模型匹配

  • 参数化设置,分层形成路基各层的实体

  • 柱状网格化切分模型,形成压实检测单元


系统组成

路基连续压实信息系统由北斗卫星定位设备、坐标与里程转换、坐标与模型检测单元转换、连续压实设备、采集终端数据管理及展示软件、数据上传下载、云端服务、模型对接接口、Web页面、移动管理APP等单元构成。


路基连续压实信息系统架构

Web页面根据中国铁路总公司、客专公司或铁路局、项目指挥部、标段共 4 级用户需求,提供不同的操作权限。

移动管理APP结合现场沿线巡检等移动办公的需要,满足手机端查阅、督办施工质量和进度情况的要求。


系统功能及实现

数据采集

压路机行驶经过每个检测单元,自动采集的数据有2部分:

  • 连续压实数据,包括振动压实值、振动频率、振动幅度、采集时间等

  • 北斗卫星定位数据,主要是空间坐标和采集时间

每次采集的空间坐标通过线路数学模型转换单元换算成检测单元的行列号; 结合每次的采集时间构成时空关系,可计算得到压路机实时行驶速度和行驶轨迹。每个检测单元上下相邻层体的顶面高程之差即为该单元的碾压厚度,以此监测压实厚度是否超标。

动态监测和展示

采集终端设备安装在压路机驾驶室,显示器实时显示压实区域内每个检测单元最新压实情况。将压实值与目标压实值比较,把达到合格、未达到合格、未碾压的监测单元分别标记为绿色、红色、白色。压实作业的轨迹和压路机行驶速度直观地显示给操作手,从而可针对压实薄弱的检测单元有针对性地碾压。


数据传输

通过机载无线路由器,将采集数据传输到数据库,并加密存储。采集终端在3G/4G移动网络或Wi-Fi信号环境中,调用平台服务端的Web Services接口,实现数据上传和下载。数据传输中因网络条件等因素影响,需支持断点续传。

压实数据BIM展示

进行压实状态分布展示时,按压实值分组间隔、分组数设置不同图例颜色。按压实值是否达到目标压实值设置红、绿2种图例颜色并相应显示;未进行压实的检测单元用白色显示。

实际压实层体组成的路基BIM系统支持分段、分层拆分展示,每个层体具有“开/关”显示状态。


路基压实结果展示

统计分析

按区段施工作业,质量检测和过程控制的归档数据通过统计该区段中的压实数据得到。

通过率不仅要用累计的不合格检测单元数与总的检测单元数据比较,还要考虑不合格检测单元分布的离散性。可用不合格检测单元的相邻关系计算和判断离散性,分析后得合格率。

业务报表生成

生成报表可极大简化内业计算的工作量。报表主要包括相关系数计算表、相关性校验报告表、压实程度分布图表、压实状态分布图表、数据记录表、综合统计表等。

多台压路机协同作业

多台压路机协同作业时均采用北斗卫星定位,位置坐标定位到压实检测单元后再转换到对应模型检测单元。每个模型检测单元上将承载多台压路机压实数据,经统计计算即可得到压实总遍数、最大值、最小值,并能判断每次碾压的压实程度。


在路基连续压实信息系统中,还应用了线路数学模型、检测单元划分、里程和高程转换、坐标和检测单元行列号转换等关键技术。


连续压实采集的数据量较大,考虑到全国在建铁路有几千公里,总路基里程较长,因此数据组织和存储方式尚待深入研究。北斗卫星定位涉及大地坐标,本方法采用相对定位的检测单元行列号及区段里程来确定,可避免涉密坐标在互联网中传输,但压实设备的终端软件对坐标的采集、使用还需考虑加密和解密机制。


参考文献:

梁策,王万齐,蔡德钩.《基于BIM和北斗卫星定位的路基连续压实信息系统研究》.


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本文作者2017-10-26 13:36
BIM
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