本发明公开了一种隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法，该方法包括以下步骤：根据三维地形点云数据构建数字地面模型(S1)，根据线路二维平纵断面构建三维线位(S2)，在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点(S3)，建立沿隧道三维空间线位方向移动的点(S4)，建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点(S5)，建立隧道洞口骨架线(S6)，开发隧道洞口边仰坡模板(S7)，利用模板实例化生成隧道洞口边仰坡模型(S8)，实现隧道洞口在三维空间线位上的移动(S9)，实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整(S10)，实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移(S11)。该方法实现了隧道不同洞口情况的自动比选，具有明显的推广应用价值。
1.一种隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据三维地形点云数据构建数字地面模型(S1)，根据线路二维平纵断面构建三维线位(S2)，在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点(S3)，建立沿隧道三维空间线位方向移动的点(S4)，建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点(S5)，建立隧道洞口骨架线(S6)，开发隧道洞口边仰坡模板(S7)，利用模板实例化生成隧道洞口边仰坡模型(S8)，实现隧道洞口在三维空间线位上的移动(S9)，实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整(S10)，实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移(S11)；
所述根据三维地形点云数据构建数字地面模型(S1)，是根据测绘专业提供的经过实测的桩号标高数据，检核并优化三维点云数据，如果此数据是规则的方格网数据，则构建方格网数字地面模型，否则构建三角网数字地面模型；
所述根据线路二维平纵断面构建三维线位(S2)，是根据线路专业的二维线路平面和纵断面图在达索系统中生成三维平面线位和三维空间线位；
所述在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点(S3)，是指在达索系统中首先在三维平面线位上以线位某点为参考生成一点为隧道洞口里程，然后依托此点分别生成隧道缺口里程、隧道洞门明洞分界里程点，再依托隧道洞门明洞分界里程点生成隧道明暗分界里程点，当隧道洞口里程点发生变化时另外三点联动变化，且隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点到隧道洞口里程点的距离以及隧道明暗分界里程点到隧道洞门明洞分界里程点的距离可调，当隧道缺口里程点到隧道洞口里程点的距离为0时，表示取消隧道缺口长度；当隧道洞门明洞分界里程点到隧道洞口里程点的距离为0时，表示洞门长度为零；当隧道明暗分界里程点到隧道洞门明洞分界里程点的距离为0时，表示取消明洞；
所述建立沿隧道三维空间线位方向移动的点(S4)，是指在达索系统中依托三维平面线位上的隧道洞口里程点、隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点以及隧道明暗分界里程点在三维空间线位上建立的相对应的点，当三维平面线位上的点变动时三维空间线位上的点联动；
所述建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点(S5)，是指在达索系统中，分别以建立沿隧道三维空间线位方向移动的点(S4)中三维空间线位上的点为参考在局部坐标系中建立相对应的点，通过调整局部坐标系中点的x、y、z坐标值实现点沿垂直于隧道三维空间线位方向的移动；
所述建立隧道洞口骨架线(S6)，是指在达索系统中依托已经生成的三维空间上的点建立样条曲线，用作隧道洞口的三维骨架线，作为隧道模板的输入条件；
所述开发隧道洞口边仰坡模板(S7)，是指在达索系统中开发的模板，此模板具有输入性的设计参数，包括边仰坡刷坡坡率、边仰坡中每层台阶高度、台阶平台的宽度，可实现模型的参数化创建；隧道洞口边仰坡模板以隧道洞口的三维骨架线、三维地形曲面为输入条件，以设计参数为输入参数；隧道洞口边仰坡模板中，隧道刷坡高度与三维地形自适应；
所述利用模板实例化生成隧道洞口边仰坡模型(S8)，是指在达索系统中先选择隧道洞口边仰坡模板，再指定隧道洞口的三维骨架线、地形曲面、输入参数而生成的隧道洞口边仰坡模型，模型中的边仰坡刷坡高度与实际三维地形自适应；
所述实现隧道洞口在三维空间线位上的移动(S9)，是指当改变隧道洞口里程点位置时，隧道洞口会沿三维空间线位方向移动，移动后隧道洞口刷坡高度与实际三维地形自适应，由于隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点直接或间接与隧道洞口里程点关联，所以这些点跟随隧道洞口里程点联动，通过此方法可以实现隧道洞口在三维空间线位方向上的比选；
所述实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整(S10)，是指在隧道洞口里程点位置一定时，调整三维平面线位上隧道缺口里程点实现隧道缺口长度的调整；调整三维平面线位上隧道洞门明洞分界里程点实现隧道洞门长度的调整；调整三维平面线位上隧道明暗分界里程点实现隧道明洞长度的调整；通过此方法可以实现在隧道洞口位置一定时隧道缺口长度、洞门长度以及明洞长度的比选；
所述实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移(S11)，是指通过调整局部坐标系中点的x、y、z坐标实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移，偏移后的隧道洞口刷坡高度与实际三维地形自适应，通过此方法可以实现隧道洞口周边不同线位情况的比选。
2.根据权利要求1所述的隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法，其特征在于，在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点(S3)以及建立沿隧道三维空间线位方向移动的点(S4)，当隧道洞口里程点变动时隧道缺口里程点、隧道洞口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点所对应的三维空间线位上的点联动，进而实现隧道洞口在三维空间线位上的移动(S9)中隧道洞口在三维空间线位方向上的比选；当隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点变动时隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点对应的三维空间线位上的点联动，进而实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整(S10)中隧道缺口长度、洞门长度以及明洞长度的比选。
3.根据权利要求1所述的隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法，其特征在于，建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点(S5)，当三维空间点的坐标值发生变化时实现点沿垂直于隧道三维空间线位方向的移动，进而实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移(S11)中隧道洞口周边不同线位情况的比选。
4.根据权利要求1所述的隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法，其特征在于，开发隧道洞口边仰坡模板(S7)，此模板实现了隧道洞口边仰坡刷坡与三维地形的自适应。
隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法
技术领域
[0001] 本发明涉及隧道洞口位置自动化比选方法。
背景技术
[0002] 隧道洞口位置比选在项目初期的线位选择、隧道方案设计以及隧道详细设计中都具有非常重要的作用。在传统的二维设计中，隧道洞口位置选择主要依托于地形横、纵断面，首先在二维断面上确定隧道边仰坡刷坡高度，再将断面间的刷坡点进行拟合，不但操作过程繁琐，而且断面间尤其是边仰坡相交位置的刷坡高度很难准确体现，极大降低了隧道洞口设计质量。近年来BIM技术已经成为土木行业的发展趋势，因此无论是顺应行业发展还是提高设计精度和质量，隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法都急需研究。
发明内容
[0003] 鉴于目前隧道洞口位置比选所存在的问题，本发明提出一种全新的隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法，通过根据三维地形点云数据构建数字地面模型、根据线路二维平纵断面构建三维线位、在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点、建立沿隧道三维空间线位方向移动的点、建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点、建立隧道洞口骨架线、开发隧道洞口边仰坡模板、利用模板实例化生成隧道洞口边仰坡模型、实现隧道洞口在三维空间线位上的移动、实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整、实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移，既实现了隧道洞口在三维空间线位方向的比选，又实现了隧道洞口段隧道缺口长度、洞门长度以及明洞长度的比选，还实现了通过线位偏移进行隧道洞口周边不同线位情况的比选，隧道洞口位置发生变化后边仰坡刷坡与三维地形自适应，刷坡效果准确、直观，能够满足隧道在线位选择、方案设计以及详细设计中的相关要求，适用于隧道洞口位置自动化比选的BIM设计。
[0004] 本发明所涉及的隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0005] S1、根据三维地形点云数据构建数字地面模型
[0006] 根据测绘专业提供的经过实测的桩号标高数据，检核并优化三维点云数据，如果此数据是规则的方格网数据，则构建方格网数字地面模型，否则构建三角网数字地面模型。
[0007] S2、根据线路二维平纵断面构建三维线位
[0008] 根据线路专业的二维线路平面和纵断面图在达索系统中生成三维平面线位和三维空间线位。
[0009] S3、在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点
[0010] 是指在达索系统中首先在三维平面线位上以线位某点为参考生成一点为隧道洞口里程，然后依托此点分别生成隧道缺口里程、隧道洞门明洞分界里程点，再依托隧道洞门明洞分界里程点生成隧道明暗分界里程点，当隧道洞口里程点发生变化时另外三点联动变化，且隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点到隧道洞口里程点以及隧道明暗分界里程点到隧道洞门明洞分界里程点的距离可调，当隧道缺口里程点到隧道洞口里程点的距离为0时，表示取消隧道缺口长度；当隧道洞门明洞分界里程点到隧道洞口里程点的距离为0时，表示洞门长度为零(如端墙式洞门)；当隧道明暗分界里程点到隧道洞门明洞分界里程点的距离为0时，表示取消明洞。
[0011] S4、建立沿隧道三维空间线位方向移动的点
[0012] 指在达索系统中依托三维平面线位上的隧道洞口里程点、隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点以及隧道明暗分界里程点在三维空间线位上建立的相对应的点。当隧道洞口里程点变动时隧道缺口里程点、隧道洞口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点所对应的三维空间线位上的点联动，进而实现隧道洞口在三维空间线位方向上的比选；当隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点变动时隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点对应的三维空间线位上的点联动，进而实现隧道缺口长度、洞门长度以及明洞长度的比选。
[0013] S5、建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点
[0014] 指在达索系统中，分别以建立沿隧道三维空间线位方向移动的点(S4)中三维空间线位上的点为参考在局部坐标系中建立相对应的点，通过调整局部坐标系中点的x、y、z坐标值实现点沿垂直于隧道三维空间线位方向的移动。当三维空间点的坐标值发生变化时实现点沿垂直于隧道三维空间线位方向的移动，进而实现隧道洞口周边不同偏移情况的比选。
[0015] S6、建立隧道洞口骨架线
[0016] 指在达索系统中依托已经生成的三维空间上的点建立样条曲线，用作隧道洞口的三维骨架线，作为隧道模板的输入条件。
[0017] S7、开发隧道洞口边仰坡模板
[0018] 指在达索系统中开发的模板，此模板具有输入性的设计参数，包括边仰坡刷坡坡率、边仰坡中每层台阶高度、台阶平台的宽度等，可实现模型的参数化创建；隧道洞口边仰坡模板以隧道洞口的三维骨架线、三维地形曲面为输入条件，以设计参数为输入参数；隧道洞口边仰坡模板中，隧道刷坡高度与三维地形自适应。
[0019] S8、利用模板实例化生成隧道洞口边仰坡模型
[0020] 指在达索系统中先选择隧道洞口边仰坡模板，再指定隧道洞口的三维骨架线、地形曲面、输入参数而生成的隧道洞口边仰坡模型，模型中的边仰坡刷坡高度与实际三维地形自适应。
[0021] S9、实现隧道洞口在三维空间线位上的移动
[0022] 指当改变隧道洞口里程点位置时，隧道洞口会沿三维空间线位方向移动，移动后隧道洞口刷坡高度与实际三维地形自适应，由于隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点直接或间接与隧道洞口里程点关联，所以这些点跟随隧道洞口里程点联动，通过此方法可以实现隧道洞口在三维空间线位方向上的比选。
[0023] S10、实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整
[0024] 指在隧道洞口里程点位置一定时，调整三维平面线位上隧道缺口里程点实现隧道缺口长度的调整；调整三维平面线位上隧道洞门明洞分界里程点实现隧道洞门长度的调整；调整三维平面线位上隧道明暗分界里程点实现隧道明洞长度的调整；通过此方法可以实现在隧道洞口位置一定时隧道缺口长度、洞门长度以及明洞长度的比选。
[0025] S11、实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移
[0026] 指通过调整三维空间上点的x、y、z坐标实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移，偏移后的隧道洞口刷坡高度与实际三维地形自适应，通过此方法可以实现隧道洞口周边不同线位情况的比选。
[0027] 该发明的有益效果是：
[0028] 基于数字化的三维地形曲面和三维线位设计成果，既实现了隧道洞口在三维空间线位方向的比选，又实现了隧道洞口段隧道缺口长度、洞门长度以及明洞长度的比选，还实现了通过线位偏移进行隧道洞口周边不同线位情况的比选，且隧道洞口位置发生变化后边仰坡刷坡与三维地形自适应，刷坡效果准确、直观，能够满足隧道在线位选择、方案设计以及详细设计中的相关要求，适用于隧道洞口位置自动化比选的BIM设计。此方法自动化程度高，实用性强，能大幅提高设计效率和成果质量，具有明显的推广应用价值。
附图说明
[0029] 图1为隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法的流程图。
[0030] 图中标记说明：
[0031] S1、根据三维地形点云数据构建数字地面模型，
[0032] S2、根据线路二维平纵断面构建三维线位，
[0033] S3、在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点，
[0034] S4、建立沿隧道三维空间线位方向移动的点，
[0035] S5、建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点，
[0036] S6、建立隧道洞口骨架线，
[0037] S7、开发隧道洞口边仰坡模板，
[0038] S8、利用模板实例化生成隧道洞口边仰坡模型，
[0039] S9、实现隧道洞口在三维空间线位上的移动，
[0040] S10、实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整，
[0041] S11、实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移。
具体实施方式
[0042] 参照附图说明本发明的具体技术方案。由图1的流程图所示，本发明涉及的隧道洞口位置自动化比选的BIM设计方法的步骤包括：根据三维地形点云数据构建数字地面模型、根据线路二维平纵断面构建三维线位、在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点、建立沿隧道三维空间线位方向移动的点、建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点、建立隧道洞口骨架线、开发隧道洞口边仰坡模板、利用模板实例化生成隧道洞口边仰坡模型、实现隧道洞口在三维空间线位上的移动、实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整、实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移。
[0043] S1、根据三维地形点云数据构建数字地面模型
[0044] 根据测绘专业提供的经过实测的桩号标高数据，检核并优化三维点云数据，如果此数据是规则的方格网数据，则构建方格网数字地面模型，否则构建三角网数字地面模型。
[0045] S2、根据线路二维平纵断面构建三维线位
[0046] 根据线路专业的二维线路平面和纵断面图在达索系统中生成三维平面线位和三维空间线位。
[0047] S3、在三维平面线位上建立隧道洞口段关键里程点
[0048] 是指在达索系统中首先在三维平面线位上以线位某点为参考生成一点为隧道洞口里程，然后依托此点分别生成隧道缺口里程、隧道洞门明洞分界里程点，再依托隧道洞门明洞分界里程点生成隧道明暗分界里程点，当隧道洞口里程点发生变化时另外三点联动变化，且隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点到隧道洞口里程点以及隧道明暗分界里程点到隧道洞门明洞分界里程点的距离可调，当隧道缺口里程点到隧道洞口里程点的距离为0时，表示取消隧道缺口长度；当隧道洞门明洞分界里程点到隧道洞口里程点的距离为0时，表示洞门长度为零(如端墙式洞门)；当隧道明暗分界里程点到隧道洞门明洞分界里程点的距离为0时，表示取消明洞。
[0049] S4、建立沿隧道三维空间线位方向移动的点
[0050] 指在达索系统中依托三维平面线位上的隧道洞口里程点、隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点以及隧道明暗分界里程点在三维空间线位上建立的相对应的点。当隧道洞口里程点变动时隧道缺口里程点、隧道洞口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点所对应的三维空间线位上的点联动，进而实现隧道洞口在三维空间线位方向上的比选；当隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点变动时隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点对应的三维空间线位上的点联动，进而实现隧道缺口长度、洞门长度以及明洞长度的比选。
[0051] S5、建立沿垂直于隧道三维空间线位方向移动的点
[0052] 指在达索系统中，分别以(S4)中三维空间线位上的点为局部坐标系的参考点，在三维空间上建立相对应的点，通过调整局部坐标系中的x、y、z坐标值实现点沿垂直于隧道三维空间线位方向的移动。当三维空间点的坐标值发生变化时实现点沿垂直于隧道三维空间线位方向的移动，进而实现隧道洞口周边不同偏移情况的比选。
[0053] S6、建立隧道洞口骨架线
[0054] 指在达索系统中依托已经生成的三维空间上的点建立样条曲线，用作隧道洞口的三维骨架线，作为隧道模板的输入条件。
[0055] S7、开发隧道洞口边仰坡模板
[0056] 指在达索系统中开发的模板，此模板具有输入性的设计参数，包括边仰坡刷坡坡率、边仰坡中每层台阶高度、台阶平台的宽度等，可实现模型的参数化创建；隧道洞口边仰坡模板以隧道洞口的三维骨架线、三维地形曲面为输入条件，以设计参数为输入参数；隧道洞口边仰坡模板中，隧道刷坡高度与三维地形自适应。
[0057] S8、利用模板实例化生成隧道洞口边仰坡模型
[0058] 指在达索系统中先选择隧道洞口边仰坡模板，再指定隧道洞口的三维骨架线、地形曲面、输入参数而生成的隧道洞口边仰坡模型，模型中的边仰坡刷坡高度与实际三维地形自适应。
[0059] S9、实现隧道洞口在三维空间线位上的移动
[0060] 指当改变隧道洞口里程点位置时，隧道洞口会沿三维空间线位方向移动，移动后隧道洞口刷坡高度与实际三维地形自适应，由于隧道缺口里程点、隧道洞门明洞分界里程点、隧道明暗分界里程点直接或间接与隧道洞口里程点关联，所以这些点跟随隧道洞口里程点联动，通过此方法可以实现隧道洞口在三维空间线位方向上的比选。
[0061] S10、实现三维空间线位上隧道洞口段不同要素长度的调整
[0062] 指在隧道洞口里程点位置一定时，调整三维平面线位上隧道缺口里程点实现隧道缺口长度的调整；调整三维平面线位上隧道洞门明洞分界里程点实现隧道洞门长度的调整；调整三维平面线位上隧道明暗分界里程点实现隧道明洞长度的调整；通过此方法可以实现在隧道洞口位置一定时隧道缺口长度、洞门长度以及明洞长度的比选。
[0063] S11、实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移
[0064] 指通过调整三维空间上点的x、y、z坐标实现隧道洞口在三维空间线位附近的偏移，偏移后的隧道洞口刷坡高度与实际三维地形自适应，通过此方法可以实现隧道洞口周边不同线位情况的比选。
