[发明专利]利用BIM技术对土石方调配方案进行优化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及土石方工程领域，尤其涉及一种利用BIM技术对土石方调配方案进行优化的方法。

背景技术

土石方工程是道路、桥梁、水利、建筑、园林、农业和地下等各种工程施工的首项工程，主要包括场地平整、土石方开挖和填筑等主要施工过程。土方工程施工有以下特点：

(1)量大面广：某些大型工矿企业或机场的场地平整可达数十平方公里，大型公路工程一般都几十至几百公里长度，其中涉及到的土石方量巨大；

(2)工期长：工程量大势必导致工期长，某植物园的施工时间为十年，其中土方工程一项占了六年；

(3)投资大：工程量大、工期长的特点，必然需要巨大的投资，某植物园建造中，土方工程投资额占总投资额的三分之一。

土石方工程需要制定合理的调配方案，尽量减少运输距离，将运输费用降到最低。土石方工程一般包括如下施工步骤(1)测量场地的实际标高；(2)确定场地的设计标高；(3)计算土石方量；(4)优化土石方量的调配方案。

其中，场地的设计标高的确定、土石方量计算以及调配方案的优化都涉及大量的计算工作。传统的方式为采用手工计算，根据工程需要的精度在地形图上用插值法求出工程范围内坐标点的坐标，根据土石方平衡原则确定设计标高，然后根据角点法或断面法求出土石方量，最后根据表上作业法进行土石方的调配和优化。传统的方法有以下缺点：

(1)一个地形复杂的土石方工程，其地形图上的坐标点有上千甚至数万个之多，传统手工方法计算量极大，费时并容易出错，并且随着计算精度的提高，计算工作成倍增加；

(2)随着DB(DesignAnd Build，设计-建造模式)、EPC(Engineering Procurement Construction，工程总承包模式)、PPP(Public Private Partnership，公共部门与私人企业合作模式)等新的一批工程管理方式的扩大应用，“边设计，边施工”的项目情况也越来越多，土方工程施工中遇到设计变更的情况较以往更加频繁，传统方法中巨大的手工工作量，无法满足现代施工理念。

发明内容

针对现有技术中采用手工算法确定土石方调配方案工作效率地下、无法满足现有施工理念的技术问题，本发明提供了一种利用BIM技术对土石方调配方案进行优化的方法，利用BIM技术相关软件将采集的初始地形数据转变为电子化初始地形数据，并进行设计标高计算生成电子化设计地形图，然后计算土石方量及重心，计算单位运输成本，最后计算出运费为最小的土石方调配方案并作为最优调配方案，本发明中，计算精度可根据工程需要进行调整，处理速度提高数十倍乃至上百倍，能够完全满足现代施工要求。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种利用BIM技术对土石方调配方案进行优化的方法，包括如下步骤：

S1.根据项目场地范围的大小，选择无人机、GIS或卫星导航工具进行地形测量，采集初始地形数据；

S2.将步骤S1中采集的所述初始地形数据导入BIM实景建模工具，生成电子化初始地形图；

S3.将所述电子化初始地形图导入专门用于基础设施设计的BIM工具，根据土石方平衡原则，设定整个场地或各个子场地的设计标高，并形成电子化设计地形图；

S4.根据所述电子化设计地形图和所述电子化初始地形图，利用BIM工具计算出挖方区、填方区的位置和区域；

S5.将所述挖方区、所述填方区分别划分成若干个子区域，利用BIM工具可以计算各个子区域的体积和相应的重心，以及任意两个重心之间的直线距离，然后得到单位运费，计算出运费为最小的土石方调配方案并作为最优调配方案。

优选为，步骤S5包括如下步骤：

S5-1.将所述挖方区划分为m个挖方子区域，将所述填方区划分为n个填方子区域，计算第i个挖方子区域的土石方量a_i、第j个填方子区域的土石方量b_j；其中，i＝1，2，…m；j＝1，2，…n；

S5-2.计算第i个挖方子区域的土石方量a_i的重心与第j个挖方子区域的土石方量b_j的重心之间的距离，计算出从第i个挖方子区域到第j个挖方子区域单位运费c_ij；

S5-3.根据运费计算公式，利用单纯形法或闭合回路法算出最小运费C_min；进而确定最优调配方案，其中公式如下：