[发明专利]一种基于点云的隧道改建工程BIM建模方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于点云的隧道改建工程BIM建模方法及系统，所述系统包括：点云数据采集模块，用于采用激光扫描技术采集既有隧道内壁表面的点云数据和既有隧道外部山体表面的岩体点云数据；隧道BIM模型参数化设计模块，用于在BIM平台中对隧道进行设计建模，并实现隧道的参数化；点云与BIM模型集成模块，用于将点云数据处理后，集成至BIM平台中；隧道横断面检验模块，用于在BIM软件中查看集成后模型的横断面，检验BIM隧道与点云(包括既有隧道和外部山体)之间的空间关系。有助于在设计过程中规避不良地质并设计良好的隧道结构。本发明通过在隧道改扩建工程中联合应用BIM技术和三维激光扫描技术，有助于在设计过程中规避不良地质并设计良好的隧道结构。

技术领域

本发明涉及多源信息集成技术和建筑信息建模技术领域，尤其涉及一种基于点云的隧道改建工程BIM建模方法及系统。

背景技术

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技术作为建筑物的物理与功能特性数字化表达工具，具有数字信息集成与共享优势，可为项目生命周期内各个阶段提供决策支持。近年来，BIM技术的应用范围逐步延伸至交通运输工程领域，在隧道、桥梁等工程设计中发挥着关键作用。

三维激光扫描/激光雷达(Light Detection and Ranging，LiDAR)技术是一种非接触主动式快速获取物体表面三维密集点云的技术，是高时空分辨率三维对地观测的重要手段，应用三维激光扫描技术对隧道进行横断面提取、病害监测、围岩变形反演等健康状况分析以评估其服役性能是近年来国内外学者研究的热点内容。

BIM技术和三维激光扫描技术在建筑、工程和施工领域得到了广泛应用，国外学者将集成上述两种技术的这一过程定义为“Scan-vs-BIM”，意为将已有建筑的图像或扫描数据同该设施的三维BIM模型进行比较的过程，研究显示其在施工进度控制、建筑质量控制和全生命周期监控中具有巨大潜力。

隧道改扩建设计过程中，设计隧道、既有隧道和外部山体间的相对位置关系是一项重要参考指标。通过横断面视图比对三者的关系，可直观判断该位置处的横断面是否满足设计要求，从而规避不良地形并设计合理的隧道结构。

国内部分老旧隧道受行车撞击、水体侵蚀、围岩挤压等因素影响存在多项病害，亟需进行改建以满足运输要求。隧道改建设计工程中常面临既有隧道空间信息缺乏有效的分析手段、难以根据真实地表岩体形态进行隧道模型动态设计与调整的问题，导致设计结果同预期方案产生偏差，对后期施工和运营维护带来诸多困难，工程质量和施工效率难以保障。因此，综合利用BIM技术的高效性和三维激光扫描技术的精确性，集成多源空间数据展开隧道的线路布设和结构设计方案研究，对确保重建后隧道安全、提高隧道设计效率具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于点云的隧道改建工程BIM建模方法及系统。采用三维激光扫描技术采集既有隧道及外部山体的空间数据，将点云与隧道BIM模型相集成后，利用横断面分析设计隧道、既有隧道和外侧岩壁三者的相对空间关系。最终实现在隧道改建方案设计过程中，根据隧道和山体的现状，通过对隧道BIM模型参数化设计，快速调整隧道BIM模型的线形和结构。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于点云的隧道改建工程BIM建模系统，包括：

点云数据采集模块，用于采用激光扫描技术采集既有隧道内壁表面的点云数据和既有隧道外部山体表面的岩体点云数据；

隧道BIM模型参数化设计模块，用于在BIM平台中对隧道进行设计建模，并实现隧道的参数化；

点云与BIM模型集成模块，用于将点云数据处理后，集成至BIM平台中；