(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 202210486417.8 (22)申请日 2022.05.06 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 周建春　黄浩志　宋晓凯　徐志红　 陈宁　黄航　左仝　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 江裕强 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种隧道长管棚数字孪生体和精细建模系 统及方法 (57)摘要 本发明公开的一种隧道长管棚数字孪生体 和精细建模系统及方法， 所述系统包括长管棚物 理实体数据感知传输模块、 数字孪生模型创建模 块、 数字孪生体模块、 数字孪生数据管理模块四 个模块。 通过各模块之间无缝衔接， 通过四个功 能模块的组合， 使得隧道长管棚数字孪生体与物 理实体同步运行、 虚实交互、 模拟仿真和迭代优 化， 实现隧道长管棚施工基准状态精细建模、 全 程感知工后演化、 精准预测施工质量和加固效 果。 所述方法以充分收集与研究工程数据资料为 基础， 与隧道长管棚工程全生命周期同步构建数 字孪生体， 实现隧道长管棚实际注 浆效果的三维 可视化， 全程感知长管棚物理实体数据并全程对 长管棚施工流程进行行为预测， 高效地指导隧道 长管棚施工 。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115062368 A 2022.09.16 CN 115062368 A 1.一种隧道长管棚数字 孪生体和精细建模方法， 其特 征是： 包括以下步骤： S01、 综合收集隧道勘探数据， 建立 三维可视化的地质信息模型； S02、 基于设计图纸创建三维可视化的隧道长管棚结构信息模型； S03、 结合地质信息模型和隧道长管棚结构信息模型， 建立对应的分析计算模型； S04、 结合长管棚施工 工法和工序， 利用有限元 软件模拟长管棚注浆的全工序流 程； S05、 持续采集现场探测数据， 通过对比实时的探测数据， 利用基于人工智能深度学习 算法修正隧道长管棚的分析计算模型， 使注浆效果与实际相符， 并将长管棚注浆模拟过程 中的数据导入数字 孪生数据管理模块中存 储； S06、 从数字孪生数据管理模块导出隧道注浆模型， 实现隧道长管棚注浆模型的数字化 交付。 2.根据权利要求1所述的一种隧道长管棚数字孪生体和精细 建模方法， 其特征是： 所述 地质信息模型包括隧道长管棚施工地段的围岩信息和地质水文地形地貌信息 。 3.根据权利要求1所述的一种隧道长管棚数字孪生体和精细 建模方法， 其特征是： 所述 隧道长管棚结构信息模型包括长管棚、 初期支护、 二次衬砌、 注浆体。 4.根据权利要求1所述的一种隧道长管棚数字孪生体和精细 建模方法， 其特征是： 所述 分析计算模型包括长管棚构件的几何信息、 物理信息、 材料的力学特性和本构关系、 梅花型 钻孔几何信息、 围岩与地质体几何特性和本构关系， 以及 包括长管棚 注浆的加载时间、 加载 压力、 浆液物理和化学 特性的施工因素。 5.根据权利要求1所述的一种隧道长管棚数字孪生体和精细 建模方法， 其特征是： 所述 数字孪生数据管理模块采用关系数据库模型搭建， 用于接收和存储隧道长管棚开挖过程中 的监测数据、 初始长管棚设计数据、 数字孪生体模块的计算分析与模拟数据， 并为隧道长管 棚注浆过程中的模型导出提供相应接口。 6.根据权利要求1～5任一项所述的一种隧道长管棚 数字孪生体和精细 建模方法， 其特 征是： 通过GBMDT将地质信息模型和隧道长管棚结构信息模型转 化生成分析计算模型。 7.实现权利要求6所述的一种隧道长管棚数字孪生体和精细建模方法的系统， 其特征 是： 包括长管棚物理实体数据感知传输模块、 数字孪生模型创建模块、 数字孪生体模块、 数 字孪生数据管理模块； 所述长管棚物理实体数据感知传输模块用于隧道长管棚施工地段的围岩信息和地质 水文地形地貌信息， 实时监控隧道长管棚施工过程中围岩的力学状态和注浆状态、 隧道长 管棚实际位置、 浆液密实度和扩散范围数据， 并将监控量测数据传输至数字孪生数据管理 模块； 所述数字孪生模型创建模块用于创建地质信 息模型和隧道长管棚 结构信息模型， 并将 地质信息模型和隧道长管棚结构信息模型传输 到数字孪生体模块； 所述数字孪生体模块用于对长管棚注浆过程进行分阶段模拟并结合长管棚物理实体 数据感知传输模块所采集得到的实时数据进 行分析模型修正， 并利用基于人工智能深度学 习算法对长管棚施工过程进行行为预测， 从而得到行为预测模型， 并将行为预测模型和相 关的分析 数据传递至数字 孪生数据管理模块； 所述数字孪生数据管理模块用于存储和管理系统数据， 以及导出系统数据和导出隧道 长管棚注浆模型。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115062368 A 28.根据权利要求6所述的一种隧道长管棚数字孪生体和精细 建模系统， 其特征是： 所述 长管棚物理实体数据感知传输模块还用于实时采集物理实体的监测数据、 施工质量数据、 注浆压力和范围参数， 将采集到的数据上传至数字孪生数据管理模块， 用于实现数据的实 时采集， 并利用采集的实时数据对分析计算模型进行修正和行为预测， 从而得到与实际相 符的分析 结果。 9.根据权利要求6所述的一种隧道长管棚数字孪生体和精细 建模系统， 其特征是： 所述 隧道长管棚结构信息模型是基于设计图纸资料的隧道长管棚结构信息库， 利用可视化编程 建模的方式进行建模。 10.根据权利要求6所述的一种隧道长管棚数字孪生体和精细建模系统， 其特征是： 所 述数字孪生体模块的模型修正主要对长管棚物理实体数据感知传输模块所采集的实时施 工大数据， 利用基于人工智能深度学习算法与分阶段长管棚有限元模拟数据进行数据对 比， 从而修正原有的地质信息模型 的围岩分级和围岩力学性质， 反馈到分析计算模型中再 次进行分析 预测， 进行多次循环 识别和修 正， 从而获得 行为预测模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115062368 A 3