(19)中华 人民共和国 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 202111661799.5 (22)申请日 2021.12.3 0 (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　蒋军来　李潇聪　梁耀聪　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 代理人 周春丽 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/08(2012.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种隧道数字 孪生系统 (57)摘要 本发明公开了一种隧道数字孪生系统， 包括 物理实体模块、 孪生模型模块、 感知控制模块、 数 据管理模块、 服务应用模块共五个组成模块； 所 述物理实体模块即真实的隧道与其周围岩体， 所 述孪生模型模块从多维度、 多空间尺度、 多时间 尺度对物理实体进行刻 画和描述， 所述感知控制 模块用于采集和传输运行监控数据、 自动调控部 分设备的运行状态， 所述数据管 理模块为隧道数 字孪生系统提供准确、 全面、 及时的数据管理支 持， 所述服务应用模块面向隧道 运营管理开发多 种功能； 本发 明为隧道为隧道智能建造与运营维 护提供了方案指导。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114357579 A 2022.04.15 CN 114357579 A 1.一种隧道数字孪生系统， 用于隧道的智能化建造运营， 其特征是： 包括物理实体模 块、 孪生模型模块、 感知控制模块、 数据管理模块、 服 务应用模块； 所述物理实体模块用于表现隧道结构、 隧道内设施与隧道周围的岩体及地理环境， 包 括围岩、 支护、 衬砌、 铺装、 管线与机电设备； 所述孪生模型模块用于从多时间尺度、 多空间尺度对物理实体模块的几何、 物理、 行 为、 规则方面的特 征进行刻画； 所述感知控制模块用于实时监控 隧道物理实体的运行状态并将监控数据采集传输至 数据管理模块， 还用于传输用户通过服务应用模块发出的指令并调控智能机电设备的运行 状态； 所述数据管理模块用于存 储和管理数据， 以及提供 数据接口； 所述服务应用模块为面向用户的功能模块， 用于实现对隧道运行状态的实时监控、 管 理项目档案、 呈现除物理实体模块之外其 他模块的数据或结果、 指导维修和应急抢险。 2.根据权利要求1所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 所述孪生模型模块融合隧 道的三维信息模型、 分析计算模型、 行为演化模型； 所述三维信 息模型是针对隧道结构、 地质条件以及周围地理环境所建立的三维信 息模 型； 所述分析计算模型是基于 隧道所处地层的围岩压力、 支护结构的物理力学属性、 边界 条件的力学模型， 用于计算验算结构的应力和应 变指标。 3.根据权利要求2所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 所述行为演化模型以分析 计算模型为基础， 使用深度学习算法挖掘物理实体运行数据和分析计算模 型结果数据中的 规律， 结合三维信息模型的可视化特点， 实现对隧道 物理实体运行健康状况的复现和预测。 4.根据权利要求1所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 所述感知控制模块用于运 行状况数据的采集传输、 指令的传输以及对智能机电设备 的调控， 智能机电设备包括监控 应力应变数据的传感器、 监控隧道断面变形 的自动化监控量测装置、 监控空气质量与成分 的大气环境监测装置、 衬砌裂缝与渗漏水检测装置、 监测路面结构病害的检测车、 可自动智 能调控的通风机械与照明装置、 视频监控与管线阀门、 有线网络或无线网络或有线与无线 网络结合的网络传输设备。 5.根据权利要求1所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 所述感知控制模块对衬砌 裂缝与渗漏水的监测采用红外热成像法或激光扫描法监测， 将监测装置采用轨道式架设在 隧道衬砌顶部， 或者将监测装置搭载在检测车上， 定期对隧道全线进 行安全巡检； 监测数据 通过感知控制模块中的网络传输设备实时上传至数据管理模块。 6.根据权利要求1所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 所述感知控制模块对路面 结构病害的监测， 采用检测车定期全线巡检的方式， 或者在路面结构铺筑过程中预埋监测 设备； 监测数据通过感知控制模块中的网络传输设备实时上传至数据管理模块。 7.根据权利要求1所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 所述数据 管理模块采用关 系数据库模型搭建， 用于接 收和存储隧道的运行监控数据、 孪生模型模块的计算分析与模 拟数据， 并为孪生模型模块调用和处理这些数据提供数据接口、 为服务应用模块调用数据 和向感知控制模块发送指令提供接口。 8.根据权利要求1所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 所述服务应用模块采用B/权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114357579 A 2S架构。 9.根据权利要求1所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 所述服务应用模块通过数 据管理模块调用孪生模型模块的三维信息模型及其计算分析结果、 感知 控制模块的运行监 控数据， 并将运行监控数据在可视化界面中呈现， 同时针对不同监控指标设置报警阈值。 10.根据权利要求1～9任一项所述的一种隧道数字孪生系统， 其特征是： 用户通过服务 应用模块监控隧道物理实体的真实运行状态， 当需要调整时， 在服务应用模块触发相 应的 指令， 指令通过感知控制模块的网络传输设备传输并调控机电设备 的运行状态； 用户通过 服务应用模块的警示信息及时或预先发现隧道运行中的问题， 决策并采取处治方案， 将决 策结果和处治结果存 入数据管理模块。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114357579 A 3