Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

A talajkörnyezet geometriai modelljének megalkotása alapvető építőmérnöki feladat. A modell jellemzően mérnöki mérlegelés és szubjektív döntések eredményeként alakul ki, azaz e feladat élőmunkaigénye nagy, a kialakuló geometriai modell pedig nagyban függ a feladat végző személy döntéseitől.

Az építőipari digitalizáció folyamatos fejlődésével, valamint a BIM és a véges elemes módszerek térhódításával egyre komolyabb az igény arra, hogy a talajkörnyezetet geometriai modelljét gyorsan és reprodukálható módon határozzuk meg. Jelen PhD kutatás célkitűzése olyan eljárás kidolgozása, amely ezt a modellalkotási folyamatot egyértelműen definiált algoritmusok segítségével valósítja meg.

Az automatizáláshoz az alábbi problémák megoldása szükséges:

1) Rétegek automatizált szétválasztása. 

A rétegek szétválasztása hagyományosan a fúráskor tapasztalt réteghatárok alapján történt. A modern helyszíni vizsgálatok térhódítása rámutatott, hogy ez sok esetben – különösen nagyobb mélységben fekvő vékony rétegek esetén – jelentős bizonytalanságot vihet a kiinduló geotechnikai adatokba. A hazánkban egyre jelentősebb szerepet játszó statikus nyomószondázás (CPTu) esetén a szondaellenállás összetevőit két centiméterenként meghatározva nagyon pontos, jó felbontású információt nyerhetünk a talajrétegződésről. További előny, hogy ezek a szondázási adatok jól használhatók a rétegek automatizált szétválasztásához is. A jelenleg használatos módszerek alapelve, hogy a nyers adatokból meghatározott 2 centiméteres rétegekből a hasonlóakat összevonják. Mahler PhD dolgozatában egy ettől eltérő koncepciót javasolt, melynek során a mérési adatokból képzett integrálgörbe közelítésével egy rétegből kiindulva egy iterációs folyamattal lépésenként több réteg kerül meghatározásra. Jelen kutatás keretében szükséges annak meghatározása, hogy milyen paraméter (pl. talajazonosítási index) figyelembevételével érhető el a legmegbízhatóbb réteghatár-meghatározás, illetve, hogy az iterációt meddig célszerű végezni. 

2) A meghatározott réteghatárok alapján térbeli geometriai modell generálása

A cél, hogy a szakirodalomban elérhető módszerek illetve tanuló algoritmusok segítségével egy új eljárást dolgozzon ki, amely a szondázások helyén tapasztalt rétegződés alapján térbeli geometriai modellt alkot. Ez a modell kiindulási alapként szolgálhat a talajkörnyezet BIM modelljének vagy véges elemes modellek elkészítéséhez. 

 

A PhD munka fő célkitűzése, hogy az említett két munkarész összekapcsolásával egy integrált, automatizált talajmodell generáló rendszer szülessen.              

 

***

Creating proper model geometry of the soil environment is a basic civil engineering task. The model is typically formed as a result of engineering consideration and subjective decisions, i.e. this task is human resource consuming, and the emerging model depends to a large extent on the decisions of the person performing the task.

With the continuous development of digitalization in the construction industry and the spread of BIM and finite element methods, the need to quickly and reproducibly define the model of the soil environment is becoming more and more important. The objective of this PhD research is to develop a procedure that automates this model creation process with the help of clearly defined algorithms.

Automation requires solving the following problems:

1) Automated separation of layers.

The layers were traditionally separated based on the layer boundaries encountered during drilling. The expansion of modern in situ testing has shown that in many cases, especially in the case of thin layers lying at a greater depth, this can lead to significant uncertainty in the initial geotechnical data. In the case of cone penetration test (CPTu), which plays an increasingly important role in Hungary, by determining the components of cone resistance every two centimeters, we can obtain very accurate, high-resolution information about soil stratification. Another advantage is that this probing data can also be used for automated separation of layers. The basic principle of the currently used methods is to merge similar ones from the 2-centimeter sub-layers determined from the raw data. In his PhD thesis, Mahler proposed a different concept, during which, by approximating the integral curve formed from the measurement data the soil mass is divided to more and more layers using an iteration process. In the context of this research, it is necessary to determine which parameter (e.g. soil identification index) can be taken into account to achieve the most reliable layer boundary determination, and how long it is recommended to carry out the iteration.

2) Generating a spatial geometric model based on the defined layer boundaries

The goal is to develop a new procedure with the help of methods available in the literature and learning algorithms, which creates a spatial geometric model based on the stratification experienced at the location of the CPT tests. This model can serve as a starting point for creating a BIM model of the soil environment or finite element models.

 

The main objective of the PhD work is to create an integrated, automated soil model generation process by merging the mentioned two work parts.