基坑变形监测三维可视化模拟系统设计

DESIGN OF 3D V ISUAL SIM ULATION SYSTEM FOR FOUNDATION PIT DEFORM ATION M ON ITOR ING
X IONG Chun bao1, MA Lu bin1, FAN G Y an lin2 ( 1 Schoo l o f C ivil Eng ineering, T ian jin Un iversity, T ian jin 300072, Ch ina;
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墙模型无法创建, 以空缺表示。
息。模型数据库的创 建基于面 向对 象辅助 建模技 术, 将空 间实体 划分各 种点、线、面模 型, 先 由 Au tCAD 软 件分层记录基坑周边 400m ∀ 500m区 域内各种空 间实 体的平面分布, 然后通 过数据 接口录入 平台 软件系 统 数据库中。 3 3 基坑变形监测三维可视化模拟方法
地表和地 下水 位曲 面 由有 限的 采样 点 通过 样 条 函数插值方法 [ 3]生成连续 的 T IN 模型 模拟, 如图 6 和 图 7所示。地表采样点包 括周 边道路 沉降 监测点、建 筑物沉降监测点和补设的沉降监测点。地下水位曲面 则利用水位井采样点来创建。
4 结语 三维可视化 仿真 技术 在 工程 中的 应 用领 域 不断
程。用户可以通过系统提供的交互 控制操作界面获 得 可视化仿真系统各个时刻反馈的结果。
2 基坑变形监测三维可视化模拟系统设计及功能 2 1 系统总体设计
基坑变形监 测三 维可 视 化模 拟系 统 主要 由 监测 网、数据库和可视化模拟系统三个部分构成, 如图 2所
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低温建筑技术
示。本次系统开发平台为美国环境系统研究所开发的 A rcV iew。 A rcV iew 自带的 程序 设 计语 言 A venue类 似 于 V isual Basic语言, 具有较 强的 二次开 发功 能, 可 以 实现空间数据库的管理和空间图形的各种操纵。
界面设计包括登陆 界面、系 统主界 面和 功能模 块 界面的设 计。登陆 界 面和 系统 主界 面 由 V isual Basic 6 0软件实 现。功 能模 块界 面 平台 软件 的 A venu e语 言二次开发实现。界面设计中较多的考虑用户的需求 和习惯, 采用 W indow s通用 界面。登陆 界面 进行用 户 身份验证保障软件操作的安全。 2 4 功能模块
K ey w ords: v isual sim ulation; deform ation m on itoring o f foundat ion pi;t system developm ent
目前, 基坑变形监测的成果多采 用单一的二 维图 形或曲线, 无法给工程相关人员提供深层次的信息, 未 能充分利用监测数 据的价 值, 造成 一定的 浪费。可 视 化仿真是计算机、图形处理与图像生成技术、系统建模 技术等诸多 技术 的综 合运 用 后形 成的 一种 新 型仿 真 技术 [ 1]。可视化仿真技 术为用 户提供 了高 效、灵活 的 模拟分析环境, 使得整 个仿真 任务可以 通过 鼠标在 计 算机屏幕上一系列操作来完成。本文介绍了基坑变形 监测三维可视化模 拟系统, 该 系统已经 成功 应用于 天 津市某地下车库深基坑变形监测工作中。 1 基于 G IS的三维可视化动态系统仿真
[ 4] 李晓梅, 黄朝晖, 等 科学计算可视化导论 [ M ]. 长沙: 国防 科技大学出版社, 1996
[收稿日期 ] 2010- 06- 12 [作者简介 ] 熊春宝 ( 1964- ) , 男, 武汉人, 教授, 博士, 主要从
事防灾减灾、岩土工程监测和地理 信息系统工程 应用等方面的研究与教学。
参考文献
实体模型通过基本图元的延伸 和叠加来创 建, 然 后由人工设置阴影 效果后产 生景深 感和真 实感, 如 图 8 所示。如图 9所示, 冠梁水平 位移、周边 道路沉降 和 地下管线变 形模 拟通 过三 维 空间 点的 延伸 和 颜色 映 射表现 [ 4]。周 边建 筑物 沉 降模 拟通 过动 态 更新 高 程 偏移值 (累积沉降 值 ) 实现。 系统 中为 了加 强 表现 效 果高程偏移值做了适当的夸大 ( 100倍 )。支护结 构内 力通过颜色映射表现轴力值。地下连续墙模型由不同 深度上基本图元组 合而成, 墙 身侧向位 移通 过动态 读 取监测数据库的数 据, 采用 颜色映 射法实 现。实际 工 程中, 当部分测斜管无法读取数据时, 系统指定模型数 据库中相应图元的 高程偏移 值为零, 导 致所 测段地 连
3 2 数据库创建 本次系统开发采用 A rcV iew 软件作为数 据库管理
系统。数据库 录入 了 该基 坑 从 2009 年 7 月 15 日 到 2009 年 12 月 29 日期间的各 个监测项目 的实测数据、 有限元三维模拟数值实验数据和数字模型的属性信
熊春宝等: 基坑变形监测三维可视化模拟系统设计
系统软件主要功能 模块有 数据 库管理、可视化 建 模、基坑变形 分 析、预 警分 析、系统 用户 管 理等 功 能。 模块化的开发模式便于系统的维护和扩展。
可视化建模模 块是 在 A rcV iew G IS 3 3 软 件基 础 上进行二次开发, 实现 的是三 维数字模 型的 创建和 显 示, 如图 3所示。地表和 地下水 位曲面 等面 模型采 用 不规则三角网 ( T IN ) [ 2] 模型来表示。三维实体模 型的 由二维基本图元叠 加、移动和 旋转 生成, 再 经过纹 理、 光照、消隐、阴影等计算后显示在三维场景中。
基于 G IS 的三维可视化动态系统仿真如图 1所示。 G IS软件与系统仿 真的结合主 要发生在 原始数据 采集 和仿真数据可视化表达两 阶段 [ 1] 。系统开发采 用集成 模式与扩展连接模式相结合的方式, 即利用 W indows的 DDE技术调用动态连接库, 又利用不同平台间的数据接 口, 实现应用模 型与 G IS 软 件之间数据的 交换和共享。 基于 G IS 的三维可视化 动态系统仿真可以再现 系统任 意时刻的状 态和面 貌, 反 映系 统数据 场的 动态变 化过
拓展, 本文结合天津市某 深基坑工 程变形 监测实 例进 行基坑变形监测的三维 可视化模 拟研究, 并给出 了基 坑变形监测三 维可 视化 模拟 系 统中 总体 设 计和 功能 实现的详细技术路线。通过实例工程验证了本系统软 件的可行性。本系统软件在计算机终端上实现基坑施 工和变形监测成果的动 态演示和 分析, 使 得数据 的处 理与分析工作直观、形象化, 一定程度上提高了数据的 使用率, 从多角度反映了基坑变形情况, 有利于推动基 坑变形监测向信息化、数字化和可视化方向发展。
2010 年第 10期 ( 总第 148 期 )
2 2 数据库创建 建立数据 库是 进行 基 坑变 形分 析和 研 究的 基 础
工作。本系统数据库 包括属性 数据 库、监测 信息数 据 库、有限元分析计算 数据库 和模型 数据库。 数据库 管 理系统是以表格文 档的形式 进行数 据的存 储和管 理。 本次系统利用 A ccess创建外部 数据表, 通 过数据接 口 与主题属性表实现连接以此来扩充数据库。 2 3 界面设计
间实体为唯一的对象, 并 以对象 标示 区别。空视 化模 拟系 统 的可 视 化空 间分析功能主要有距离和体积的量算、地表表面分析、 属性信息再分类及缓冲区分析等 [ 2] 。
实际工程中, 基坑各监测 项目 警戒值 的确定 不统 一, 预警分析模块允许用户自定义报警值和限定值, 见 图 4, 通过 V isu al Basic编制预警计算程序实现。 3 工程实例 3 1 工程概况
表1
基坑监测项目
序号 监测项目
测点布置 数量 监测频率与周期 报警值
1 冠梁水平位移
冠梁
46 基坑开 挖期 1d 一 30mm
次, 完 毕 后 3 d 一
2 墙身侧向位移 地连墙墙体 13 次, 变形 超过 标准 50mm
或监测结果变化 3 支护结构内力 应力最大点 72 速率过 大时, 应加 未明确
2 T ian jin Survey ing and H ydrog raphy Co. L td , T ianjin 300072, Ch ina)
Abstract: In th is paper, the 3D v isual simu lation for the deform ation m on ito ring o f founda tion pit w ith v isual sim u lation techno logy is stud ied. T hese m ethods o f m odeling and v isualization of 3D v isua liza t ion sim ulation system for the de form ation m on itoring o f foundat ion pit are put forw ard. The 3D visua l sim ulation for the deform at ion m on ito ring of foundation pit based on the G IS platform is raised. T he de fo rm ation m on itoring data of a practical eng ineering a foundat ion pit in T ian jin is simu lated and ana lyzed.
天津市某地下车库深基坑 开挖深度 为 18m 左右, 拟建场地狭小且周围环 境较复杂, 基坑边 线距离 周围 道路中心线不足 10m, 道路边 线下 埋有地 下电缆 和各 种管道。采用 地下 连续 墙作 为 支护 和止 水 结构 墙厚 1m, 墙体长度 34 4m, 入土深度 16 4m。水平支撑如图 5所 示, 分 4 道逐步 布置 在围护 墙体 上。根据设 计要 求, 监测项目如表 1, 其 中, 重 点是 基坑 开挖 期间 基坑 支护结构稳定性监测, 及周围道路和建筑物沉降监测。