基于BIM的桥梁结构智能监测预警系统研究
李工施工
2022年04月29日 10:04:33
只看楼主

随着BIM技术在工程项目管养阶段的应用越来越多,开发基于BIM的桥梁结构监测系统,通过三维模型与相关信息互动的可视化方式,可以直观展示桥梁结构基本信息、监测信息、预警信息和状态信息,指引管理人员快速查看、定位、处置结构异常,提升管养的信息化水平、效率和服务。  


随着BIM技术在工程项目管养阶段的应用越来越多,开发基于BIM的桥梁结构监测系统,通过三维模型与相关信息互动的可视化方式,可以直观展示桥梁结构基本信息、监测信息、预警信息和状态信息,指引管理人员快速查看、定位、处置结构异常,提升管养的信息化水平、效率和服务。


 


尽管如此,但不得不说,目前BIM技术在设计、施工、运营阶段还没有实现“建管养一张图”概念。有人会认为:可以把设计、施工阶段的BIM模型,直接应用在监测系统上。但这里有两个问题需要思考:一是,目前的监测系统通常采用BS架构,浏览器远程访问,但是设计、施工阶段的精细化模型通常太大,加载过慢会影响可视化的效果,用户体验非常差;二是,目前通过轻量化技术,得到了轻量化模型,可以解决可视化问题,但是轻量化模型和设计、施工阶段的精细化模型,从某种意义上来说是两个独立的模型,存在着数字的壁垒。例如,通过监测发现的结构病害,无法通过轻量化模型反馈到原始的精细化模型中,也就没有形成“建管养一张图”。


因此,要将BIM技术应用到监测系统中,需要解决轻量化模型和“建管养一张图”这两个问题,其中涉及的关键技术有三个方面,即多层次建模、模型转换、模型的可视化。


BIM技术在监测中的基本应用流程,首先是多层次建模,导出具有标准格式的BIM模型文件,然后用BIM模型转换软件进行处理,把其中的三维信息形成轻量化、宜于在WEB显示的模型文件,而其中的属性信息则转化成BIM数据库,最后通过监测系统的用户界面子系统访问模型文件和BIM数据库,并进行可视化展示。


面向服务的多层次建模


目前,BIM的模型精度主要是面向设计、施工过程,由粗到细的模型精度。通常可分为5个级别,从LOD100到LOD500。


 


但是,这个模型精度的定义是面向过程的,它并不完全能够满足管养阶段的需求,尤其是监测系统的需求。为了进一步研究在管养阶段所需的多层次建模,提出了面向服务的BIM模型精度。


简单来说,包括L1——针对监测数据分析的模型精度;L2——针对巡检养护的模型精度;L3——针对管理决策的模型精度。从管养监测的角度,可能会产生很多的服务需求,而每一种需求对所要展现的模型内容,可能都不一样。因此,可以把这个基本的思路、基本的原则进行扩展。


从L1到L3,并不是完全由粗到细的变化,跟面向过程的模型精度不同,其中还包含一些模型、内容上的变化。例如,对于数据分析、巡检养护,可能只关心桥梁结构的本身,BIM模型则只需要包含和展现桥梁的本体。但是,对于管理决策而言,可能还需要关注周边的地形地貌、建筑情况等,模型包含的内容就会变得更丰富。这里就涉及两个工作需要进一步的开展。


 


第一,如何针对不同的服务需求划分模型所包含的内容。例如在巡检养护中,哪些展现的内容应该定义为L2的级别,又有哪些应该定义为管理决策的内容。虽然这样的划分看似简单,但真正的工作量非常大,是需要整个行业共同推动相关的工作,并形成标准规范。


第二,如何在BIM模型文件中区分不同服务需求所对应的模型内容,以达到建管养一体化的目的。例如,一个简单的方法是在构建模型的时候,增加一个模型精度的属性编码,然后通过明确的编码来进行区分。


定制开发模型转换软件


BIM当中的模型转换技术主要解决的是轻量化问题。缩小模型的体量,体量越轻,显示得越快。主要采用的技术方案是通过参数化的几何描述,以及相似性图元合并的方法来实现。


 


当前的技术在一定程度上,可以解决轻量化显示的问题,但却没有解决一张图的问题。试想,如果后期在管养监测中发现了桥梁结构的病害和异常,应该如何通过当前的模型反馈到原模型中?只有当原模型能够应用到其他的服务需求中,这才是一张图的概念,而不是针对每一个不同的服务需求,采用不同的模型。


借助前面提到的多层次建模编码,使用专门定制开发的模型转换软件,可以实现在不同层次的BIM模型中进行转换,并对转换后的模型进行轻量化处理,由此达到“建管养一张图”的目的。然而,当前的转换技术只能实现从精细化模型到轻量化模型的转换,但从轻量化模型到精细化模型的过程却实现不了。因此,尝试将这个不可逆转的过程进行改进,定制开发转换软件,利用模型编码实现在不同层次模型中的相互转换。最终再用轻量化模型进行呈现。


基于WebGL技术的模型可视化


在多层次建模、模型转换的基础上,结合桥梁监测需求,进行用户界面的设计和开发工作。就BIM模型可视化而言,主要的目标是在浏览器上实现快速准确的渲染,呈现出尽量真实的应用场景。


目前三维的Web渲染技术,主要都是基于WebGL技术方案。而WebGL现在已被完全地整合引入到所有主流浏览器的Web标准中,同时WebGL也支持各类移动设备,如Android、ios的接入。也就是说,除了可以在监控中心、在办公室、在电脑上查看模型,还可以对监测的信息、对桥梁的结构进行监管,也可以利用手机、平板电脑等移动设备,通过远程实现对桥梁的监管。


例如,BIM在监测应用中,可以展示基本信息、巡检信息、定检信息、监测信息,以及评估报告。基本信息是桥梁结构或构件的静态属性,包括基础资料、设计图纸、施工图纸、变更资料等;巡检信息针对单个桥梁构件,展示对应巡检的记录,包括巡检人员、巡检时间、巡检结果等,若某构件在最新的巡检记录中存在病害,该构件会持续标红显示;定检信息则主要针对单个桥梁构件展示构件病害、构件技术状况评分等历次定检的结果;结构健康监测模块是用户界面软件默认的功能模块,基于桥梁三维模型以及各监测点可视化,展示桥梁实时监测数据和历史监测数据;评估报告用于展示基于多数据源(巡检数据、定检数据、监测数据等)的桥梁运营状况。


 


基于以上的分析,开发基于BIM的桥梁结构智能监测预警平台,在主界面中可以通过页面两侧的列表选择想要查看的桥梁信息,或道路、隧道的信息等。选择之后,会进入到某座桥梁的具体界面,可视化展示这座桥梁的BIM模型,此时用户看到的是设计阶段真实的BIM模型文件,经过模型转换之后在浏览器上呈现的效果。在智能监测预警平台上,用户还可以查看各种监测数据,如挠度测点的相关信息数据,并展示预警信息及报警类型统计等。



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常山赵云
2022年05月09日 16:49:12
2楼

真是棒啊很好的资源

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