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浅谈危岩体治理多源信息融合及数字移交

2024-09-12 59 上传者：管理员

摘要：危岩体量多面广、位高坡陡，导致施工设备、材料运输困难，施工用风、用水、用电等辅助工程布置难度大，搭设支护排架高度大、施工安全风险高。随着数字化、信息化的发展，为便于现场的安全管控，针对危岩体的特点，结合现场管理应用需求，探索危岩体治理设计信息的融合和可视化展现、数字交付就显得尤为重要。以西南某水电站危岩体治理设计为研究对象，探索危岩体治理设计实时管控系统，实现危岩体治理设计的多源信息融合及数字移交，得到了较好的应用效果。

关键词：
危岩体
多源信息融合
安全管控
实时管控系统
数字移交
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1、危岩体分布及设计工作现状

危岩崩塌已然成为中国山区三大地质灾害之一[1]。危岩体崩塌具有突发性强、预测难度大以及冲击破坏性大等特点，对居民、过往人员及车辆、建筑物等生命财产安全威胁严重[2-3]。随着水利水电行业的建设发展，危岩体治理逐渐成为水利水电工程优质安全建设重要内容。因枢纽区地形陡峭，危岩体位高陡且分布不集中，导致施工设备、材料运输困难，施工用风、用水、用电等辅助工程布置难度大，搭设支护排架高度大、施工安全风险高，治理工期相对较长[4],进而影响下部边坡开挖安全，故危岩体治理进度和治理成效成为制约工程的重要环节。

针对危岩体的自身特点、危岩体治理工作特点及治理设计难题，结合现场管理需求，探索危岩体治理设计信息的融合和可视化展现、数字交付就显得尤为重要。目前水电工程中危岩体的分布和设计工作特点如下所述。

(1)量多面广，破坏难以预测。

水电工程枢纽区大多河谷深切，自然边坡范围面大，而浅表岩体卸荷强烈、多断层构造与发育裂隙，受结构面切割时，会在坡面形成量多且不利稳定的危岩体。在长期卸荷、风化等作用下，危岩体会发生随机倾倒与崩塌破坏，或沿中缓倾角裂隙滑塌破坏，此类破坏随机性强，难以预测，对施工期及电站运行期的安全管控构成很大威胁。

(2)位高坡陡，施工组织困难。

水电工程大多处于高山峡谷之中，其枢纽区自然坡面也位高坡陡，受枢纽区地质节理、裂隙发育等不利地质因素的随机组合作用时，所形成的危岩体多分散分布于高陡山体表面。对应危岩体治理工作所需的施工设备及材料难以运输至施工现场，导致现场工作人员及物资周转困难，施工组织难度随之提升。

(3)踏勘困难，设计工作难以推进。

危岩体踏勘工作处于水电工程设计前期，现场交通条件有限，且危岩体大多依附高陡自然边坡而成，周围山崖陡峭，河流沿线侵蚀切割强烈，前期踏勘通道建设难度大，踏勘人员难以到达；并且踏勘现场无明显建筑物作为参照，踏勘人员难以分辨危岩体与枢纽结构的相对位置关系及其不利影响范围，使得危岩体设计资料获取困难，进而影响下一步的分析计算，无法为后续工作提供设计依据。

2、危岩体治理工作难点分析

2.1 危岩体治理工作流程

危岩体治理工作的典型流程如图1所示。地质专业进行初勘及详勘后，向结构设计专业提交地址信息表和地质简报；结构设计专业基于地质信息表完善设计信息表，根据地质简报设计危岩体防治处理措施，并形成设计文件分别提交至施工和造价专业；施工专业根据设计文件开展施工组织设计及危岩体施工分期、施工时序分析等工作；造价专业需根据设计通知完成工程造价计算。

2.2 危岩体治理工作核心问题

针对危岩体治理工作流程，可总结出两大核心问题：

图1危岩体治理工作典型流程

(1)多专业协同，工作反复量大。

危岩体治理工作需要地质、水工、施工、造价等多专业、多人员的密切配合。随着治理工作的深入，上游资料更新速度快、版本多，各专业工作人员需协同工作，频繁沟通，任何一个环节的沟通不当都会导致下游专业工作反复，造成人力物力浪费、工作效率低下。

(2)成果文件多，信息检索效率低下。

危岩体治理工作会形成多个成果文件，如危岩体勘察与防治专题报告、危岩体分布图、治理设计通知等，且各专业也会形成本专业内部成果文件，导致成果文件数量繁多。对于现场管理来说，一个危岩体的信息无法在一个完整的成果文件内体现，需反复查找对比多专业报告，单个成果文件信息表达有限且不直观，信息检索效率低下。

3、危岩体治理实时管控需求

随着智能技术的飞速发展，信息化、数字化的技术手段已广泛应用于水电工程中。目前，业主单位对于工程建设的把控已不局限于专业技术本身，对工程数字化的建设要求也日渐严格。

针对危岩体治理工作中多专业协同困难，成果文件数量庞大、内容繁杂等工作难点，并结合行业内三维建模、数据交互、信息融合、仿真应用等数字化技术手段，可开展危岩体治理的设计信息融合、可视化展现及数字交付等工作，实现危岩体治理工作的实时管控，满足现场探勘、设计及管理需求。

(1)属性信息整合。

基于通用平台，呈现危岩体的分布情况并进行编号，以单个危岩体为对象，整合对应地质信息表、设计信息表、工程量表、设计通知、倾斜摄影高清图等主要设计信息，实现以危岩体为对象的信息整合。

(2)进展实时展示。

基于通用平台，通过不同的颜色表达危岩体治理工作的设计进度、施工进度，实现危岩体治理设计进度的实时、直观展示。

(3)专业数据共享。

地质、结构设计等专业的现场踏勘成果及危岩体治理的设计信息可基于通用平台实时分享给施工等下游专业，以供施工专业分析危岩体影响区域、开展施工分期及时序等工作，优化危岩体治理的施工资源布置方案和施工进度计划。

(4)BIM+GIS场景构建。

基于通用平台，构建BIM+GIS可视化场景，直观地展示危岩体与枢纽结构的相对位置关系，实现危岩体治理工作的多源数据融合。

(5)设计分析一体化。

将模拟计算融合至通用平台，基于已整合的信息，开展危岩体滑坡模拟等计算，并将计算结果与现场踏勘信息相融合，确认现场安全区域作为临时避难场所，实现设计分析一体化及对现场安全风险的管控。

(6)实时共享移交。

基于通用平台，实现危岩体治理信息、成果的实时分享与移交，同时保证手机端、电脑端等不同终端的实时查看，为现场踏勘及管理提供便利。

4、危岩体治理设计多源信息融合及数字移交研究

危岩体治理设计多源信息融合及数字移交研究的技术路线如图2所示。根据危岩体治理实时管控目标需求，开展探索研究工作，包括数字移交平台优选、设计属性信息整合、施工分期及时序分析、安全风险管控、施工组织设计、BIM+GIS场景的构建及危岩体治理多源信息数字移交。

图2危岩体治理设计多源信息融合及数字移交技术路线

4.1 信息融合平台优选

目前，行业内主流信息融合平台可分为数字移交平台与GIS平台两种。

数字移交平台侧重于工程三维模型的效果呈现与成果移交，兼顾各专业的协同设计。数字移交平台可支持多种格式件，支持交互式设计与开发方式，移交成果一般可独立运行。但由于需要处理大量的模型信息及属性，数字移交平台对电脑硬件要求较高，加载过程易卡顿。目前行业内常用的数字移交平台有UE4、Revizto等。

GIS平台在规划、地质等专业中应用较为广泛，常用于项目前期的选点规划、现场踏勘等。以奥维地图为代表，此类平台通常包含了工程区域基本地形地貌与地质信息，且数据体量较轻，可实时定位、即时通讯，并共享成果文件。但由于其自带地形图精度较低，无法满足项目后期更高精度的设计要求。

在危岩体治理工作中，对比两类平台，以便捷应用、操作简单流畅为原则，最终选定奥维地图作为协同设计平台，进行危岩体治理设计多源信息融合。

4.2 设计属性信息归集

将设计属性信息归集于一张危岩体底图上，通过不同颜色的区域范围来表达危岩体的分布信息。以西南某电站的危岩体分布底图为例(见图3),分别用不同颜色、线性轮廓线区分已发现、未发现等几类危岩体，清晰直观地表达出危岩体的分布特点。施工专业可根据施工总布置图叠放于危岩体底图上，形成带有施工组织信息的分布底图，将危岩体分布信息与施工组织方案归集起来。

图3西南某电站危岩体分布

4.3 危岩体属性信息整合

基于奥维地图的危岩体治理设计信息一张图(见图4),可直观地将危岩体分布底图与其他设计属性信息在同一张图中展示出来。将各专业最常用的CAD文件基于同一坐标系汇总成主要枢纽结构及危岩体分布底图，通过不同颜色的范围线区别出不同危岩体的治理工作进度。通过奥维地图中的标签功能注明危岩体名称、编号等基本信息，并通过关联附件的形式加载各个格式的属性文件，实现危岩体属性信息的整合。

4.4 施工分期及时序分析

基于奥维地图整合的危岩体信息，得到地形高位覆盖层的DEM数据，结合Massflow软件开展了危岩体施工分区及时序研究工作。

图4西南某电站危岩体治理设计信息图

以西南某水电工程的滑坡模拟计算为例，通过对滑坡模拟计算，分析出高位覆盖层GFGC1滑坡主要影响导流洞进口和1号施工支洞的施工，高位覆盖层GFGC4滑坡主要影响二道坝及水垫塘边坡，计算模型及结果见图5～6。基于此类计算结果，可进行危岩体施工空间及时序研究，为危岩体施工组织设计提供参考依据。对应的计算结果和模拟动画可作为附件关联至相应的危岩体标签上，在奥维地图中直观表达设计施工分期方案成果。

图5危岩体滑坡计算模型

图6危岩体滑坡计算结果

4.5 安全风险管控

基于奥维地图得到地形及高位覆盖层的DEM数据，可完成各类模拟计算，并将计算结果作为附件关联在奥维地图中对应的危岩体标签上。根据计算结果，在奥维地图中规划、标记出相对安全的区域作为现场踏勘的临时避险区域，实现精细化的安全风险管控(见图7)。

图7安全避险点示意

4.6 施工组织设计

施工组织设计工作的展开主要依据地质专业提供的CAD地形图，其设计精度和设计成果往往会与现场实际地质条件存在偏差。而奥维地图基于其轨迹记录功能，可提供更加精细的轨迹路线。CAD地形图中的轨迹路线与奥维地图记录的现场踏勘轨迹路线差别如图8所示，可见两者相差较大。利用奥维地图记录地质、水工等专业的现场踏勘轨迹，转化为施工便道，为施工专业开展施工组织设计提供设计依据。同样，可根据现场踏勘情况，选择合适位置进行施工资源部署标记，提高施工组织方案的可实施性。

图8施工资源布置点位示意

4.7 BIM+GIS场景融合

目前，BIM技术已在水利水电行业中得到广泛应用，而BIM模型与GIS信息、倾斜摄影数据等多源信息的融合，可丰富BIM模型所携带的基础数据信息，便于现场管理人员实时跟进项目进展，实现项目可视化管理[5]。

奥维地图作为协同设计平台，支持多种格式的三维模型导入。针对3DE设计平台生成的三维模型，可通过Rhino或Skech Up等三维设计软件进行数据格式中转，再导入到奥维平台中，与平台带有的GIS信息相结合，完成BIM+GIS场景的构建(见图9)。

4.8 数字移交

作为危岩体治理工作的协同平台，奥维地图的即时通讯功能可联合业主、设计单位、施工单位、监理单位等参与方，通过群聊方式实时分享危岩体治理工作信息，为工程各参与方创建沟通平台，提高沟通协调频率，避免沟通不当引起返工。

在数字移交方面，可将危岩体治理成果整理汇总，以文件夹形式共享至群聊中，工程各参与方可随时下载，实时查看，数字移交界面如图10所示。

奥维地图支持多终端访问，手机端和电脑端可实时同步，便于现场勘察人员随时随地查看治理信息。

图9奥维平台BIM+GIS场景构建

图10奥维地图数字移交界面

5、结论

通过对某水电站的危岩体治理分析，系统性研究了危岩体防治设计多源数据集成及融合方法，并取得以下成效。