基于BIM三维可视化技术的道路工程设计建模方法及系统与流程

本发明涉及道路规划建模，特别涉及基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法及系统。

背景技术：

1、城市的交通基础设施的规划和完善是为了满足城市居民的交通需求，传统的中心化城市规划方法往往以确定了的城市中心为交通规划的核心，进行路网规划和交通设计，传统的道路设计主要基于二维平面图，缺乏对复杂地形和多维空间的准确反映，容易造成设计与实际施工不符的问题；bim是一个应用于工程设计、建造和管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递。它能够帮助实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，有效提高工作效率、节省资源、降低成本，以实现可持续发展；专利申请号为cn202310035671.0的中国专利公开了一种基于bim的城市道路选线三维比选方法，基于bim的城市道路选线三维比选方法具体步骤为绘制方案图纸、图纸定线、无人机实地测绘、bim模拟地形建造、bim模型道路建造、计算机线路对比和人工讨论选线。本发明通过无人机的测绘对地形进行快速建造，提高bim模型的建造效率，并且无人机的倾斜拍照技术可以对地形实景进行拍摄，用于对bim模型的细节进行调整，提高bim模型的真实性，通过文档表格的数据抄录，便于对需要选线的道路各项数据进行对比，方便工作人员在讨论选线过程中对施工时间和施工造价进行计算；其通过施工时间和施工造实现对道路规划路线的选取，常用的方法还有通过车流量、人流量等道路相关因素决定道路的宽度和选址；现有的方法往往选取单一因素对道路进行设计，并未充分考虑各项因素对道路设计、施工以及维护的影响，为此，本发明提出基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法及系统。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的问题，提供基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法及系统。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法及系统；其中方法包括以下步骤：

3、s1：数据收集：获取道路规划区域中的地形高程数据、水文数据以及交通流量数据，并对地形高程数据进行处理得到dem数据；

4、s2：构建三维地形模型：将dem数据输入bim平台中生成三维地形模型，利用栅格生成地形表面，并在三维地形模型中进行道路的平面和纵断面设计；

5、s3：道路优化：对道路设计进行多维度优化，综合考虑水文数据和交通流量，选取道路规划路线的最优解；

6、s4：道路施工模拟：模拟道路施工过程，优化施工顺序和资源分配，最小化施工时间和成本，得出道路施工规划方案；

7、s5：实时施工监控和更新：在施工过程中监控道路施工变化，若监控数据与设计不符，动态调整道路施工规划方案。

8、进一步的，所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，在s1中，对地形高程数据进行插值处理生成数字高程模型；

9、插值公式为：

10、；

11、其中，为待插值点的高程，为已知点的高程，为距离，为距离加权的指数，是权重系数。

12、进一步的，所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，所述s2中包括：

13、道路的平面线形设计通过二次曲线拟合生成道路路线：

14、；

15、其中、和为拟合参数，为道路的高度，为平面距离；

16、道路的纵断面设计通过线性规划优化纵坡设计：

17、；

18、其中，表示第段道路的坡度，优化目标为最小化道路坡度的总变化量。

19、进一步的，所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，在s3中，分析水文数据对道路规划的影响包括：

20、水流流向分析：将道路三维模型栅格化后，对于栅格单元，计算其与周围8个相邻单元的高程差，水流总是流向高程差最小的方向：

21、；

22、表示栅格单元的水流方向，表示栅格单元与其相邻单元之间的高程差；

23、水流流量累计分析：基于流向分析的结果，计算每个栅格单元的集水面积，识别水流汇聚的区域：

24、；

25、表示栅格单元的流量汇聚值，表示所有流入栅格单元，根据流向分析结果，该单元的上游单元总和。

26、进一步的，所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，所述s3中还包括分析交通流量对道路规划的影响：

27、交通流量根据道路规划的平均速度和道路车辆数量决定：

28、；

29、平均速度与道路车辆数量有线性关系：

30、；

31、是自由流速，是道路最大容载车辆数；

32、得到：；

33、当时，交通流量达到最大值。

34、进一步的，所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，计算道路车辆数量包括：

35、预测道路规划区域中的交通出行量：

36、；

37、是影响交通出行量的影响因素，是影响因素的经验模型；

38、预测道路规划连通区域和区域的途径规划道路的出行量：

39、;

40、和分别是区域对区域的出行量和区域对区域的出行量估计，为两区域之间的距离，是距离指数；

41、道路车辆数量：。

42、进一步的，所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，通过遗传算法，在水文数据、交通流量数据、施工成本中寻找道路规划的最优解：

43、；

44、是规划道路的适应值，水文数据风险成本，是交通流量成本，是施工成本，、和分别是水文数据风险成本、交通流量成本和施工成本的权重。

45、进一步的，所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，在s4步骤中包括：

46、采用动态规划优化施工顺序：；

47、其中是每个时间段t的施工成本，是总施工用时。

48、进一步的，所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，所述s5步骤中包括在施工过程中实时监控道路施工状态，通过传感器采集实际数据，并与设计模型进行对比，当实时数据偏离设计方案时，自动更新bim模型，并基于线性规划对施工规划进行调整：

49、；

50、其中，是最小化实际与设计之间的差异，为监控的实际数据，为设计数据，是差异总数。

51、基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模系统，应用于任一项所述的基于bim三维可视化技术的道路工程设计建模方法，所述系统包括：

52、收集单元：获取道路规划区域中的地形高程数据、水文数据以及交通流量数据，并对地形高程数据进行处理得到dem数据；

53、构建单元：将dem数据输入bim平台中生成三维地形模型，利用栅格生成地形表面，并在三维地形模型中进行道路的平面和纵断面设计；

54、道路优化单元：对道路设计进行多维度优化，综合考虑水文数据和交通流量，选取道路规划路线的最优解；

55、道路施工模拟单元：模拟道路施工过程，优化施工顺序和资源分配，最小化施工时间和成本，得出道路施工规划方案；

56、监控和更新单元：在施工过程中监控道路施工变化，若监控数据与设计不符，动态调整道路施工规划方案。

57、本发明的有益效果是：

58、通过整合地形高程数据、水文数据、交通流量数据等多维信息，基于bim的道路规划方法可以对道路的路线、坡度等进行多维优化，选取最佳的规划方案；综合考虑各种因素，如水文风险、交通流量、施工难度等，从而减少不必要的重复设计和施工调整，节约项目的时间和资源成本；

59、bim技术能够将地表和地下信息可视化，通过栅格划分等技术深入分析地下水位、溶洞分布等潜在地质问题；结合水流流向、流量累积等水文数据分析，提前识别道路规划区域可能出现的洪水、积水及塌陷风险，帮助设计人员在设计阶段就进行优化调整，从而大幅提高道路安全性，避免后期施工及使用过程中的不良影响。

60、基于bim技术的三维模型不仅在设计和施工阶段发挥作用，还可以延续到道路的运营和维护阶段；bim模型中记录的地形、地下水、交通流量等信息可以用于后期的道路维护和管理决策；通过定期更新bim模型，可以更好地预测道路的使用寿命、维护需求，制定长期的管理计划。