一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預警方法
【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警方法，是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)與BIM技術的有效結合。該方法包括如下步驟：步驟1：建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)數據的橋梁結構信息模型BIM；步驟2：基于橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取橋梁結構的豎向撓度的實時監(jiān)測數據；步驟3：運用多項式插值算法對全橋各點豎向撓度進行計算，并將計算得到的結果反映在已建成的橋梁BIM模型中；步驟4：對于豎向撓度數據使用BIM技術的碰撞檢查功能，將當前橋梁狀態(tài)與設定閾值進行碰撞檢查，不僅實現(xiàn)預警功能，而且可以直觀顯示預警部位。本發(fā)明有效提高了橋梁豎向變形性能預警的實時性和直觀性，必將得到廣泛應用和推廣。
【專利說明】
-種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預譬方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及橋梁結構健康監(jiān)測領域，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警方法。
【背景技術】
[0002] 隨著大跨度橋梁設計的輕柔化W及結構形式與功能的日趨復雜化，大橋的安全運 營成為關系到一個國家的交通、經濟發(fā)展、軍事乃至人民生命財產安全的重要問題。由于大 型橋梁工程往往具有投資大、設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，因而對橋梁結構進行長期的健 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)測技術也因此成為橋梁工程學科研 究和發(fā)展的一個重要領域。
[0003] 建筑信息模型是W建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑 模型的建立，通過數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，正受到國內外學者和業(yè)界的普遍關注。

【發(fā)明內容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，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警方法，極大的體現(xiàn)了 BIM技術的信息集成性與可視性在橋梁結構 健康監(jiān)測方向的應用。
[0005] 技術方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：
[0006] -種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預警方法，該方法包括W下步驟：
[0007] A.建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結構信息模型BIM;
[000引B.基于橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取豎向曉度的實時監(jiān)測數據；
[0009] C.運用多項式插值算法通過已知測點的豎向曉度數據對全橋各點的豎向曉度進 行計算，并在已建成的橋梁結構信息模型中查看對應的計算結果；
[0010] D.對于結構豎向曉度結合建筑信息模型中碰撞檢查功能，將當前橋梁狀態(tài)與設定 的闊值的位置狀態(tài)進行碰撞檢查，達到預警功能;警報解除后，記錄損害部位。
[0011] 進一步的，所述步驟A中建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結構信息模型BIM包 括：
[0012] A1.在橋梁結構信息模型BIM中建立實橋的橋梁結構信息模型；
[0013] A2.按照豎向曉度傳感器在真實橋梁中的位置，在A1中建立的橋梁結構信息模型 BIM的對應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)測數據。
[0014] 進一步的，所述步驟C運用多項式插值算法通過已知測點的豎向曉度數據對全橋 各點的豎向曉度進行計算，其具體為：
[0015] 首先要求全橋豎向曉度傳感器個數η大于等于4個，即η ^4, W滿足精度要求;設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據;xi為 按從左向右順序的各傳感器距離左支座的距離，豎向曉度數據δι與距離XI滿足下列方程：
[0019] 解方程(2)，可得到多項式系數曰1
[0020] 再將求解的多項式系數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] 進一步的，所述步驟C在已建成的橋梁結構信息模型中可查看對應的計算結果具 體為：
[0022] 將步驟A中建立的橋梁結構信息模型每一位置的曉度值按W多項式插值計算得到 的豎向曉度數據進行實時的變換，即模型中每一位置的曉度與計算值相同，并按頻率更新。
[0023] 進一步的，所述步驟D對于結構豎向曉度結合BIM技術中碰撞檢查功能，將當前橋 梁狀態(tài)與設定的闊值的位置狀態(tài)進行碰撞檢查，達到預警功能其具體為：
[0024] 對于結構豎向曉度數據，將全橋按照位移允許值設置正常工作和超出闊值狀態(tài)， 并按照闊值狀態(tài)時結構屬性建立橋梁結構信息模型，同時，將反應橋梁位移的結構信息模 型與設定闊值狀態(tài)模型進行碰撞檢查，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:對于結構豎向曉度數據，將全橋按照位移允許值設置正常工作和超出 闊值狀態(tài)，并按照闊值狀態(tài)時結構屬性建立橋梁結構信息模型，同時，將反應橋梁位移的結 構信息模型與設定闊值狀態(tài)模型進行碰撞檢查，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技術進行橋梁結構安全預警，可W很好的與基于 BIM技術的橋梁設計、橋梁施工與橋梁維修相聯(lián)系;橋梁結構信息模型可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；同時運種預警方法具有良好的可視性，解決 了健康監(jiān)測可視性不足，數據枯燥的特點。
【附圖說明】
[0027] 附圖1是一種基于BIM技術的橋梁豎向變形性能預警方法示意圖。
【具體實施方式】
[0028] W南京大勝關長江大橋為例，說明本發(fā)明的具體實施過程，結合附圖對本發(fā)明作 更進一步的說明。
[0029] 如附圖1，A.建立帶有健康監(jiān)測系統(tǒng)信息的橋梁結構信息模型(BIM);
[0030] B.基于橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取豎向曉度的實時監(jiān)測數據；
[0031] C.運用多項式插值算法通過已知測點的豎向曉度數據對全橋各點的豎向曉度進 行計算，并在已建成的橋梁結構信息模型中可查看對應的計算結果；
[0032] D.對于結構豎向曉度結合BIM技術中碰撞檢查功能，將當前橋梁狀態(tài)與設定的闊 值的位置狀態(tài)進行碰撞檢查，達到預警功能。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)信息的橋梁結構信息模型(BIM)可W重新建 立，也可W使用基于BIM技術橋梁設計或施工時所建立的橋梁結構信息模型。
[0034] 步驟C運用多項式插值算法通過已知測點的豎向曉度數據對全橋各點的豎向曉度 進行計算運一步驟，其具體為：
[0035] 首先要求全橋豎向曉度傳感器個數η大于等于4個，即η含4, W滿足一定的精度要 求。設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 度數據。設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 度數據δι與距離XI滿足下列方程：
[0040] 解方程(2)，可得到多項式系數ai(i = l，2, · · ·，η)。
[0041] 再將求解的多項式系數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中建立的橋梁結構信息模型每一位置的曉度值按W多項式插值計算得到 的豎向曉度數據進行實時的變換，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] 進一步的，所述步驟D對于結構豎向曉度結合BIM技術中碰撞檢查功能，將當前橋 梁狀態(tài)與設定的闊值的位置狀態(tài)進行碰撞檢查，達到預警功能運一步驟，其具體為：
[0044] 根據南京大勝關長江大橋的豎向曉度健康監(jiān)測數據，將全橋按照位移允許值設置 正常工作和超出闊值狀態(tài)，并按照闊值狀態(tài)時結構屬性建立橋梁結構信息模型，同時，將反 應橋梁位移的結構信息模型與設定闊值狀態(tài)模型進行碰撞檢查，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，應當指出：對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可w做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預警方法，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)信息的橋梁結構信息模型WM; B. 基于橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取豎向撓度的實時監(jiān)測數據； C. 運用多項式插值算法通過已知測點的豎向撓度數據對全橋各點的豎向撓度進行計 算，并在已建成的橋梁結構信息模型中查看對應的計算結果； D. 對于結構豎向撓度結合建筑信息模型中碰撞檢查功能，將當前橋梁狀態(tài)與設定的閾 值的位置狀態(tài)進行碰撞檢查，達到預警功能;警報解除后，記錄損害部位。2. 根據權利要求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)信息的橋梁結構信息模型B頂包括： A1.在橋梁結構信息模型WM中建立實橋的橋梁結構信息模型； A2.按照豎向撓度傳感器在真實橋梁中的位置，在A1中建立的橋梁結構信息模型的 對應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)測數據。3. 根據權利要求1所述一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預警方法，其特征 在于:所述步驟C運用多項式插值算法通過已知測點的豎向撓度數據對全橋各點的豎向撓 度進行計算，其具體為： 首先要求全橋豎向撓度傳感器個數η大于等于4個，即η 2 4，以滿足精度要求;設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據;Xi為按從 左向右順序的各傳感器距離左支座的距離，豎向撓度數據Si與距離h滿足下列方程：解方程(2)，可得到多項式系數m 再將求解的多項式系數&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. 根據權利要求1所述一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預警方法，其特征 在于:所述步驟C在已建成的橋梁結構信息模型中可查看對應的計算結果具體為： 將步驟A中建立的橋梁結構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 向撓度數據進行實時的變換，即模型中每一位置的撓度與計算值相同，并按頻率更新。5. 根據權利要求1所述一種基于建筑信息模型的橋梁豎向變形性能預警方法，其特征 在于:所述步驟D對于結構豎向燒度結合BIM技術中碰撞檢查功能，將當前橋梁狀態(tài)與設定 的閾值的位置狀態(tài)進行碰撞檢查，達到預警功能其具體為： 對于結構豎向撓度數據，將全橋按照位移允許值設置正常工作和超出閾值狀態(tài)，并按 照閾值狀態(tài)時結構屬性建立橋梁結構信息模型，同時，將反應橋梁位移的結構信息模型與 設定閾值狀態(tài)模型進行碰撞檢查，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, 孫震
【申請人】東南大學