一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法，是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)與BIM技術(shù)的有效結(jié)合。該方法包括如下步驟：步驟1：建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型BIM；步驟2：基于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取橋梁結(jié)構(gòu)的豎向撓度的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；步驟3：運(yùn)用多項式插值算法對全橋各點豎向撓度進(jìn)行計算，并將計算得到的結(jié)果反映在已建成的橋梁BIM模型中；步驟4：對于豎向撓度數(shù)據(jù)使用BIM技術(shù)的碰撞檢查功能，將當(dāng)前橋梁狀態(tài)與設(shè)定閾值進(jìn)行碰撞檢查，不僅實現(xiàn)預(yù)警功能，而且可以直觀顯示預(yù)警部位。本發(fā)明有效提高了橋梁豎向變形性能預(yù)警的實時性和直觀性，必將得到廣泛應(yīng)用和推廣。
【專利說明】
-種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)譬方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，更具體地說是一種基于建筑信息模型BIM (Building Information Modeling)的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大跨度橋梁設(shè)計的輕柔化W及結(jié)構(gòu)形式與功能的日趨復(fù)雜化，大橋的安全運(yùn) 營成為關(guān)系到一個國家的交通、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、軍事乃至人民生命財產(chǎn)安全的重要問題。由于大 型橋梁工程往往具有投資大、設(shè)計周期和使用年限長、工作環(huán)境惡劣，易受周圍大氣、溫度、 濕度及天氣的影響而發(fā)生劣化W及長期承受動荷載等特點，因而對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期的健 康監(jiān)測及狀態(tài)評估就顯得非常必要。大型橋梁的健康監(jiān)測技術(shù)也因此成為橋梁工程學(xué)科研 究和發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。
[0003] 建筑信息模型是W建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑 模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。建筑信息模型作為一種全 新的理念和技術(shù)，正受到國內(nèi)外學(xué)者和業(yè)界的普遍關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于建筑信息模型 的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法，極大的體現(xiàn)了 BIM技術(shù)的信息集成性與可視性在橋梁結(jié)構(gòu) 健康監(jiān)測方向的應(yīng)用。
[0005] 技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法，該方法包括W下步驟：
[0007] A.建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型BIM;
[000引B.基于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取豎向曉度的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；
[0009] C.運(yùn)用多項式插值算法通過已知測點的豎向曉度數(shù)據(jù)對全橋各點的豎向曉度進(jìn) 行計算，并在已建成的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型中查看對應(yīng)的計算結(jié)果；
[0010] D.對于結(jié)構(gòu)豎向曉度結(jié)合建筑信息模型中碰撞檢查功能，將當(dāng)前橋梁狀態(tài)與設(shè)定 的闊值的位置狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢查，達(dá)到預(yù)警功能;警報解除后，記錄損害部位。
[0011] 進(jìn)一步的，所述步驟A中建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型BIM包 括：
[0012] A1.在橋梁結(jié)構(gòu)信息模型BIM中建立實橋的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型；
[0013] A2.按照豎向曉度傳感器在真實橋梁中的位置，在A1中建立的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型 BIM的對應(yīng)位置建立傳感器模型，能查看各個傳感器信息，具有定位功能，同時記錄步驟B中 獲取的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0014] 進(jìn)一步的，所述步驟C運(yùn)用多項式插值算法通過已知測點的豎向曉度數(shù)據(jù)對全橋 各點的豎向曉度進(jìn)行計算，其具體為：
[0015] 首先要求全橋豎向曉度傳感器個數(shù)η大于等于4個，即η ^4, W滿足精度要求;設(shè)i =1，2, · ； ·η，δι為同一時刻按從左向右順序的豎向曉度傳感器記錄的豎向曉度數(shù)據(jù);xi為 按從左向右順序的各傳感器距離左支座的距離，豎向曉度數(shù)據(jù)δι與距離XI滿足下列方程：
[0019] 解方程(2)，可得到多項式系數(shù)曰1
[0020] 再將求解的多項式系數(shù)ai與任一位置與左支座的距離X代入方程（1)中，即可求全 橋各處豎向曉度。
[0021] 進(jìn)一步的，所述步驟C在已建成的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型中可查看對應(yīng)的計算結(jié)果具 體為：
[0022] 將步驟A中建立的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型每一位置的曉度值按W多項式插值計算得到 的豎向曉度數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的變換，即模型中每一位置的曉度與計算值相同，并按頻率更新。
[0023] 進(jìn)一步的，所述步驟D對于結(jié)構(gòu)豎向曉度結(jié)合BIM技術(shù)中碰撞檢查功能，將當(dāng)前橋 梁狀態(tài)與設(shè)定的闊值的位置狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢查，達(dá)到預(yù)警功能其具體為：
[0024] 對于結(jié)構(gòu)豎向曉度數(shù)據(jù)，將全橋按照位移允許值設(shè)置正常工作和超出闊值狀態(tài)， 并按照闊值狀態(tài)時結(jié)構(gòu)屬性建立橋梁結(jié)構(gòu)信息模型，同時，將反應(yīng)橋梁位移的結(jié)構(gòu)信息模 型與設(shè)定闊值狀態(tài)模型進(jìn)行碰撞檢查，若發(fā)生碰撞，發(fā)出警報，并報告碰撞位置，警報解除 后，記錄損害部位。
[0025] 有益效果:對于結(jié)構(gòu)豎向曉度數(shù)據(jù)，將全橋按照位移允許值設(shè)置正常工作和超出 闊值狀態(tài)，并按照闊值狀態(tài)時結(jié)構(gòu)屬性建立橋梁結(jié)構(gòu)信息模型，同時，將反應(yīng)橋梁位移的結(jié) 構(gòu)信息模型與設(shè)定闊值狀態(tài)模型進(jìn)行碰撞檢查，若發(fā)生碰撞，發(fā)出警報，并報告碰撞位置。 警報解除后，記錄損害部位。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：基于BIM技術(shù)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)安全預(yù)警，可W很好的與基于 BIM技術(shù)的橋梁設(shè)計、橋梁施工與橋梁維修相聯(lián)系;橋梁結(jié)構(gòu)信息模型可W使用相同模型， 只需再添加健康監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器模型即可；同時運(yùn)種預(yù)警方法具有良好的可視性，解決 了健康監(jiān)測可視性不足，數(shù)據(jù)枯燥的特點。
【附圖說明】
[0027] 附圖1是一種基于BIM技術(shù)的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法示意圖。
【具體實施方式】
[0028] W南京大勝關(guān)長江大橋為例，說明本發(fā)明的具體實施過程，結(jié)合附圖對本發(fā)明作 更進(jìn)一步的說明。
[0029] 如附圖1，A.建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型(BIM);
[0030] B.基于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取豎向曉度的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；
[0031] C.運(yùn)用多項式插值算法通過已知測點的豎向曉度數(shù)據(jù)對全橋各點的豎向曉度進(jìn) 行計算，并在已建成的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型中可查看對應(yīng)的計算結(jié)果；
[0032] D.對于結(jié)構(gòu)豎向曉度結(jié)合BIM技術(shù)中碰撞檢查功能，將當(dāng)前橋梁狀態(tài)與設(shè)定的闊 值的位置狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢查，達(dá)到預(yù)警功能。警報解除后，記錄損害部位。
[0033] 所述步驟A中建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型(BIM)可W重新建 立，也可W使用基于BIM技術(shù)橋梁設(shè)計或施工時所建立的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型。
[0034] 步驟C運(yùn)用多項式插值算法通過已知測點的豎向曉度數(shù)據(jù)對全橋各點的豎向曉度 進(jìn)行計算運(yùn)一步驟，其具體為：
[0035] 首先要求全橋豎向曉度傳感器個數(shù)η大于等于4個，即η含4, W滿足一定的精度要 求。設(shè)Si(i = l，2，· · ·，η)為同一時刻按從左向右順序的豎向曉度傳感器記錄的豎向曉 度數(shù)據(jù)。設(shè)xi(i = l，2，· · ·，η)為按從左向右順序的各傳感器距離左支座的距離。豎向曉 度數(shù)據(jù)δι與距離XI滿足下列方程：
[0040] 解方程(2)，可得到多項式系數(shù)ai(i = l，2, · · ·，η)。
[0041] 再將求解的多項式系數(shù)ai(i = l，2, · · ·，η)與任一位置與左支座的距離X代入 方程(1)中，即可求全橋各處豎向曉度。
[0042] 將步驟A中建立的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型每一位置的曉度值按W多項式插值計算得到 的豎向曉度數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的變換，即模型中每一位置的曉度與計算值相同，并按一定頻率 更新。
[0043] 進(jìn)一步的，所述步驟D對于結(jié)構(gòu)豎向曉度結(jié)合BIM技術(shù)中碰撞檢查功能，將當(dāng)前橋 梁狀態(tài)與設(shè)定的闊值的位置狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢查，達(dá)到預(yù)警功能運(yùn)一步驟，其具體為：
[0044] 根據(jù)南京大勝關(guān)長江大橋的豎向曉度健康監(jiān)測數(shù)據(jù)，將全橋按照位移允許值設(shè)置 正常工作和超出闊值狀態(tài)，并按照闊值狀態(tài)時結(jié)構(gòu)屬性建立橋梁結(jié)構(gòu)信息模型，同時，將反 應(yīng)橋梁位移的結(jié)構(gòu)信息模型與設(shè)定闊值狀態(tài)模型進(jìn)行碰撞檢查，若發(fā)生碰撞，發(fā)出警報，并 報告碰撞位置。警報解除后，記錄損害部位。
[0045] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可w做出若干改進(jìn)和潤飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法，其特征在于:該方法包括以 下步驟： A. 建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型WM; B. 基于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取豎向撓度的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)； C. 運(yùn)用多項式插值算法通過已知測點的豎向撓度數(shù)據(jù)對全橋各點的豎向撓度進(jìn)行計 算，并在已建成的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型中查看對應(yīng)的計算結(jié)果； D. 對于結(jié)構(gòu)豎向撓度結(jié)合建筑信息模型中碰撞檢查功能，將當(dāng)前橋梁狀態(tài)與設(shè)定的閾 值的位置狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢查，達(dá)到預(yù)警功能;警報解除后，記錄損害部位。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法，其特征 在于:所述步驟A中建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型B頂包括： A1.在橋梁結(jié)構(gòu)信息模型WM中建立實橋的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型； A2.按照豎向撓度傳感器在真實橋梁中的位置，在A1中建立的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型的 對應(yīng)位置建立傳感器模型，能查看各個傳感器信息，具有定位功能，同時記錄步驟B中獲取 的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法，其特征 在于:所述步驟C運(yùn)用多項式插值算法通過已知測點的豎向撓度數(shù)據(jù)對全橋各點的豎向撓 度進(jìn)行計算，其具體為： 首先要求全橋豎向撓度傳感器個數(shù)η大于等于4個，即η 2 4，以滿足精度要求;設(shè)i = 1， 2, ·；《nJi為同一時刻按從左向右順序的豎向撓度傳感器記錄的豎向撓度數(shù)據(jù);Xi為按從 左向右順序的各傳感器距離左支座的距離，豎向撓度數(shù)據(jù)Si與距離h滿足下列方程：解方程(2)，可得到多項式系數(shù)m 再將求解的多項式系數(shù)&1與任一位置與左支座的距離X代入方程（1)中，即可求全橋各 處豎向撓度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法，其特征 在于:所述步驟C在已建成的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型中可查看對應(yīng)的計算結(jié)果具體為： 將步驟A中建立的橋梁結(jié)構(gòu)信息模型每一位置的撓度值按以多項式插值計算得到的豎 向撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的變換，即模型中每一位置的撓度與計算值相同，并按頻率更新。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預(yù)警方法，其特征 在于:所述步驟D對于結(jié)構(gòu)豎向燒度結(jié)合BIM技術(shù)中碰撞檢查功能，將當(dāng)前橋梁狀態(tài)與設(shè)定 的閾值的位置狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢查，達(dá)到預(yù)警功能其具體為： 對于結(jié)構(gòu)豎向撓度數(shù)據(jù)，將全橋按照位移允許值設(shè)置正常工作和超出閾值狀態(tài)，并按 照閾值狀態(tài)時結(jié)構(gòu)屬性建立橋梁結(jié)構(gòu)信息模型，同時，將反應(yīng)橋梁位移的結(jié)構(gòu)信息模型與 設(shè)定閾值狀態(tài)模型進(jìn)行碰撞檢查，若發(fā)生碰撞，發(fā)出警報，并報告碰撞位置，警報解除后，記 錄損害部位。
【文檔編號】G01B21/32GK105825009SQ201610148057
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】丁幼亮, 尹方舟, 趙瀚瑋, 萬春風(fēng), 孫震
【申請人】東南大學(xué)