(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 202211462069.7 (22)申请日 2022.11.17 (71)申请人 加华地学 （武汉） 数字技 术有限公司 地址 430000 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区高新四路以南、 佛祖岭二路以东 葛洲坝太阳城第20幢6层2号 (72)发明人 朱焕春　谢焕忠　李航　岳云艳　 霍莎莎　郭福钟　包顺　 (74)专利代理 机构 武汉红观 专利代理事务所 (普通合伙) 42247 专利代理师 陈凯 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于三维数字模型的工程智能设计方 法及系统 (57)摘要 本发明公开一种基于三维数字模型的工程 智能设计方法及系统， 属于工程设计领域， 开发 了智能设计软件， 从基本模块导入设计对象 的三 维数字化模 型和力学计算所需要的参数， 在力学 计算模块中根据设计对象类型和工作条件、 采用 相应的力学方法计算获得各工况下设计对象的 计算结果， 根据计算结果中的相关参数指标和行 业标准/安全需求确定潜在安全风险等级、 部位 和类型， 然后在加固模块和监测模块中在根据设 计准则智能选择加固措施和监测仪器、 并给出候 选布置方案， 最终结合具体工程特点及其对应的 工程安全要求、 投资条件等， 推荐其中的最佳设 计方案， 完成智 能设计。 本发明可 以通过计算机 智能推荐出最优工程设计方案， 实现工程安全和 投资之间的最佳平衡 。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115495830 A 2022.12.20 CN 115495830 A 1.一种基于三维数字模型的工程智能设计方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 设计满足工程设计所需的软件架构， 建立设计对象的数据结构， 进行通用性图形几何 算法和应用功能开发， 以导入设计对象三维模型和设计对象工作条件； 基于设计对象三维模型进行力学计算功能开发， 基于导入的设计对象三维模型和设计 对象工作条件实现各类工作条件下设计对象的力学计算， 根据力学计算结果中的相关参数 指标和行业标准/安全需求确定潜在安全风险等级、 部位和类型； 进行材料与加固件数据库、 加固件选择与布置设计准则、 加固设计的操作功能开发， 实 现基于设计对象的力学计算结果中的参数指标选择候选加固措施； 进行监测仪器库、 监测仪器选择与布置设计准则、 监测设计的操作功能开发， 实现基于 设计对象的力学计算结果中的参数指标选择候选监测措施； 根据工程安全和工程投资要求， 从候选加固措施和候选监测措施中筛选最佳加固措施 和最佳监测措施作为工程设计智能推荐方案 。 2.根据权利要求1所述的基于三维数字模型的工程智能设计方法， 其特征在于， 所述数 据结构同时兼容 不规则和规则设计对象的三维数字化模型以及设计对象的属性与参数值； 所述设计对象三维模型包括 不规则地质体和岩土 工程结构对象的三维数字化模型； 不规则地质体包括 地表、 地层和断裂； 岩土工程结构对象包括 规则和不 规则的开挖轮廓和 加固结构； 所述设计对象三维模型中包含力学计算所需要的全部参数， 包括地层、 断裂、 加固结构 的物理力学参数。 3.根据权利要求2所述的基于三维数字模型的工程智能设计方法， 其特征在于， 所述通 用图形几何算法和应用功能包括： 规则与不规则设计对象三 维模型的二 维剖切、 三 维剖切、 二维交切封闭和三维共点交切封闭； 其中， 二维交切封闭是根据二维工程图中的不规则多段线彼此之间的交切关系及其与 指定边界的交切关系寻找出的闭合回路组成的严格封闭的二维区域； 三维共点交切封闭是指三维不规则空间彼此面相交时不仅共交线， 而且在交线上共节 点； 二维剖切、 三维剖切、 二维交切封 闭和三维共点交切封 闭的算法采用离散数学理论和 拓扑学方法。 4.根据权利要求1所述的基于三维数字模型的工程智能设计方法， 其特征在于， 所述基 于设计对象三维模型进行力学计算功能开发的方式包括内置、 外 接和微服务； 其中， 内置是指直接在当前工程设计软件中嵌入相关力学计算方法， 完成力学计算， 获 取计算结果； 外接是指调用第三方 软件进行力学计算， 完成力学计算后返回计算结果； 微服务是指采用C /S后B/S架构的情形， 在服 务器完成力学计算， 返回计算结果； 所述力学计算的方法包括极限平衡法、 关键块体法、 有限元法、 有限差分法或离散元 法， 力学计算结果中的参数指标包括 安全系数、 变形、 应力、 应 变、 张开量或错动量。 5.根据权利要求1所述的基于三维数字模型的工程智能设计方法， 其特征在于， 所述加 固件选择与布置设计准则包括加固件的适用范围、 加固设计的行业标准和专 家经验； 所述监测仪器选择与布置设计准则包括仪器适用范围、 行业 性设计标准和专 家经验。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495830 A 26.根据权利要求5所述的基于三维数字模型的工程智能设计方法， 其特征在于， 所述基 于设计对象的力学计算结果中的参数指标选择候选加固措施具体包括： 针对边坡， 使用极限平衡方法或数值计算方法， 将计算获得的安全系数大小作为加固 方案设计的输入参数； 针对洞室， 在国内水电行业应用时， 选择水工隧洞支护设计规范， 其他行业选择基于BQ 围岩分级的设计规范， 在海外 工程应用时选择Q系统； 针对隧洞工程， 当存在大变形风险时， 使用收敛应变法进行复核； 存在岩爆风险时， 使 用改进的安省法进行复核； 所述候选加固措施包括选择的加固件和 和技术上可行的布置位置 。 7.根据权利要求5所述的基于三维数字模型的工程智能设计方法， 其特征在于， 所述基 于设计对象的力学计算结果中的参数指标选择候选监测措施具体包括： 建立力学计算结果中的参数指标与监测仪器选择的关系， 包括变形计算结果与变形监 测仪器关联的基本关系、 应变与应变计或压力计管理的基本关系、 加固件受力情况和测力 计关联的基本 关系、 张开变形与侧缝计关联的基本 关系和错动变形与位错计关联的基本关 系； 根据力学计算结果中的参数指标 大小进行分级， 选择 出候选监测措施； 所述候选检测措施包括选择的监测仪器和技 术可行的布置位置 。 8.一种基于三维数字模型的工程智能设计系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 基本模块： 用于设计满足工程设计所需的软件架构， 建立设计对象的数据 结构， 进行通 用性图形几何算法和应用功能开发， 以导入设计对象三维模型和设计对象工作条件； 力学计算模块： 用于基于设计对象三维模型进行力学计算， 基于导入的设计对象三维 模型和设计对象工作条件实现各类工作条件下设计对象的力学计算， 根据力学计算结果中 的相关参数指标和行业标准/安全需求确定潜在安全风险等级、 部位和类型； 加固模块： 用于建立材料与加固件数据库、 加固件选择与布置设计准则和加固设计的 操作功能， 实现基于设计对象的力学计算结果中的参数指标选择候选加固措施； 监测模块： 用于建立监测仪器库、 监测仪器选择与布置设计准则和监测设计的操作功 能， 实现基于设计对象的力学计算结果中的参数指标选择候选监测措施； 智能推荐模块： 用于根据工程安全和工程投资要求， 从候选加固措施和候选监测措施 中筛选最佳加固措施和最佳监测措施作为工程设计智能推荐方案 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495830 A 3