《讲义总结《城市地下工程建设新技术》培训讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《讲义总结《城市地下工程建设新技术》培训讲义（182页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、城市地下空间建设新技术,2014年11月19-22日 合肥,全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材,第14章 建养一体数字化技术 及其在基础设施中的应用,汇报内容,问题的提出,一,建养一体化的理念与实现,二,DUSE基础信息支撑平台,四,在基础设施中的应用,五,结语,六,建养一体数字化技术,三,汇报内容,汇报内容,问题的提出,一,建养一体化的理念与实现,二,DUSE基础信息支撑平台,四,在基础设施中的应用,五,结语,六,建养一体数字化技术,三,1.1 基础设施建设的艰巨性,2015年,25个城市,87条线路运营,总投资1万亿元,高速公路,高速铁路,城市轨道交通,民用机场,1.2 基础设施安
2、全维护的紧迫性,紧迫,日本国土交通省,基础设施结构是机电设备赖以存在和发挥功能的基础。一旦结构失效失稳或变形不可逆转,后果不堪设想。,2009年12月22日，1号线因盾构隧道结构的碳纤维修补材料意外脱落造成电线短路，诱发两车碰撞事故,1号线全线瘫痪长达4小时以上， 16万人滞留或受困,数百万人出行受阻,1.2 基础设施安全维护的重要性,1.3 基础设施养护面临的重要性,封堵报废,紧迫,整体坍塌,塌陷处,汇报内容,问题的提出,一,建养一体化的理念与实现,二,DUSE基础信息支撑平台,四,在基础设施中的应用,五,结语,六,建养一体数字化技术,三,2.1 工程建设与养护内容,基础设施（Infrast
3、ructure)： 公路、铁路、机场、城市轨道交通、通讯等公共交通设施 道路、桥梁、隧道、边坡 工程建设内容：指有组织、有目的的投资兴建固定资产的经济活动，包括工程的建设规模、结构特征等，涉及规划、勘察、设计、施工、监测与检测等。 工程养护内容：涉及对工程结构、机电与附属设施的定期检查、检测评估、维修加固及档案资料建立等。,2.3 工程建设与养护中的问题与拟解决办法,工程建设管理中的“孤岛效应” 信息的孤岛效应：各部门建立了一系列为自身服务的应用系统、数据库等，但由于相互间的技术、行业与基础标准等不一致，导致信息不能共享： 总体规划缺乏 信息孤岛 系统自我封闭 应用孤岛 资源管理独立 资源孤岛
4、 设计招投标采纳选择建造 完成维护管理间信息继承的不连续性 传统的经验型养护管理模式 建养分离,“重建轻养”思想严重 养护管理体制不完善、运行机制落后 养护定额与规范缺乏 养护机械配套率不足，养护科技含量低 养护管理人员总体素质偏低,工程信息继承的不连续性,2.2 全寿命周期过程,全寿命周期（建筑）过程,BIM: Building Information Modeling AIM: Asset Information Management,2.4 建养一体化理念,高速公路建养一体化（赵仲华，2006）：在高速公路全寿命周期内，针对高速公路产品的可用性目标，对建设和养护业务数据进行历史地、空间地
5、综合分析，为高速公路的建设、养护过程提供信息共享和决策支持。 建养一体化：从建设和养护一体化角度出发，综合采用工程、经济和管理等手段，以最优化的方式达到工程所需的服役性能。,建设与养护一体化信息平台,工程 经济 管理,最优服役性能,2.5 基础设施建设与养护的数字化技术,引入数字化技术,工程从使用阶段的安全设计发展到全寿命期的综合与决策 数字化技术向工程全方位渗入,建养一体数字化技术：实现建养一体化管理与分析的信息技术，包括数据采集、标准、建模与可视化、空间分析与应用等，最终为改善工程服役性能、提高工程使用寿命服务。,2.6 工程数字化技术的国内外发展现状,US: BIMS,EU: TUNCO
6、NSTRUCT,UK: Smart Infrastructure,基础设施养护技术的国内外发展现状,基础设施管理尚未全面引入全寿命期数字化技术,传统的隧道养护技术建养分离、未涉及隧道病害定量的数字化评价系统、模型与方法,桥梁健康监测系统普遍应用，但不同部位监测达不到时间同步要求，且建养分离、缺少基于全寿命期构件性能退化的养护技术,道路信息化管理系统广泛使用，只针对一般环境下道路的病害分析，且建养分离、缺乏性能感知和动态决策方法,汇报内容,问题的提出,一,建养一体化的理念与实现,二,DUSE基础信息支撑平台,四,在基础设施中的应用,五,结语,六,建养一体数字化技术,三,数字地层 (1998)：利
7、用计算机技术，将原始地层信息（由地壳运动和周围环境引起的）和施工扰动地层信息（由人类工程活动引起的），用数字化的方法直观地展现出来 从数字地球到数字地层-岩土工程发展新思维( 岩土工程界，1998)。 数字地下空间（2002）：将地面以下空间中的地层、地下水资源、地下管线、地下构筑物等多源信息集成，利用数字化技术，实现地下空间信息的数字化管理，包括数字地层、数字地下管线、数字地下构筑物三大部分。 数字化工程 (2005) ：对工程对象的建设与运营全过程进行数字化,建立工程的“病历单”，最终建成工程对象的“数字化博物馆”。,3.1 DUSE 框架体系,数字地下空间与工程系统 Digital Un
8、derground Space and Engineering-DUSE,数据采集,数据分类与标准,空间建模与可视化,空间分析与应用,3.1 DUSE 框架体系,同济大学地下空间与工程数字化的研究工作始于1998年，已建立数字地下空间与工程平台 (GeoDigital)。,数字地层及井巷系统,数字隧道,数字基坑,同济大学研究介绍,研究团队：专职研究人员2人，研究生5人左右；30名专职软件开发人员（上海同岩土木工程科技有限公司）,创办系列国际会议（2010， Shanghai；2014，Durham),拟在中国岩石力学与工程学会下成立岩土工程信息技术与应用分会,数字化实验室,已完成20多项研究课
9、题，包括基础和应用研究两个方面。目前已在城市规划、市政、交通、矿山、核电等领域开展应用 与英国剑桥大学、杜伦大学开展国际合作,被聘请为剑桥大学智慧基础设施与施工技术中心（CSIC）的5位国际顾问之一,2014,2013,目标：为地下空间与工程建设、运营和管理提供准确的数据以及高效的信息服务 基础：将地下空间与工程勘察、设计、施工、监测及维护信息，以及周边地上、地下信息进行有机集成及动态更新 功能：专业建模、三维可视化、空间分析、数值分析,3.2 DUSE 的目标与功能,传统的数据利用模式,数字化的数据利用模式,3.3 DUSE的建养一体数据模式与集成,数字地下空间与工程（DUSE）是集勘察、设
10、计、施工、监测、运营维护、防灾安全于一体的全建养一体管理平台。,DUSE=GIS+BIM+,3.3 DUSE的建养一体数据模式与集成,简单查询,专业分析,信息加工与服务,高级查询,设计施工阶段,运营维护阶段,全面了解周边环境 方案优化 施工力学分析 规范化管理 ,准确把握设计与建设数据 及时发现问题并分析原因 提高维护效率和快速处理的能力 ,信息继承与积累 数据共享平台 信息化、规范化管理 编制竣工报告（一部份） 建设与养护一体化 工程病历单 数字化博物馆 数据收集器,3.3 DUSE的建养一体数据模式与集成,数据采集技术 数据分类、模型与平台 空间建模与可视化 空间分析与应用,3. 4 支撑
11、DUSE平台的数字化技术,图纸、文字、图像等基础数据的整理、录入工作 监控数据的人工和自动采集工作 激光扫描和数字照相技术(表面、形状特征信息采集),3.4.1 数据采集技术,30,数字图像技术,数字照相,图像处理,图像增强 图像重构 图像分割 图像识别 图像理解 ,本质是一个信息获取记录的过程，其核心在于能够记录光线信息的数字传感器CCD(charge-coupled device)或CMOS（complementary metal-oxide semiconductor）。,利用计算机对数码相机所获得的图像进行处理并提取所需信息的过程。,3.4.1 数据采集技术_数字图像技术,31,数码相
12、机标定技术,两者之间过渡的桥梁,数字照相 从世界坐标系到图像坐标系转化记录过程,图像处理 从图像坐标系到世界坐标系还原提取过程,3.4.1 数据采集技术_数字图像技术,传统经验标定方法: 跳过相机内参获取过程，直接通过室内实验得到相机在一个特定焦距下的标定比例(mm/pixel或mm2/pixel2)与拍摄距离Distance(m)之间的函数关系。,传统经验标定方法,一维接缝张开宽度的经验标定,二维渗漏水面积的经验标定,3.4.1 数据采集技术_数字图像技术,33,现场试验 接缝张开图像的处理,3.4.1 数据采集技术_数字图像技术,34,现场试验 渗漏水图像的处理,3.4.1 数据采集技术_
13、数字图像技术,图层命名,在地下建(构)筑物第二级分类的基础上，第三位作为数字化工程的分类码，用一位数字表示：比如 工程设计信息为1 工程施工信息为2 工程监测信息为3 工程检测信息为4 其它工程信息可以此类推。,数据库命名,图元命名,数据表命名,信息分类与编码,3.4.2 数据分类、模型与平台_基础系统信息分类与编码,基础数据库物理结构,DML逻辑数据模型,基础数据库的具体组织，DUSE采用两种方案：基于商业数据库软件Oracle组织基础数据库；基于DML (Digitalization Markup Language)文档的数据组织: Oracle商业数据库在数据存储、数据维护和基础数据索引
14、等方面具有较大的优势 DML在网络数据交换、应用程序开发和时（空）数据索引方面比较灵活 两者之间相辅相成，可以自由转换，取长补短，最大效果发挥基础数据库的功能和作用,3.4.2 数据分类、模型与平台_综合信息数据模型,工程地质数据,地下管线数据,城市道路数据,交通分区基本信息、道路统计、道路图幅划分、道路基本信息、道路轨迹点描述、道路断面描述、道路几何轴线、道路轨迹点拓扑关系,管线测区基本信息、管线统计、管线图幅统计、管线基本信息、管段节点、圆管描述、方管描述、管线几何轴线、管网测点、变径点、管点拓扑关系、上水管线、阀门井或窖井、消防栓、阀门、预留口、水表、用户、排水管线、窖井、雨水箆、排污口
15、、污水厂、燃气管线、凝水缸、阀门、管帽、波形伸缩管、热力管线、窖井、工业管线、窖井、阀门、电力管线、窖井、上杆、接线箱、电信管线、手孔、窖井、接线箱,分层标准基本信息、标准地层信息描述、地层物理统计指标、地层力学统计指标、钻孔分级信息表、钻孔类型信息表、工程地质钻孔基本信息、工程地质钻孔土层描述、工程地质钻孔岩石描述、工程地质岩样试验、工程地质钻孔土样描述、工程地质钻孔土样试验、工程地质三轴压缩试验、工程地质粒径级配曲线试验、工程地质固结试验、工程地质高压固结试验、工程地质动三轴试验、工程地质潮湿度测试、工程地质钻孔柱状图文件、工程地质说明文档、工程地质说明图纸,3.4.2 数据分类、模型与平
16、台_综合信息数据库（部分内容）,空间索引技术是提高空间数据查找性能的关键技术，直接影响着空间数据库的成败。DUSE采用基于DML文档的四叉树(Q-Tree)和矩形树(R-Tree)的结合体QR树空间索引对空间数据进行降维(只考虑对象平面坐标，将Z当作属性处理)检索。,空间数据模型,空间索引机制,QR索引结构,3.4.2数据分类、模型与平台_ 空间索引技术,工程地质数据,地下管线数据,城市道路数据,3.4.2数据分类、模型与平台_综合信息数据库（部分内容）,元数据是指地下空间与工程相关数据集和信息资源的描述信息，它是对地下空间与工程特征的概括和抽取。,提交DUSE基础数据及其元数据；确认反馈；发出元数据查询请求；返回元数据查询结果；发出DUSE数据产品需求的申请；分发DUSE数据产品(网络下载或邮寄等)。,3.4.2 数据分类、模型与平台_元数据管理,3.4.2 数据分类、模型与平台_基础平台系统架构,
