本发明属于建筑施工领域，涉及bim及有限元分析技术，具体是一种深基坑专项施工方案设计优化方法。
背景技术：
随着城市化程度的不断加深，城市地下空间开发力度也越来越大，涉及深基坑的工程也越来越多。深基坑方案对安全要求很高，基坑的平面形状和支护形式越来越复杂,基坑的空间效应也越来越明显，万一发生事故造成的损失会非常严重，所以对深基坑施工方案的优化设计就显得尤为重要。
根据设计方案及cad图纸，建立深基坑bim模型，进行优化讨论，再建立三维有限元模型对基坑施工过程进行模拟，然后根据分析结果对基坑开挖及支护结构进行优化，达到节约投资、缩短工期、保障安全的目的。
技术实现要素：
为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种深基坑专项施工方案设计优化方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种深基坑专项施工方案设计优化方法，所述设计优化方法的具体步骤包括：
步骤一：基础数据准备；
步骤二：利用bim软件和基础数据进行建模获取基础bim模型；对基础bim模型进行可视化优化讨论；
步骤三：利用有限元软件建立深基坑专项施工方案中的工程对象模型，为工程对象模型设置力学参数并完成单元划分以生成有限元模型，验证有限元模型的合理性；
步骤四：根据优化方式调整有限元模型，根据优化目标获得综合最优解；
步骤五：在有限元分析的基础上，修改基础数据；根据修改之后的基础数据，优化基础bim模型获取目标bim模型；
步骤六：通过目标bim模型进行可视化展示。
优选的，所述有限元模型的合理性的验证步骤包括：
获取节点编号，并将节点编号标记为i，i＝1，2，……，n；
通过有限元模型进行模拟开挖；
获取开挖前节点i的主应力值并分别标记为kzl1i、kzl2i和kzl3i，所述主应力值包括第一主应力值、第二主应力值和第三主应力值；
通过公式cypxi＝β1×eβ2×(kzl1i kzl2i kzl3i)获取初始应力评估系数cypxi；其中β1和β2为预设比例系数，且β1和β2均为大于0的实数；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi>k1时，则判定初始应力评估不合格；其中k1为预设初始应力评估系数；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi≤k1时，则进行下一步；
获取一次性挖到几何对称面时节点i的主应力值并分别标记为jzl1i、jzl2i和jzl3i；通过公式yypxi＝β3×eβ4×(jzl1i jzl2i jzl3i)获取一次应力评估系数yypxi；其中β3和β4为预设比例系数，且β3和β4均为大于0的实数；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi>k2时，则判定一次应力评估不合格；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi≤k2时，则进行下一步；其中k2为预设初始应力评估系数阈值；
通过公式
优选的，所述工程对象包括土层模型、地连墙、锚杆、支护桩和临近建筑物。
优选的，所述单元划分之后进行边界条件的设置，所述边界条件包括位移约束数据、载荷数据、热边界条件数据和自由度边界条件数据，所述热边界条件数据包括温度、热流、对流换热和辐射换热的位置、大小和作用规律；所述自由度边界条件数据包括主从自由度、连接自由度和运动自由度。
优选的，所述单元划分包括单元数据的设置，所述单元数据包括单元编号、单元节点编号、单元材料特性、单元物理特性和单元界面特性；所述有限元模型建立之前进行节点数据的设置，所述节点数据包括节点编号、节点坐标值、坐标参考系代码、位移参考系代码和节点数量。
优选的，所述有限元模型建立之后对有限元模型进行规模验证；所述规模验证的步骤包括：
获取有限元模型的节点数量和单元数量，并将节点数量和单元数量标记为js和ds；
通过公式
当规模评估系数gpx满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元模型的规模合适；当规模评估系数gpx不满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元规模不合适，对有限元规模中的节点数量和单元数量进行调整，直到有限元规模合适为止；其中l1为预设规模评估系数阈值，μ为预设比例系数，且μ为大于0的实数。
优选的，所述基础数据包括深基坑cad设计图纸和深基坑设计施工方案；所述深基坑cad设计图纸中对工程对象的尺寸以及各工程对象之间的距离进行了精确标注。
优选的，基础bim模型的获取步骤包括：
将基础数据导入bim软件，在bim软件中将视图切换到场地视图；所述bim软件包括revit、3dsmax和sketchup；
将工程对象载入到项目中，然后根据深基坑cad设计图纸对工程对象进行放置，完成三维布置；
利用bim软件对已经完成的三维布置进行材质贴图。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在有限元模型建立之后对有限元模型进行规模验证；获取有限元模型的节点数量和单元数量，并将节点数量和单元数量标记为js和ds；获取规模评估系数gpx；当规模评估系数gpx满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元模型的规模合适；当规模评估系数gpx不满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元规模不合适，对有限元规模中的节点数量和单元数量进行调整，直到有限元规模合适为止；通过对有限元规模进行验证，并根据验证结果不断对有限元规模进行调整，保证有限元规模在能够保证项目模拟的基础上，提高有限元模型的效率；
2、本发明对有限元模型的合理性进行验证；获取节点编号i；通过有限元模型进行模拟开挖；获取开挖前节点i的主应力值并分别标记为kzl1i、kzl2i和kzl3i，获取初始应力评估系数cypxi；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi>k1时，则判定初始应力评估不合格；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi≤k1时，则进行下一步；获取一次性挖到几何对称面时节点i的主应力值并分别标记为jzl1i、jzl2i和jzl3i；获取一次应力评估系数yypxi；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi>k2时，则判定一次应力评估不合格；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi≤k2时，则进行下一步；获取评估系数比值pxb；当评估系数比值pxb满足k3-ω≤pxb≤k3 ω时，则判定有限元模型合理；通过开挖前节点i的主应力值和一次性挖到几何对称面时节点i的主应力值对有限元模型节点的合理性进行验证，并根据验证结果不断对有限元模型进行调整，有助于提高有限元模型的模拟效果，提高项目的实时效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种深基坑专项施工方案设计优化方法，设计优化方法的具体步骤包括：
步骤一：基础数据准备；
步骤二：利用bim软件和基础数据进行建模获取基础bim模型；对基础bim模型进行可视化优化讨论；
步骤三：利用有限元软件建立深基坑专项施工方案中的工程对象模型，为工程对象模型设置力学参数并完成单元划分以生成有限元模型，验证有限元模型的合理性；
步骤四：根据优化方式调整有限元模型，根据优化目标获得综合最优解；
步骤五：在有限元分析的基础上，修改基础数据；根据修改之后的基础数据，优化基础bim模型获取目标bim模型；
步骤六：通过目标bim模型进行可视化展示。
进一步地，有限元模型的合理性的验证步骤包括：
获取节点编号，并将节点编号标记为i，i＝1，2，……，n；
通过有限元模型进行模拟开挖；
获取开挖前节点i的主应力值并分别标记为kzl1i、kzl2i和kzl3i，主应力值包括第一主应力值、第二主应力值和第三主应力值；
通过公式cypxi＝β1×eβ2×(kzl1i kzl2i kzl3i)获取初始应力评估系数cypxi；其中β1和β2为预设比例系数，且β1和β2均为大于0的实数；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi>k1时，则判定初始应力评估不合格；其中k1为预设初始应力评估系数；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi≤k1时，则进行下一步；
获取一次性挖到几何对称面时节点i的主应力值并分别标记为jzl1i、jzl2i和jzl3i；通过公式yypxi＝β3×eβ4×(jzl1i jzl2i jzl3i)获取一次应力评估系数yypxi；其中β3和β4为预设比例系数，且β3和β4均为大于0的实数；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi>k2时，则判定一次应力评估不合格；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi≤k2时，则进行下一步；
通过公式
进一步地，工程对象包括土层模型、地连墙、锚杆、支护桩和临近建筑物。
进一步地，单元划分之后进行边界条件的设置，边界条件包括位移约束数据、载荷数据、热边界条件数据和自由度边界条件数据，热边界条件数据包括温度、热流、对流换热和辐射换热的位置、大小和作用规律；自由度边界条件数据包括主从自由度、连接自由度和运动自由度。
进一步地，单元划分包括单元数据的设置，单元数据包括单元编号、单元节点编号、单元材料特性、单元物理特性和单元界面特性；有限元模型建立之前进行节点数据的设置，节点数据包括节点编号、节点坐标值、坐标参考系代码、位移参考系代码和节点数量。
进一步地，有限元模型建立之后对有限元模型进行规模验证；规模验证的步骤包括：
获取有限元模型的节点数量和单元数量，并将节点数量和单元数量标记为js和ds；
通过公式
当规模评估系数gpx满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元模型的规模合适；当规模评估系数gpx不满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元规模不合适，对有限元规模中的节点数量和单元数量进行调整，直到有限元规模合适为止；其中l1为预设规模评估系数阈值，μ为预设比例系数，且μ为大于0的实数。
进一步地，基础数据包括深基坑cad设计图纸和深基坑设计施工方案；深基坑cad设计图纸中对工程对象的尺寸以及各工程对象之间的距离进行了精确标注。
进一步地，基础bim模型的获取步骤包括：
将基础数据导入bim软件，在bim软件中将视图切换到场地视图；bim软件包括revit、3dsmax和sketchup；
将工程对象载入到项目中，然后根据深基坑cad设计图纸对工程对象进行放置，完成三维布置；
利用bim软件对已经完成的三维布置进行材质贴图。
进一步地，步骤四中根据优化方式调整有限元模型包括：预设至少一种优化方案，逐一根据优化方案对有限元模型进行验证，并根据验证结果获取最优的有限元模型。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况设定。
本发明的工作原理：
获取有限元模型的节点数量和单元数量，并将节点数量和单元数量标记为js和ds；获取规模评估系数gpx；当规模评估系数gpx满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元模型的规模合适；当规模评估系数gpx不满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元规模不合适，对有限元规模中的节点数量和单元数量进行调整，直到有限元规模合适为止；
获取节点编号i；通过有限元模型进行模拟开挖；获取开挖前节点i的主应力值并分别标记为kzl1i、kzl2i和kzl3i，获取初始应力评估系数cypxi；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi>k1时，则判定初始应力评估不合格；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi≤k1时，则进行下一步；获取一次性挖到几何对称面时节点i的主应力值并分别标记为jzl1i、jzl2i和jzl3i；获取一次应力评估系数yypxi；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi>k2时，则判定一次应力评估不合格；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi≤k2时，则进行下一步；获取评估系数比值pxb；当评估系数比值pxb满足k3-ω≤pxb≤k3 ω时，则判定有限元模型合理。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
1.一种深基坑专项施工方案设计优化方法，其特征在于，所述设计优化方法的具体步骤包括：
步骤一：基础数据准备；
步骤二：利用bim软件和基础数据进行建模获取基础bim模型；对基础bim模型进行可视化优化讨论；
步骤三：利用有限元软件建立深基坑专项施工方案中的工程对象模型，为工程对象模型设置力学参数并完成单元划分以生成有限元模型，验证有限元模型的合理性；
步骤四：根据优化方式调整有限元模型，根据优化目标获得综合最优解；
步骤五：在有限元分析的基础上，修改基础数据；根据修改之后的基础数据，优化基础bim模型获取目标bim模型；
步骤六：通过目标bim模型进行可视化展示。
2.根据权利要求1所述的一种深基坑专项施工方案设计优化方法，其特征在于，所述有限元模型的合理性的验证步骤包括：
获取节点编号，并将节点编号标记为i，i＝1，2，……，n；
通过有限元模型进行模拟开挖；
获取开挖前节点i的主应力值并分别标记为kzl1i、kzl2i和kzl3i，所述主应力值包括第一主应力值、第二主应力值和第三主应力值；
通过公式cypxi＝β1×eβ2×(kzl1i kzl2i kzl3i)获取初始应力评估系数cypxi；其中β1和β2为预设比例系数，且β1和β2均为大于0的实数；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi＞k1时，则判定初始应力评估不合格；其中k1为预设初始应力评估系数；当初始应力评估系数cypxi满足cypxi≤k1时，则进行下一步；
获取一次性挖到几何对称面时节点i的主应力值并分别标记为jzl1i、jzl2i和jzl3i；通过公式yypxi＝β3×eβ4×(jzl1i jzl2i jzl3i)获取一次应力评估系数yypxi；其中β3和β4为预设比例系数，且β3和β4均为大于0的实数；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi＞k2时，则判定一次应力评估不合格；当初始应力评估系数yypxi满足yypxi≤k2时，则进行下一步；其中k2为预设初始应力评估系数阈值，e为自然常数；
通过公式
3.根据权利要求1所述的一种深基坑专项施工方案设计优化方法，其特征在于，所述单元划分之后进行边界条件的设置，所述边界条件包括位移约束数据、载荷数据、热边界条件数据和自由度边界条件数据，所述热边界条件数据包括温度、热流、对流换热和辐射换热的位置、大小和作用规律；所述自由度边界条件数据包括主从自由度、连接自由度和运动自由度。
4.根据权利要求1所述的一种深基坑专项施工方案设计优化方法，其特征在于，所述单元划分包括单元数据的设置，所述单元数据包括单元编号、单元节点编号、单元材料特性、单元物理特性和单元界面特性；所述有限元模型建立之前进行节点数据的设置，所述节点数据包括节点编号、节点坐标值、坐标参考系代码、位移参考系代码和节点数量。
5.根据权利要求1所述的一种深基坑专项施工方案设计优化方法，其特征在于，所述有限元模型建立之后对有限元模型进行规模验证；所述规模验证的步骤包括：
获取有限元模型的节点数量和单元数量，并将节点数量和单元数量标记为js和ds；
通过公式
当规模评估系数gpx满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元模型的规模合适；当规模评估系数gpx不满足l1-μ≤gpx≤l1 μ时，则判定有限元规模不合适，对有限元规模中的节点数量和单元数量进行调整，直到有限元规模合适为止；其中l1为预设规模评估系数阈值，μ为预设比例系数，且μ为大于0的实数。
技术总结