1.一种基于隧道扫描机器人和BIM模型的隧道支护优化系统，其特征在于，其包括：信息采集模块，用于隧道开挖面及周围环境的数据采集，所述信息采集模块包括履带机器人（1）、激光雷达扫描系统（2）、机械臂（3）、回弹仪（4）、若干摄像头（5）以及若干照明灯（6），所述激光雷达扫描系统（2）、机械臂（3）、若干摄像头（5）以及若干照明灯（6）均设在履带机器人（1）上，所述回弹仪（4）设在机械臂（3）上；模型操作模块，其与所述信息采集模块建立通信连接，结合BIM软件建立隧道BIM模型，包含地质体模型、隧道结构组件及施工装备组件，并通过IFC格式文件实现数据共享和属性扩展；信息输入模块，其与所述模型操作模块建立通信连接，所述信息输入模块包括监控量测、地质预告及掌子面测量，用于采集并输入围岩的基础地质和测量信息；IFC解析与分析模块，其与所述信息输入模块建立通信连接，用于通过云端计算平台对IFC格式文件进行解析，完成三维点云重建、节理参数识别、几何粗糙度提取及围岩分级指标计算；所述IFC解析与分析模块包括三维点云重建模块、节理参数识别模块、几何粗糙度提取模块以及围岩分级模块；所述三维点云重建模块用于通过结合二维图像和激光雷达点云数据，生成开挖面的高精度三维数字模型；所述节理参数识别模块用于提取节理面的空间位置、几何形状和产状参数，并根据聚类算法对节理面进行分类；所述几何粗糙度提取模块用于基于几何特征提取算法，计算节理面的表面粗糙度指标，即通过计算表面法向量的变化评估节理面的粗糙度指标，表达式为： ；其中， R 为粗糙度指标； A 为节理面的区域； 为节理面表面法向量的梯度； x 和 y 为表面坐标；所述围岩分级模块用于根据采集到的地质测量信息，计算BQ值、Q值、RMR和GSI围岩分级指标，并结合地应力对分级结果进行修正，围岩的分级通过以下公式进行计算： ；其中， BQ 为围岩分级指数； RMR 和 GSI 分别为岩石质量和结构指数；反馈分析模块，其与IFC解析与分析模块建立通信连接，用于接收来自所述IFC解析与分析模块的支护设计方案及围岩分级结果，并将分析结果通过智能终端实时推送至施工人员，记录施工过程中的历史数据；人机协助模块，其与所述反馈分析模块建立通信连接，用于与施工人员进行交互，包括接收施工人员输入的观察信息和调整建议，提供支护设计方案的动态可视化展示，并将调整后的数据反馈至模型操作模块。
2.如权利要求1所述的隧道支护优化系统，其特征在于：还包括无线通信模块，所述无线通信模块与信息采集模块、模型操作模块、信息输入模块、IFC解析与分析模块、反馈分析模块以及人机协助模块建立通信连接，用于实现各个模块之间数据的实时传输与同步，并支持多台机器人设备同时采集数据，将多源数据融合后进行统一分析。
3.如权利要求1所述的隧道支护优化系统，其特征在于：所述模型操作模块包括地质体建模模块、隧道结构建模模块、施工装备模块、模型集成模块以及模型实时更新模块；所述地质体建模模块用于建立包含围岩岩性分布、节理面空间位置与几何参数以及裂隙参数的三维地质模型；所述隧道结构建模模块用于生成包括初期支护结构、二次衬砌及开挖断面设计的标准化三维模型，并支持施工方法、支护厚度及断面几何形状的调整；所述施工装备模块用于建立隧道施工过程中涉及的各类设备和机械的数字模型；所述模型集成模块用于通过IFC格式标准将地质体模型、支护结构模型和施工设计信息进行集成，并支持与其他模块的数据交互；所述模型实时更新模块用于根据采集到的地质信息和施工反馈数据动态更新BIM模型的岩性、节理参数及支护结构设计方案，以适应实际施工需求。
4.如权利要求1所述的隧道支护优化系统，其特征在于：所述信息输入模块包括地质监测模块、力学性能检测模块、环境数据采集模块以及综合数据处理模块；所述地质监测模块包括用于记录围岩的动态变形趋势和地应力场变化的监控量测设备，以支持围岩稳定性分析和施工优化；所述力学性能检测模块集成高精度力学测试装置，用于获取围岩的抗剪强度、弹性模量及回弹刚度力学特性，同时支持应力-应变关系测定，实时评估围岩在不同施工条件下的力学稳定性变化；所述环境数据采集模块用于采集施工环境中的温度、湿度、振动和噪声参数，分析环境因素对围岩稳定性的影响，即；通过热膨胀系数和湿度系数来量化温度和湿度对围岩的影响，评估环境因素对围岩稳定性的影响，表达式为： ；其中，Δ V 为围岩体积变化； α 为热膨胀系数； β 为湿度膨胀系数； V 0 为初始体积；Δ T 和Δ H 分别为温度和湿度的变化量；所述综合数据处理模块用于对采集的多源数据进行校验、融合和归一化处理，同时支持实时数据与历史数据的对比分析，生成符合分级计算和支护设计要求的标准化输入文件。
5.如权利要求1所述的隧道支护优化系统，其特征在于：所述围岩分级模块结合云端计算平台，根据实时采集的地质信息自动匹配最优支护设计方案，并生成适配现场条件的动态支护设计图纸。
6.如权利要求5所述的隧道支护优化系统，其特征在于：所述云端计算平台配备多线程并行处理能力，能够同时执行三维点云重建、节理参数提取及支护设计优化任务，并通过分布式计算框架实现大规模地质数据的快速处理，所述云端计算平台采用动态分配计算资源和数据缓存技术优化计算效率，支持计算结果的实时传输和存储。
7.如权利要求1所述的隧道支护优化系统，其特征在于：所述反馈分析模块包括实时反馈功能模块、数据追踪与优化功能模块以及用户交互功能模块；所述实时反馈功能模块用于根据围岩分级结果和支护设计方案，实时将优化后的设计推送至施工现场的智能终端，优化推送过程通过以下公式表示： ；其中， 为优化后的支护设计； Q 、 RMR 和 GSI 为围岩分级指标；parameters为其他施工相关参数；所述数据追踪与优化功能模块用于记录施工现场数据并与历史数据进行比对，提供支护设计优化支持，表达式为： ；其中，Δ D 为支护设计调整量； 和 分别为当前和历史设计参数； n 为数据点的数量；所述用户交互功能模块用于支持施工人员输入现场反馈，自动调整支护设计方案，并实时更新，调整过程通过以下公式表示： ；其中， 为调整后的支护设计； 为调整系数；feedback为施工人员输入的反馈数据。
8.如权利要求1所述的隧道支护优化系统，其特征在于：所述人机协助模块包括施工反馈输入功能模块、支护设计方案可视化展示功能模块、方案调整与优化支持功能模块以及实时方案更新功能模块；所述施工反馈输入功能模块支持施工人员通过智能终端输入现场观测数据和反馈信息，包括围岩变化、支护效果和施工进度，施工反馈数据经过整合后，作为调整设计方案的输入，数据整合过程可以通过以下公式表示： ；其中， 为整合后的施工反馈数据；feedback i 为第 i 个反馈项； w i 为反馈项的权重； n 为反馈项的数量；所述支护设计方案可视化展示功能模块提供支护设计方案和围岩分级结果的图形化展示，支护设计的可视化展示通过以下算法来实现： ；其中， 为可视化后的设计方案， 为优化后的支护设计，parameters为支护设计方案的关键信息；所述方案调整与优化支持功能模块用于根据施工反馈和现场数据自动推荐支护设计方案的调整，并允许施工人员手动调整设计参数，支护设计的自动优化推荐通过以下公式来实现： ；其中， 为调整后的支护设计， 为当前设计方案， 为调整系数， 为施工反馈输入数据；所述实时方案更新功能模块用于自动将调整后的支护设计方案实时同步至施工终端，确保现场施工人员获取最新设计信息，支护设计方案的实时更新通过以下公式表示： ；其中， 为更新后的支护设计， 为当前设计， 为调整后的设计， 为实时更新的权重。
