数字化隧道三维建模分析
隧道点云拼接与BIM参数化建模研究
隧道点云拼接与BIM参数化建模研究随着城市化进程的不断加快，地下交通隧道建设成为解决城市交通拥堵问题的重要手段。
隧道的建设需要依靠大量的现代化技术手段来完成，其中包括点云拼接和BIM参数化建模技术。
本文将结合这两项技术，探讨其在隧道建设中的应用及发展前景。
一、隧道点云拼接技术点云是由大量离散点组成的三维空间数据，它可以反映出现实世界中物体的真实形态。
在隧道建设中，传统的测量和勘察方法需要大量的人力物力，并且精度有限。
而点云技术可以通过激光扫描仪等设备快速获取隧道内部的三维数据，实现对隧道内部的高精度测量。
点云技术还可以实现对现有隧道结构的三维重建，为后续的隧道设计、施工提供可靠的基础数据。
在隧道点云拼接技术中，主要存在着数据采集、数据处理和结果呈现三个关键环节。
首先是数据采集，需要利用激光扫描仪等设备对隧道内部进行全方位的扫描，获取大量的点云数据。
其次是数据处理，通过数据配准、滤波、拼接等技术将不同扫描位置的数据进行整合，形成完整的点云模型。
最后是结果呈现，通过点云数据的可视化呈现，以及对点云数据的提取分析，实现对隧道内部的结构和变形进行全方位的监测和分析。
二、BIM参数化建模技术BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，是一种基于三维模型的数字化建造技术。
它将建筑物的各个要素以及相关的信息集成到一个统一的平台之中，实现建筑物从设计、施工到运营全过程的数字化管理。
在隧道建设中，BIM技术可以帮助工程师们更好地理解隧道的结构特征，更高效地组织施工流程，并且实现对隧道运营及维护过程的全方位监管。
在BIM参数化建模技术中，主要涉及到建筑信息模型的构建和参数化建模的两个方面。
首先是建筑信息模型的构建，需要依托BIM软件平台对隧道内部的结构、设备、管线等进行三维建模，形成包含隧道全部信息的数字化模型。
其次是参数化建模，通过设定相关的参数和规则，实现对隧道的自动化设计、优化和分析。
BIM三维隧道设计
BIM三维隧道设计第1章三维隧道设计系统软件功能设计1.1三维隧道设计系统技术路线概述地质模型的建立涉及到大量的地质专业知识，从目前的实际形势看，在现有的设计平台中开发一套地质模块的功能，面临的技术风险、耗费的时间和费用都将是十分巨大的。
有鉴于此，我们认为地质模型最好要建立在一套完善的地质平台之上，利用已有地质软件生成的地质网格模型进行优化后，转换成一个符合地质实体拟合需要的中间数据格式，以方便后续进行地质实体的重构和调整。
从这一点来看，我们对地质模型平台没有特别要求，只要它最终能输出符合实体重构需要的数据格式，并附加地质实体对应的物理属性，就可以和后续的地质实体重构、隧道建模、隧道设计、隧道工程量统计、隧道工程施工图进行无缝接合。
考虑到目前的技术积累和我们在数据转换方面已经有比较完整的数据接口，如果能采用武汉坤迪的地质模型建模平台，将可以节约开发时间和开发费用；当然如果采用其他地质系统，只要它能输出符合我们需要的中间交换数据，或者提供数据读取接口，都可以将地质实体和信息转入到三维设计平台中。
以下以采用坤迪平台作为地质模型平台为例来说明整体方案及实施流程。
图1.1 三维隧道设计系统数据流程1.2在GeoEngine软件中构建网格地质模型根据地质勘测信息、点云扫描信息、探孔信息、地下水位信息等数据在地质软件中构建网格地质模型，如下图所示。
图1.2 网格地质模型最后，从地质中导出网格地质模型为我们定义好的地质数据交换格式，为后续Rhino平台上的实体地质模型拟合的准备数据。
1.3在Rhino软件中构建真实的实体地质模型由于点云和网格拟合生成三维地质地形实体技术复杂、对三维几何造型功能要求很高、要求能够对三维地质地形实体进行灵活的人工干预、要求对大体量数据的高效计算能力，鉴于以上的技术特点，提议将点云和网格拟合为实体的功能独立出来在Rhino平台上进行，以便能让Inventor平台以及后续可能考虑的Revit平台共享该部分功能。
隧道盾构法施工的三维有限元数值模拟分析
隧 道 盾 构 法 施 工 的 三 维 有 限 元 数 值 模 拟 分 析
程 彬
（ １ ． 中煤科工集团西安研究院有限公司 ， 陕西 西安
卢 靖
７ １ ０ ０ ７ ７ ； ２ ． 中铁西安勘察 设计研 究院有限责任公 司， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ４ ）
摘
要： 根据有 限元的基本原理 ， 对隧道盾构法施工过程进行 了三维 数值模 拟分析 ， 研 究了盾构施工推进过程 中隧道 围岩 的应 力、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
位移和地表 的沉 降及衬 砌结构受力情况 ， 为以后的设计和施工提供相关依据 。
关键词 ： Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 有限元 ， 数值模拟 ， 隧道 ， 盾构法
中图 分 类 号 ： Ｕ ４ ５ ５ 文献标识码 ： Ａ
随着大型有 限元 软件 的迅猛发展 ， 近年来 隧道 的设 计水 平也 第③ 层为弱风化砂岩 ， 厚度大于 ２ ０ ｍ。隧道埋 深约 １ ５ ｍ， 洞身位
相应得到 了很大 进步 ， 通 过计算 机 的三维 数值模 拟 分析 ， 使我 们 于第 ② 层 强 风 化 砂岩 中 ， 隧道 衬 砌 内径 为 ５ ． ４ ｍ， 衬 砌 厚度 为
在施工前后可 以进行 工程 风险评 估 ， 建 立施工 动态数 据 信息 ， 减 ０ ． ６ ｍ。各 围岩的分布及主要物理 、 力学性 质见表 １ 。 小施工 风险 ， 同时对设计工作 提供更进一步的依据 。 国内外 专家学者对盾构法施工 的研究方法 可归 纳为 ： 经验公
④衬砌
⑤ 注浆层
２ ． ５
２ ． １
２ ８ Ｏ ０ ｏ
ｌ ０ ０ ０
Ｏ ． ２
Ｏ ． ２
１ 工 程概况
城市隧道工程设计服务的仿真与数字化技术应用
城市隧道工程设计服务的仿真与数字化技术应用随着城市化进程的加速和交通需求的不断增长，城市隧道工程的建设显得尤为重要。
而在隧道工程设计过程中，仿真与数字化技术的应用正日益成为一种不可或缺的工具。
本文将着重探讨城市隧道工程设计服务中仿真与数字化技术的应用，包括其优势、具体应用案例以及未来的发展趋势。
一、仿真技术在城市隧道工程设计中的优势1. 提高设计效率：传统的隧道设计往往需要大量的试验和实地调查，耗费大量时间和资源。
而仿真技术可以在计算机模拟环境下，通过对隧道工程中各种参数的调整和优化，快速得出设计方案，从而大大提高设计效率。
2. 提升设计质量：仿真技术可以准确模拟隧道工程在各种工况下的行为和响应，帮助设计团队更好地理解工程的特点和挑战。
通过仿真分析，可以快速识别潜在问题，并提前采取相应的预防措施，从而大幅降低设计缺陷和风险。
3. 降低成本：传统的隧道试验和实地调查需要大量的人力、物力和时间投入。
而仿真技术可以在计算机模拟环境下进行，显著降低了试验成本。
此外，仿真技术还可以通过对不同设计方案的对比，选择更经济、适应性更强的方案，从而进一步降低总体工程成本。
二、仿真技术在城市隧道工程设计中的具体应用案例1. 地质条件分析：仿真技术可以通过模拟不同地质条件下的隧道和岩土结构物的行为，准确评估地质风险，并提供合理的工程设计方案。
例如，可以通过仿真分析来评估地层的稳定性、洞室的变形和支护结构的受力，从而指导隧道工程的设计和建设。
2. 施工工艺优化：仿真技术可以模拟不同施工工艺下的隧道施工流程和施工风险，提供合理的施工方案。
例如，可以通过仿真分析来评估不同爆破方式下地质的破坏程度和周围建筑物的影响，从而优化施工工艺，减少对周围环境的干扰。
3. 设计优化：仿真技术可以通过模拟不同设计方案下的隧道结构和材料的响应，评估其性能和可行性。
例如，可以通过仿真分析来评估不同材料厚度和支护结构类型的影响，从而选择最优方案，提高隧道的结构安全性和使用寿命。
隧道工程中的三维地质建模与分析
隧道工程中的三维地质建模与分析在现代隧道工程中，三维地质建模与分析是不可或缺的一环。
通过对隧道区域的地质进行三维建模和分析，可以为隧道施工提供重要的支持和保障。
下面将从三维地质建模方法、应用及优势等方面来探讨隧道工程中的三维地质建模与分析。
一、三维地质建模方法在隧道工程中，三维地质建模主要通过地质调查、地质勘探、地质资料分析及地质模型构建等方式实现。
首先进行的是地质调查和地质勘探，该过程主要是为了了解地下环境的物理和化学属性，包括地质构造、岩性、褶皱、断层、水文地质条件等。
其次是地质资料分析，该过程主要是将地质资料转化为数字格式以进行简化和分析，包括地质剖面、地质图、地图时序影像和地层描述等信息。
最后是地质模型构建，该过程主要是将地质信息进行数值化计算，以构建三维地质模型。
三维地质模型基于地质资料的分析和建模，提供了高精度和可视化的地下信息，以供隧道施工各阶段的工程设计和施工过程中的风险评估。
二、三维地质建模的应用目前，三维地质建模主要应用于隧道工程的各个方面，包括土层和岩石的勘探和评价、隧道掘进设计、地面和地下水流动模拟、爆破振动分析等。
在隧道设计阶段，三维地质模型可以提供有关地下物理和化学属性的大量详细信息，以协助工程师进行隧道设计。
隧道施工期，三维地质模型将面临大量的爆破振动、地面和地下水流入及坍塌等难题，该模型可以帮助隧道技术人员进行风险评估，优化隧道设计，提高隧道施工的效率和安全性。
三、三维地质建模的优势相对于二维和传统的三维地质建模，三维地质建模具有以下明显优势：（1）高精度性：三维地质模型提供了高精度和可视化的地下信息，为工程师和隧道技术人员提供更准确的数据来源。
（2）更自然地模拟地下环境：三维地质模型可以更好地模拟复杂的地下物理和化学环境，如褶皱、断层、岩性和土层结构等，更好地反映了地下的真实环境。
（3）强大的综合应用能力：三维地质模型可以支持多种应用精度，例如大规模的施工模拟，地下水流动模拟以及岩石或土层稳定性评估等。
数字化隧道三维建模分析
数字化隧道三维建模分析
宋仪１郭年根２李俊波２李凤蓉１万和平３
１．中铁隧道勘测设计院有限公司，天津３００１３３２．铁道部信息技术中心，北京１００８４４
３．立得空间信息技术发展有限公司，武汉４３００７４
摘要：为解决既有隧道数字化三维建模的难题，比较后认为应采取利用构件模型库组装隧道的技术路线，提出三维数字隧道建模需要解决的４个关键问题，并明确给出解决问题的思路，同时提出可以依托隧道建模程序，继续开发三维隧道设计软件的构想。
关键词：隧道；数字化隧道；三维设计
信思。
以隧ｊｌｌ道横、竖向此
能够根据需要
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＿＝ｊ／、ｌ一．－’ｙ．＿＿一‘，构建模型乒‘待进一步完计亚台进行盘
数字化隧道三维建模分析
作者：宋仪， 郭年根， 李俊波， 李凤蓉， 万和平
作者单位：宋仪,李凤蓉(中铁隧道勘测设计院有限公司,天津300133)， 郭年根,李俊波(铁道部信息技术中心,北京100844)， 万和平(立得空间信息技术发展有限公司,武汉430074)
本文链接：/Conference_7917817.aspx。
地铁渡线隧道施工性态的三维数值模拟与分析
场, 开挖效果的模拟采用空单元法来实现 , 这种方 法在开挖过程中所求的应力场为真实的应力场, 而 所求的位移场需与初始位移场进行矢量求和才为 真实的位移场, 这与通常的反转等效节点力法模拟 开挖正好相反 , 具体是通过 ANSYS 软件提供的单 元# 死∃ 功能来实现, 即在保证方程不出现病态的情 况下 , 把要挖掉单元的刚度矩阵乘以一个很小的比 例因子 , 使其刚度贡献变得很小可忽略不计 , 同时 使其质量、 载荷等效果的值也设为零, 这样便可在 整个开挖计算过程中采用同一种有限元剖分网格。 初期支护和临时支护的实现是通过程序提供的单 元# 生∃ 功能来实现, 也就是在合适的载荷步中使先 前处于# 死∃ 状态的单元的刚度、 质量、 载荷等在当 前的构型 ( 通过程序提供的有限变形的拉格朗日描 述来实现 ) 中恢复其原始的数值, 此外, 模拟二次衬 砌和注浆加固效果的块体单元需要在合适的载荷 步中( 二次衬砌单元需要先使其处于# 生∃ 状态 ) 通 过程序提供的改变材料的属性功能来实现。开始 计算前使初期支护和临时支护板壳单元处于 # 死∃ 状态 , 模拟分析完全反映实际施工的动态过程。 3. 3 计算结果分析
通过三维弹塑性有限元分析可知, 施工完成 时地表最大沉降量约为 27. 534 mm, 地表沉降槽关 于计算模型的中心线基本呈正态曲线对称分布, 见 图 6 所示, 由此可知, 施工期间地表的沉降量满足 环境控 制要求 ( ! 30 mm) 。施工期间隧道围 岩的 最大沉降值位于大断面喇叭形隧道的拱顶部位以 及三 连拱 隧 道中 柱 上方 部 位, 最大 下 沉值 约 为 38. 46mm, 最大隆起也位于这些部位 , 最大隆起量 约为 23. 95mm, 见图 7 所示, 变形计算结果一方面 表明施工期间围岩处于稳定状态 , 另一方面也表明 这些部位是施工中的薄弱环节, 应引起高度重视和 密切关注 , 加强这些部位的监控量测工作。 为了验证计算结果的合理性和可靠性 , 本文选 取三孔三线中心里程 SK3+ 395. 145 处横断面地表 沉降的计算值和现场量测值进行比较 , 比较结果见 图 8 所示, 由图 8 可知 , 二者数据吻合较好 , 从而说 明文中的分析结果是合理的。
(整理)隧道三维模型1
某隧道三维有限元模拟一、模型简介隧道开挖轮廓左、右、下各取50m，上取至地表(隧道埋深30m),纵向长度14m。
台阶长度6m，进尺为0.5m，两台阶五步开挖。
围岩用等参20 结点的三维实体solid95单元模拟，共20552个；喷射混凝土用4节点空间壳shell181单元模拟，共1008个；锚杆用link1单元模拟，共2100个。
围岩材料采用德鲁克—普拉格(D —P) 模型,支护结构按弹性计算。
分析的目标断面为9m处断面。
由于计算机容量原因，模型中已计算7个开挖循环，即上台阶开挖到13m处，下台阶开挖到7m处。
图1 有限元模型二、模拟步骤1、自重应力场模拟2、上台阶第一步开挖6m（释放荷载50%）3、上台阶已开挖处初期支护（喷射混凝土、锚杆）4、上台阶核心土开挖开挖6m（释放荷载50%）此时，形成6m的上下台阶，此后为开挖循环5、上台阶第一步开1m（释放荷载50%）6、上台阶已开挖处初期支护（喷射混凝土、锚杆）7、上台阶核心土开挖开挖1m（释放荷载50%）8、下台阶核心土左侧开挖1m（释放荷载50%）9、下台阶核心土左侧初期支护（喷射混凝土、锚杆）10、下台阶核心土右侧开挖1m（释放荷载50%）11、下台阶核心土右侧初期支护（喷射混凝土、锚杆）12、下台阶核心土开挖1m（释放荷载50%）13、下台阶核心土初期支护（喷射混凝土）5到13步为一个开挖进尺，按此开挖步骤向前掘进。
图2 隧道纵断面示意图(单位: m)三、模拟结果1、拱顶沉降及拱低隆起图中绘出了拱顶和拱底的开挖步与位移关系曲线，从图中看出，开挖到此步时，拱顶沉降量为8.66mm，拱底隆起量为8.21mm。
图3拱顶及拱底变形曲线2、围岩应力图3.1—3.6为围岩y方向应力，拱脚y方向应力达到2.66Mpa。
图3.1 第二个循环图3.2 第三个循环图3.3第四个循环图3.4 第五个循环图3.5 第六个循环图3.6 第七个循环3、锚杆轴力从图中看出，目标断面的锚杆施作之后，锚杆轴力越来越大，但增大的速度有所减缓。
如何进行隧道测量与建模
如何进行隧道测量与建模隧道测量与建模是现代工程中重要的技术活动，它涉及到道路、铁路、地铁等交通基础设施的建设与维护。
在实际工作中，准确地进行隧道测量与建模对工程的质量和进度具有重要影响。
本文将探讨如何进行隧道测量与建模，包括测量方法、数据处理和建模技术等方面的内容。
一、测量方法针对隧道测量，常用的方法包括全站仪测量、激光扫描测量和无人机测量等。
全站仪是一种利用光学原理测量地面和隧道内部结构的设备，它可以测量出隧道的平面坐标和高程信息。
激光扫描测量则利用激光束完成对隧道内部的三维点云数据的获取。
无人机测量则是利用无人机进行航拍获取隧道外部的地形数据，并结合其他测量数据进行整体测量。
二、数据处理在进行隧道测量之后，需要对获取到的数据进行处理。
数据处理的主要目标是提取出有关隧道的几何信息，并进行分析和建模。
在数据处理中，通常需要进行数据配准、点云处理、特征提取等一系列步骤。
其中，数据配准是将不同测量阶段获取的数据进行统一，消除其之间的误差。
点云处理则是对激光扫描得到的隧道内部的点云数据进行滤波和降噪等操作，以便后续的特征提取和建模。
三、建模技术建模是隧道测量中的关键环节，它主要包括两个方面的内容，即三维建模和地质建模。
三维建模是将测量得到的数据转换为可视化的三维模型，以便工程师能够对隧道的结构和布局有更清晰的认识。
在三维建模中，常用的软件包括AutoCAD、Revit和SolidWorks等。
地质建模则是根据隧道所经过的地质情况，对隧道周围的地质进行建模。
地质建模能够提供有关地质构造、地下水位等重要信息，有助于工程师在建设和维护中做出合理的决策。
四、工程应用隧道测量与建模的应用非常广泛，它可以在隧道建设的各个环节起到重要作用。
在隧道设计阶段，利用测量和建模数据可以进行隧道的优化设计，提高施工效率和安全性。
在施工阶段，可以利用测量数据进行导向和监测，确保隧道的施工质量。
而在运营维护阶段，测量和建模数据则可以用于隧道的巡检和病害检测，帮助及时发现和处理隧道的问题，保证道路的安全。
城市隧道施工的三维数值模拟分析
１Ｏ ．２ ５４ ．６ ８ ３２
二次支护
图 １ 各 部 开 挖 支 护 和二 次 支 护 竖 向 位移 及 影 响 范 围 表 ２ 模 拟 开挖 地 表 下 沉 统 计 ， ｍｍ
开 区 挖域
Ｊ 支护前
支护后
ｔ Ｌ Ｂ
Ｊ 降 步 部 增 沉 累 各 沉 各 沉 各 比 增降 增降 部降 量 量 量例
材料参数 密 度／ 体积模 剪切 内摩擦 ｋ ｍ 量／ Ｐ 模量／ 角 ） Ｊ／Ｐ ｇ Ｍａ ｋ ａ ３ ＭＰ ａ
１ｏ ８ｏ ｌ５ ７０ ６７ ．６ ４８ ．４ １ ．７ ４３ １３８ ５ ３５ ．２
１ 年 １期 ０１ 第 １
科技 疆向导
◇交 通与路建◇ －
城市隧道施工的三维数值模拟分析
邱 浩 浩 杨成 铭 （ 贵州 省 质 安 交通 工 程 监控 检 测 中 心有 限责 任公 司 贵州 贵阳 ５ ００ ） ５ ０ ０
【 要】 摘 龙厦高速铁路石桥头隧道进 口 ， 段 采用 Ｃ Ｄ 法进行施工。针 对城 市浅埋 隧道施工 引起地表变形是城 市浅埋隧道施 工 中密切 关 Ｒ
基于点云数据的隧道净空三维量测及变形分析技术研究
基于点云数据的隧道净空三维量测及变形分析技术研究基于点云数据的隧道净空三维量测及变形分析技术研究隧道工程是现代交通运输领域中关键的基础设施之一，对于保障交通畅通和安全具有重要意义。
然而，隧道工程在长期使用过程中会受到地质条件、工程施工、自然灾害等多种因素的影响，导致隧道内部出现各种问题，如净空不足、变形等。
因此，对隧道内部净空进行三维量测及变形分析具有重要的研究价值和实际应用意义。
近年来，随着激光扫描技术的快速发展，以点云数据为基础的隧道净空三维量测及变形分析技术逐渐成为研究的热点。
激光扫描技术可以高效、精确地获取隧道内部的三维点云数据，为净空量测和变形分析提供了有力的工具和数据支持。
该技术的流程主要包括数据采集、数据处理和分析三个步骤。
首先，通过激光扫描仪对隧道内部进行扫描，获得大量的点云数据。
然后，利用三维点云数据处理软件对扫描数据进行滤波、配准和三维重建等操作，以获得均匀且精确的隧道表面模型。
最后，通过对比隧道表面模型和设计模型，可以计算出隧道净空的具体数值，并通过拟合和统计分析等方法对隧道变形进行评估和分析。
在隧道净空量测方面，该技术可以实现全面、高效的净空量测。
借助于点云数据，可以直接计算各个位置的净空高度、宽度，并通过色彩分布反映净空的变化情况。
同时，可以利用点云数据进行断面剖析，对隧道内部的不同部位进行研究，为净空改善和优化提供数据支持。
在隧道变形分析方面，该技术具有灵活、精确的特点。
通过对比隧道表面模型和设计模型，可以实时检测隧道的变形情况，包括沉降、倾斜、收敛等。
根据变形的大小和趋势，可以对隧道安全状况进行评估和预测，及时采取相应的维修和加固措施，确保隧道的安全运营。
此外，基于点云数据的隧道净空三维量测及变形分析技术还可以与其他技术相结合，如红外摄像、位移传感器等，进一步提高净空量测的精度和变形分析的准确性。
同时，可以建立隧道净空三维量测及变形分析的数据库，对隧道的运行状况进行长期跟踪和监测。
双连拱隧道施工过程的三维数值模拟分析
双连拱隧道施工过程的三维数值模拟分析胡庆安 夏永旭 王文正（长安大学公路学院，西安，710064）摘 要：研究双连拱隧道施工过程中开挖面的空间效应、左右洞施工的相互影响以及中墙的变形和稳定性。
右洞开挖对左洞围岩位移的影响范围约为开挖面前后3B（B为单洞开挖跨度）。
右洞施工时，开挖面后方的中墙产生整体向左的偏转，墙身中部向左侧鼓出，基部右趾向上抬起。
中墙侧的回填有效地抑制了中墙的变形，所以施工时中墙侧必须回填密实。
为了控制中墙的变形，两开挖面间距应小于2.5～3B。
关键词： 双连拱隧道 施工 中墙 变形 三维分析 数值方法0.引言在公路隧道的结构分析中，按平面应变问题所建立的模型，仅适用于已建成的隧道或者远离掌子面的洞身。
而对于开挖掌子面附近的结构分析，不得不采用三维空间模型。
空间计算模型不但可以较为真实地模拟初期支护，尤其锚杆与拱架格栅的物理力学参数与它们在实际隧道中的位置，而且可以模拟真正的开挖过程，体现施工各工序在空间上的安排，分析在不同施工过程中隧道围岩与支护结构的应力、应变变化规律。
本文以西汉高速某连拱隧道为背景进行三维线弹性分析，考察连拱隧道施工过程开挖面的空间效应、左右洞施工的相互影响，以及中墙的变形和稳定性。
1. 空间计算模型的建立及施工工序的简化计算模型取为各向同性线性弹性；岩体初始应力场不考虑构造应力，仅考虑其自重应力；锚杆和拱架看作对围岩因施工爆破而松弛的补强；一二衬同时施作，不考虑其施作的时间差的影响。
计算参数按照文献[1]的规定选取。
有限元模型计算范围在水平方向取距隧道中心5倍半跨，下边界取为洞高的3倍，上边界可取隧道的实际埋深，纵深方向取5B（B为单洞开挖跨度），即60m。
在模型的底面加固定支座，在平行隧道走向的两侧施加滑动支座，只约束X方向的自由度而释放Y方向上的自由度，垂直于隧道走向的两侧施加Z方向的约束。
根据实际施工中“一洞在前，一洞在后”的常用施工方案，计算工序简化如下：第1步，自重应力场计算； 第2步，三导洞全线开挖贯通，同时浇筑中墙和边墙二次衬砌；第3步至第11步，开挖右洞剩余岩体，施作衬砌，每次开挖进尺0.5B，共开挖9次，即到4.5B处；第12步至第20步，开挖左洞剩余岩体，施作衬砌，每次开挖进尺0.5B，共开挖9次，与右洞齐平；在第3步开始右洞开挖时，先对中墙顶进行了回填，同时为了考察中墙在施工中的偏转状况，对中墙左侧进行回填与不回填两种分析。
隧道点云拼接与BIM参数化建模研究
隧道点云拼接与BIM参数化建模研究隧道是交通运输和城市建设中重要的基础设施之一，隧道设计和施工过程中，点云数据采集和BIM参数化建模是两个关键的环节。
本文将综述隧道点云拼接与BIM参数化建模的研究现状和发展趋势。
一、隧道点云拼接技术1. 点云数据采集隧道点云数据的采集有多种方式，常见的有激光扫描和摄影测量。
激光扫描仪可以快速获取大量的点云数据，但需要在较短的距离内进行采集。
摄影测量通过相机采集图像，并通过三维重建算法生成点云数据，相比激光扫描可以更远距离采集数据，但对摄影测量设备的要求较高。
2. 点云数据处理采集到的点云数据通常包含大量的噪声和无效点，需要通过点云数据处理算法进行滤波和去噪。
滤波算法可以过滤掉离群点和异常点，提高点云数据的质量。
去噪算法可以通过降采样和平滑等方法，减少点云数据中的噪声。
3. 点云拼接算法隧道点云拼接是将多个局部点云拼接成一个完整的隧道点云模型的过程。
点云拼接算法根据点云之间的关系，将多个局部点云进行配准和拼接。
常见的点云拼接算法包括ICP 算法、特征点匹配算法和基于图优化的拼接算法。
ICP算法通过迭代优化来寻找最佳的配准变换，特征点匹配算法通过提取关键点和描述子，进行点云间的匹配，基于图优化的拼接算法通过构建图模型，优化点云间的匹配关系。
4. 隧道点云拼接应用隧道点云拼接技术可以应用于隧道设计和施工的各个阶段。
在设计阶段，可以根据点云模型进行隧道的形态和尺寸分析，为后续的设计工作提供参考。
在施工阶段，可以根据点云模型进行施工模拟和碰撞检测，提高施工效率和安全性。
二、BIM参数化建模技术1. BIM概念建筑信息模型（BIM）是一种基于三维模型的数字化建筑设计和管理方法。
BIM模型可以包含建筑物的几何信息、结构信息、材料信息等多种信息，可以在设计、施工和运维阶段进行多方协作和数据共享。
2. BIM参数化建模BIM参数化建模是在BIM平台上进行建筑模型的开发和管理的过程。
隧道真三维数值模拟
隧道真三维数值模拟摘要：很多学者采用数值模拟的方法分析隧道开挖问题，但往往是用平面模型或者未考虑山体地貌的假三维模型，这往往不符合隧道开挖的实际情况，造成了分析结果与隧道的真实情况有很大的误差。
文章根据山体地貌特征，建立了考虑山体地貌的真三维地质模型，并在此基础上进行了开挖分析，得出了更准确的结果。
Abstract：Many scholars adopt the method of numerical simulation analysis of tunnel excavation problems，but are often using the plane model or fake 3d model of not considering the mountain landscape，which often do not accord with the actual situation of tunnel excavation，the analysis results with the real situation of the tunnel has a lot of errors. According to the mountain landscape characteristics，to establish the true 3d geological model of considering mountain landscape，and to analyze the excavation on the basis of this，the more accurate result is obtained.关键词：隧道；数值模拟；山体；地貌Key words：tunnel；numerical simulation；the mountain；landscape中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）12-0046-020 引言随着我国交通事业的迅速发展，隧道建设也进入了一个新的发展时期。
基于MidasGTS的隧道3维变形建模与可视化研究
要： 针对现代大型工程变形监测手段丰富 、 监测点数目较多 、 变形可视化困难等特点， 提出了以 Midas GTS 为 平台， 利用地形数据和监测点 、 特征点空间数据进行 3 维建模， 通过对模型的拓扑变换和任意剖切， 实现了对各类 变形监测点变形量的可视化表达 。 以某隧道为实例证明该方法操作简便 、 表现直观， 具有较强的实用性和有 效性 。 关键词： 3 维模型； 变形可视化； 数字高程模型； 空间位移 中图分类号： TB22 ； P208 文献标识码： B 文章编号： 1672 － 5867 （ 2012 ） 10 － 0037 － 03
对于隧道洞口与隧道山体的监测分别布设隧道洞口 监测点与连续运行的 CORS 参考站来实时监测。 洞口监 测点与 CORS 参考站的布设位置如图 3 所示（ 图 3 上黑色 桩是 CORS 参考站的位置） 。 通过周期性监测隧道特征 内部监测点及洞口监测点， 并把每期测得的特征点和 点、 监测点的空间坐标数据展现到模型上便可以构建出隧道 而 CORS 的连 模型变形可视化图来反映隧道的变形趋势， 续运行能实时监测到整个山体的变化趋势。 根据三期隧道洞口监测点（ 最上面的监测点） 空间数 据构建的变形可视化图（ 如图 4 所示） 。为了能使读者看 得更清楚， 这里对隧道洞口最上面监测点的变形可视化 图进行了放大查看， 在软件中可以对这个图进行旋转缩 放， 使我们可以从任意方向来观察位移变化。
3 维变换矩阵则用 4x4 矩阵表示， 维点， 即： （ 2 ） 式中 T 为 3 维变换矩阵， 如下所示：
e f g h T= i j k l m n o p
可以把 3 维变换矩阵划分为 4 块， 其中：
e i
变换；
a
b f j n h
一种基于设计数据的公路隧道三维快速自动建模方法
一种基于设计数据的公路隧道三维快速自动建模方法摘要:基于公路隧道的真实线位文件及横断面设计文件进行标准化处理,通过扫描法与CGS法实现了复杂公路隧道的三维快速、自动建模。
所建立的公路隧道三维模型更加准确、直观,为设计方案的分析与比选,及工程设计与未来运营、养护环节的信息衔接提供了更准确、可靠的信息手段,并在厦门翔安海底隧道中取得了良好应用效果。
关键词:公路隧道设计三维模型自动近年来我国交通、运输基础设施蓬勃发展,大量山岭公路隧道设计与建设取得了成功经验,厦门翔安海底隧道等水底公路隧道的设计、贯通也极大促进了隧道勘察设计技术的进步。
但如何让设计环节与施工及运营、养护、管理等阶段有机结合起来,使整个隧道的生命周期各阶段有效衔接、降低工程的整体技术支出及管理成本,是工程当前和将来都将面临的问题。
公路隧道的设计现状并不能完全满足工程建设三维化、信息化发展的需要,隧道CAD技术的发展远远滞后。
直接面向隧道项目,基于真实的隧道工程信息实现隧道公路隧道三维化、协同化设计是工程设计技术发展的总体趋势。
从工程项目全生命周期管理的角度出发,也需要工程设计过程逐步向三维化方向推进[1]。
1 总体方案隧道设计文件包括隧道断面设计文件、路线设计文件、交通工程及沿线设施设计文件、路基路面设计文件、桥梁涵洞设计文件等,而与隧道建模关系紧密的是隧道断面设计文件以及隧道路线设计线位表,二者直接决定隧道断面形态以及走向[2]。
公路隧道的三维快速、自动建模,首先要对隧道横断面设计文件及线位设计文件进行标准化处理;然后通过人机交互自动输入隧道信息,采用扫描法建立隧道体素;最后对所有体素采用CGS法建立隧道单体三维模型,进而在隧道单体模型的基础上得到复杂隧道三维模型。
隧道自动建模方法如下图:2 隧道设计文件的标准化方法2.1 隧道桩号信息标准化处理及线位表达(1)线位及桩号信息整理因隧道设计文件较多,涉及的隧道主线位及各洞室的位置信息即桩号分散在各设计文件中。
第三章 隧道施工三维数值模拟
第 隧道施工三维数值模拟本章主要介绍非线性有限元方程组的解法，岩体的弹塑性理论，乌鞘岭隧道F7断层施工模型和结果分析。
第一节 非线性有限元方程组的基本解法采用数值方法分析结构时，将结构离散化后可以得到如下的代数方程组： 0=+F Ku (3.1) 式中：K 为结构的总刚度矩阵；u 为未知数（位移等）向量；F 为外荷载向量（R F -=）。
当总刚度矩阵K 中的元素ij k 为常量时，式（3.1）为线性方程组，它所代表的问题为线性问题。
当ij k 为变量时，例如ij ij ()k f u =，则式（3.1）为非线性方程组，它所描述的问题为非线性问题。
材料非线性指的是当应力超过某一极限值后，应力与应变的变化不成线性关系，但应变与位移的变化仍为线性关系。
属于这种类型的问题称为材料非线性问题。
几何非线性指的是当应变或应变速率超过某一极限值后，应变与位移的变化不成线性关系，但应力与应变的变化仍成线性关系。
属于这种类型的问题称为几何非线性问题。
在有些情况下，非线性问题含着材料非线性又包含着几何非线性的特征。
非线性问题的最常用的求解方法是：直接求解法、牛顿法、修正的牛顿法以及增量法。
3.1.1 直接迭代法设在第r 次迭代运算中：r r r 0K u F ψ≡+≠ (3.2) 式中：r ψ为残余（不平衡）力向量，且r r ()u ψψ=；r K 为第r 次迭代中采用的总刚度矩阵，且r r ()K K u =；r u 为第r 次迭代中的节点位移向量。
则在第1+r 次迭代中，按下式计算改进的位移向量值：r+1r 1()u K F -=- (3.3) 若在迭代过程收敛，则当∞→r 时，r u →精确解，r 0ψ→。
直接迭代法适用于求解很多场问题，但不能保证迭代过程的收敛。
3.1.2 牛顿法—切线刚度法若式（3.1）的近似解为r u u =，则可以将第1+r 次迭代所得到的改进解r+1u 作为新的变量，利用泰勒级数将函数r+1()u ψ展开，取前两项之和得到： r+1r r d ()()()0d u u u uψψψ=+∆= (3.4) 式中： r+1r r u u u =+∆ T d d ()d d P K u u uψ≡≡ (3.5) 其中T K 为切线刚度矩阵，而：()()P P u K u u ==⋅ (3.6)改进的位移向量r+1u 可根据位移增量向量r u ∆算得，后者按下式求解：r r 1r r 1r TT ()()()u K K P F ψ--∆=-=-+ (3.7)然后进行下一步迭代，直到收敛为止。
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Ｔｕ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｃｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
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数 字 化 隧 道 三 维 建 模 分 析
宋 仪 ， 郭年根 ， 李俊波 ，李凤 蓉 ， 万和 平
ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｍｏ ｄｅ ｌ ｉ ｎ ｇ； ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｔ ｕ ｎｎ ｅ ｌ ；３ Ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
０ 引 言
近年来 ， 随着 我 国铁路 工程建 设 的大规模 开 展 ， 利
理 、 三维地 图 等领 域 有一 定程 度 的应 用 ， 其方 法 多 是采用航测 、 激光扫描 、 数 字三维 照像等技术 ， 对 已经 建 成 的道路 、 桥梁、 建筑 物等进行 扫描 ， 得到 目标 的外形 信 息， 并形成数字化 三维模型 。这种 方法 只适用 于 已经 建
（ １ ． 中铁隧道勘测设计院有限公司， 天津 ３ ０ ０ １ ３ ３ ； ２ ．铁道部信息技术中心， 北京 １ ０ ０ ８ ４ ４ ； ３ ． 立得 空 间信 息技 术发展 有 限公 司 ，湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
摘 要 ：为解决 既有 隧道数字化三维建模 的难题 ， 提出利用构件模 型库组装 隧道 的技 术路线 。整 理 出隧道构件模 型库 的分 类 ， 并完 成各类构件模型的参数设计 工作 ； 提 出由构件搭建三维隧道模型 的具体步骤并将其 固化为 ６个功能组 ， 分析 出每个 功能组 的作 用 、
２ ．Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｎ ， ） ， ｆ ｏ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ８ ４ ４ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
３ ．Ｌ ｉ ｄ ｅ Ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ４ ， Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
输入及输出等关键 需求 ； 提 出继续开发三维隧道设计软件 的构想 。 关键词 ：隧道建模 ；数字隧道 ；三维设计
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ７ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２—７ ４ １ Ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ ２
中 图分 类 号 ： Ｕ ４ ５ ２
文献标志码 ： Ａ
文章 编 号：１ ６ ７ ２— ７ ４ １ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２— ０ ０ ９ ８一Ｏ ５
Ｄｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ３ Ｄ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｔｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ
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