(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211120376.7 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 四川乐西高速公路有限责任公司 地址 615000 四川省凉山彝族自治州西昌 市长安西路6 0号 申请人 西安建筑科技大 学　 中铁北京工程局集团第一工程有限 公司 (72)发明人 邹海云　钟仕明　王维涛　宋战平　 徐磊磊　许王亮　潘红伟　张玉伟　 刘乃飞　许晓静　李旭　 (74)专利代理 机构 西安研创天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61239 专利代理师 张红哲(51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06Q 50/08(2012.01) G06T 17/05(2011.01) G06F 16/23(2019.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于BIM和WEB的隧道施工智 能化管理 系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于BIM和WEB的隧道施 工智能化管理系统， 基于BIM技术， 分别建立三维 地质模型模块、 三维隧道模型模块， 基于WEB技 术， 将三维地质模型模块、 三维隧道模型模块以 及隧道施工数据模块上传到基于WEB的系统中， 对数据进行模拟和分析以更新三维地质模型、 优 化施工方案， 基于BIM技术的可视化、 模拟性、 优 化性和协调性优势， 来实现隧道的可视化展示、 施工工法模拟、 施工方案优化、 施工现场各参与 方统筹协调等， 基于WEB技术进行隧道施工智能 化管理系统开发具有成本低、 维护方便、 分布性 强、 开发简单的优势， 本发明操作简单、 方便， 适 用于任何规模、 任何类型的隧道工程施工， 具有 良好的社会效益和经济效益。 权利要求书3页 说明书9页 附图9页 CN 115544611 A 2022.12.30 CN 115544611 A 1.一种基于BIM和WEB的隧道施工智能化管理系统， 其特征在于： 所述隧道施工智能化 管理系统包括基于BIM的隧道模型建立系统、 基于WEB的数据处理系统、 基于物联网的数据 传输系统； 所述基于BIM的隧道模型建立系统包括 三维地质模型模块和三维隧道模型模块； 所述三维地质模型模块， 用于根据实际揭露 的地层信 息利用软件系统实现地形地貌的 三维呈现， 同时结合工程经验 对地层进行 更新优化； 所述三维隧道模型模块， 用于将隧道的监测点测量数据直接展示在三维隧道模型立体 图上， 让管理人员直观的观测到任意测 点的测量数据， 将隧道激光扫描的结果转换成实际 效果展示于隧道三维立体图中， 直观的表现出隧道的病害情况； 所述基于WEB的数据处理系统包括所述三维地质模型上传模块、 三维隧道模型上传模 块和物联网隧道 施工数据上传模块； 所述基于物联网的数据传输系统， 包括布局在隧道内的隧道施工数据模块， 采集通过 现场监测点得到的信息， 并实现自然环境数据、 施工人员数据、 施工 设备数据以及围岩 变形 数据实时动态更新。 2.根据权利 要求1所述的一种基于BIM和WEB的隧道施工智能化管理系统， 其特征在于： 所述三维地质模型模块包括超前地质预报单元、 地质素描单元、 三维激光扫描单元以及三 维结构单 元； 超前地质预报单元， 用于建立三维地质模型， 根据实际揭露 的地层信 息， 利用软件系统 实现地形地貌的三维呈现； 地质素描单 元， 用于展示岩体特 征； 三维激光扫描单 元， 用于采集隧道三维地质结构数据； 三维结构单 元， 用于实现隧道地形地貌的三维呈现。 3.根据权利 要求2所述的一种基于BIM和WEB的隧道施工智能化管理系统， 其特征在于： 所述隧道三 维地质模型模块中的三维激光扫描单元需要的数据通过隧道自动扫描仪采集， 所述隧道自动扫描仪包含 车身(4)， 所述车身(4)的前后左右以及车底的位置设置红外感知 系统(2)， 所述车身(4)的前面设有夜航灯(3)， 所述车身(4)上表面前端设有两个数据处理 系统(10)， 每个所述数据处理系统(10)上设有一个LED显示屏(9)， 所述车身(4)上表面后端 对称设有两个支撑座(6)， 所述支撑座(6)上设有用于激光扫描仪方位调整的三 维方向调整 装置， 所述 三维方向调整装置中设有激光扫描仪(7)。 4.根据权利 要求3所述的一种基于BIM和WEB的隧道施工智能化管理系统， 其特征在于： 所述三维方向调整装置包括左右方向调整器、 前后方向调整器(708)和传动结构， 所述左右 方向调整器和所述前后方向调整器(708)穿过所述左右方向调整器中心与并所述左右方向 调整器垂直交叉 连接成“套环”； 所述左右方向调整器包括单层环形管(701)和双层环形管(702)， 所述单层环形管 (701)套设在所述双层环形管(702)内， 所述单层环形管(701)一侧内壁设有轮齿(712)， 所 述单层环形管(701)外壁上固定设有第一连接轴(706)， 所述第一连接轴(706)另一端穿设 在所述双层环形管(702)内层侧壁上的环形槽内， 并且固定设有一滑块(704)， 所述滑块 (704)呈弧状， 所述滑块(704)下表 面紧贴所述双层环形管(702)内层外壁， 所述双层环形管 (702)内层管内壁上固定设有第二电机(713)， 所述第二电机(713)输出端连接有一齿轮权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115544611 A 2(711)， 所述第二电机(713)输出轴通过所述单层环形管(701)外壁上的环形槽穿设在所述 单层环形管(701)一侧壁上， 所述齿轮(711)设在所述单层环形管(701)内部， 并且与所述轮 齿(712)啮合； 所述双层环形管(702)与所述前后方向调整器(708)之间通过第二连接轴(705)和第三 连接轴(707)垂直环接， 所述第二连接轴(70 5)和第三连接轴(707)位于一条直线上； 所述传动结构包括两个第一电机(5)和转轴(709)， 两个所述第一电机(5)之间设有所 述转轴(709)， 所述 转轴(709)与所述前后方向调整器(708)之间通过第四连接轴连接 。 5.根据权利 要求4所述的一种基于BIM和WEB的隧道施工智能化管理系统， 其特征在于： 所述激光扫描仪(7)固定设在所述单层环形管(701)外壁上， 并且所述激光扫描仪(7)所在 的方向与所述第二电机(713)输出轴所在的方向平行， 所述激光扫描仪(7)外表 面固定设有 补光灯(8)、 状态指示灯(12)、 点量指示灯(13)、 内存槽(14)、 无线网卡槽(15)、 电源键(16)， 所述补光灯(8)上设有北斗系统天线(1 1)。 6.根据权利 要求1所述的一种基于BIM和WEB的隧道施工智能化管理系统， 其特征在于： 所述施工数据模块包括自然环境数据单元、 施工人员数据单元、 施工设备数据单元以及围 岩变形数据单元。 7.根据权利要求1 ‑6所述的一种基于BIM和WEB的隧道施工智能化管理系统的建立方 法， 其特征在于： 1)所述三维地质模型模块的建立包括 三个步骤 步骤一： 搜集地层信 息， 根据实际揭露 的地层信息， 利用三维激光扫描技术集整个隧道 的点云信息， 再运用点云处 理技术， 把点云中丰富的数据、 素 材提炼出来； 步骤二： 建立三维结构， 同时提取岩体结构面信息并形成地质素描图， 根据提取得到的 剖面岩体信息， 对岩体特 征进行分析， 利用三维建模技 术， 实现地形地貌的三维呈现； 步骤三： 三维结构推测， 将系统分为图像采集、 图像处理及地质解析三部分， 建立隧道 开挖部分的三维可视化 地质图像， 实现对隧道地质情况的三维展示及推测； 2)所述三维隧道模型模块的建立 包括设计图纸单元， 根据隧道的设计图纸， 利用Revit软件的公制常规模型功能进行构 件族建立， 然后对 族块进行拼装建立 三维隧道模型； 3)所述基于WEB的数据处 理系统的建立 包括HTML5技术、 Web  GL技术以及Three.js技术， 运用这三种技术开发隧道施工智能化 管理系统， 将所述三维地质模型和所述三维 隧道模型上传到隧道施工智能化管理系统， 结 合物联网设备将施工现场的自然环境数据、 施工人员数据、 隧道围岩 变形数据、 施工 设备数 据等实时上传到隧道 施工智能化管理系统进行 可视化展示、 实时分析； 4)所述三维激光扫描单位的建立 通过隧道自动扫描仪采集数据， 隧道自动扫描仪包括移动车身和车身上的激光扫描仪 三维方向调整装置， 在激光扫描仪三维方向调整装置中设有激光扫描仪， 通过移动车身到 合适的位置， 再调整激光扫描仪的三维空间方向， 最后采集数据处 理数据； 5)更新及优化 在模型的基础上， 进行现场监测点的布置， 实现监测点可视化、 信息化， 并将自然环境 数据、 施工人员数据、 施工 设备数据以及围岩 变形数据实时上传到系统， 运用有限元分析实权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115544611 A 3