CN105825009B - 一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法，是桥梁健康监测***与BIM技术的有效结合。该方法包括如下步骤：步骤1：建立带有健康监测***数据的桥梁结构信息模型BIM；步骤2：基于桥梁结构健康监测***获取桥梁结构的竖向挠度的实时监测数据；步骤3：运用多项式插值算法对全桥各点竖向挠度进行计算，并将计算得到的结果反映在已建成的桥梁BIM模型中；步骤4：对于竖向挠度数据使用BIM技术的碰撞检查功能，将当前桥梁状态与设定阈值进行碰撞检查，不仅实现预警功能，而且可以直观显示预警部位。本发明有效提高了桥梁竖向变形性能预警的实时性和直观性，必将得到广泛应用和推广。

Description

一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法
技术领域
本发明涉及桥梁结构健康监测领域，更具体地说是一种基于建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)的桥梁竖向变形性能预警方法。
背景技术
随着大跨度桥梁设计的轻柔化以及结构形式与功能的日趋复杂化,大桥的安全运营成为关系到一个国家的交通、经济发展、军事乃至人民生命财产安全的重要问题。由于大型桥梁工程往往具有投资大、设计周期和使用年限长、工作环境恶劣,易受周围大气、温度、湿度及天气的影响而发生劣化以及长期承受动荷载等特点,因而对桥梁结构进行长期的健康监测及状态评估就显得非常必要。大型桥梁的健康监测技术也因此成为桥梁工程学科研究和发展的一个重要领域。
建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。建筑信息模型作为一种全新的理念和技术，正受到国内外学者和业界的普遍关注。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法，极大的体现了BIM技术的信息集成性与可视性在桥梁结构健康监测方向的应用。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法，该方法包括以下步骤：
A.建立带有健康监测***信息的桥梁结构信息模型BIM；
B.基于桥梁结构健康监测***获取竖向挠度的实时监测数据；
C.运用多项式插值算法通过已知测点的竖向挠度数据对全桥各点的竖向挠度进行计算，并在已建成的桥梁结构信息模型中查看对应的计算结果；
D.对于结构竖向挠度结合建筑信息模型中碰撞检查功能，将当前桥梁状态与设定的阈值的位置状态进行碰撞检查，达到预警功能；警报解除后，记录损害部位。
进一步的，所述步骤A中建立带有健康监测***信息的桥梁结构信息模型BIM包括：
A1.在桥梁结构信息模型BIM中建立实桥的桥梁结构信息模型；
A2.按照竖向挠度传感器在真实桥梁中的位置，在A1中建立的桥梁结构信息模型BIM的对应位置建立传感器模型，能查看各个传感器信息，具有定位功能，同时记录步骤B中获取的实时监测数据。
进一步的，所述步骤C运用多项式插值算法通过已知测点的竖向挠度数据对全桥各点的竖向挠度进行计算，其具体为：
首先要求全桥竖向挠度传感器个数n大于等于4个，即n≥4，以满足精度要求；设i＝1,2,·；·n，δi为同一时刻按从左向右顺序的竖向挠度传感器记录的竖向挠度数据；xi为按从左向右顺序的各传感器距离左支座的距离，竖向挠度数据δi与距离xi满足下列方程：
其中，ai为多项式系数，即：
解方程(2)，可得到多项式系数ai
再将求解的多项式系数ai与任一位置与左支座的距离x代入方程(1)中，即可求全桥各处竖向挠度。
进一步的，所述步骤C在已建成的桥梁结构信息模型中可查看对应的计算结果具体为：
将步骤A中建立的桥梁结构信息模型每一位置的挠度值按以多项式插值计算得到的竖向挠度数据进行实时的变换，即模型中每一位置的挠度与计算值相同，并按频率更新。
进一步的，所述步骤D对于结构竖向挠度结合BIM技术中碰撞检查功能，将当前桥梁状态与设定的阈值的位置状态进行碰撞检查，达到预警功能其具体为：
对于结构竖向挠度数据，将全桥按照位移允许值设置正常工作和超出阈值状态，并按照阈值状态时结构属性建立桥梁结构信息模型，同时，将反应桥梁位移的结构信息模型与设定阈值状态模型进行碰撞检查，若发生碰撞，发出警报，并报告碰撞位置，警报解除后，记录损害部位。
有益效果：对于结构竖向挠度数据，将全桥按照位移允许值设置正常工作和超出阈值状态，并按照阈值状态时结构属性建立桥梁结构信息模型，同时，将反应桥梁位移的结构信息模型与设定阈值状态模型进行碰撞检查，若发生碰撞，发出警报，并报告碰撞位置。警报解除后，记录损害部位。
本发明的有益效果是:基于BIM技术进行桥梁结构安全预警，可以很好的与基于BIM技术的桥梁设计、桥梁施工与桥梁维修相联系；桥梁结构信息模型可以使用相同模型，只需再添加健康监测***的传感器模型即可；同时这种预警方法具有良好的可视性，解决了健康监测可视性不足，数据枯燥的特点。
附图说明
附图1是一种基于BIM技术的桥梁竖向变形性能预警方法示意图。
具体实施方式
以南京大胜关长江大桥为例，说明本发明的具体实施过程，结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1，A.建立带有健康监测***信息的桥梁结构信息模型(BIM)；
B.基于桥梁结构健康监测***获取竖向挠度的实时监测数据；
C.运用多项式插值算法通过已知测点的竖向挠度数据对全桥各点的竖向挠度进行计算，并在已建成的桥梁结构信息模型中可查看对应的计算结果；
D.对于结构竖向挠度结合BIM技术中碰撞检查功能，将当前桥梁状态与设定的阈值的位置状态进行碰撞检查，达到预警功能。警报解除后，记录损害部位。
所述步骤A中建立带有健康监测***信息的桥梁结构信息模型(BIM)可以重新建立，也可以使用基于BIM技术桥梁设计或施工时所建立的桥梁结构信息模型。
步骤C运用多项式插值算法通过已知测点的竖向挠度数据对全桥各点的竖向挠度进行计算这一步骤，其具体为：
首先要求全桥竖向挠度传感器个数n大于等于4个，即n≥4，以满足一定的精度要求。设δi(i＝1,2,···,n)为同一时刻按从左向右顺序的竖向挠度传感器记录的竖向挠度数据。设xi(i＝1,2,···,n)为按从左向右顺序的各传感器距离左支座的距离。竖向挠度数据δi与距离xi满足下列方程：
其中，ai为多项式系数。
即：
解方程(2)，可得到多项式系数ai(i＝1,2,···,n)。
再将求解的多项式系数ai(i＝1,2,···,n)与任一位置与左支座的距离x代入方程(1)中，即可求全桥各处竖向挠度。
将步骤A中建立的桥梁结构信息模型每一位置的挠度值按以多项式插值计算得到的竖向挠度数据进行实时的变换，即模型中每一位置的挠度与计算值相同，并按一定频率更新。
进一步的，所述步骤D对于结构竖向挠度结合BIM技术中碰撞检查功能，将当前桥梁状态与设定的阈值的位置状态进行碰撞检查，达到预警功能这一步骤，其具体为：
根据南京大胜关长江大桥的竖向挠度健康监测数据，将全桥按照位移允许值设置正常工作和超出阈值状态，并按照阈值状态时结构属性建立桥梁结构信息模型，同时，将反应桥梁位移的结构信息模型与设定阈值状态模型进行碰撞检查，若发生碰撞，发出警报，并报告碰撞位置。警报解除后，记录损害部位。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
A.建立带有健康监测***信息的桥梁结构信息模型BIM；
B.基于桥梁结构健康监测***获取竖向挠度的实时监测数据；
C.运用多项式插值算法通过已知测点的竖向挠度数据对全桥各点的竖向挠度进行计算，并在已建成的桥梁结构信息模型中查看对应的计算结果；
所述步骤C运用多项式插值算法通过已知测点的竖向挠度数据对全桥各点的竖向挠度进行计算，其具体为：
首先要求全桥竖向挠度传感器个数n大于等于4个，即n≥4，以满足精度要求；设i＝1,2,···,n，δi为同一时刻按从左向右顺序的竖向挠度传感器记录的竖向挠度数据；xi为按从左向右顺序的各传感器距离左支座的距离，竖向挠度数据δi与距离xi满足下列方程：
其中，ai为多项式系数，即：
解方程(2)，可得到多项式系数ai
再将求解的多项式系数ai与任一位置与左支座的距离x代入方程(1)中，即可求全桥各处竖向挠度；
D.对于结构竖向挠度结合建筑信息模型中碰撞检查功能，将当前桥梁状态与设定的阈值的位置状态进行碰撞检查，达到预警功能；警报解除后，记录损害部位。
2.根据权利要求1所述一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法，其特征在于：所述步骤A中建立带有健康监测***信息的桥梁结构信息模型BIM包括：
A1.在桥梁结构信息模型BIM中建立实桥的桥梁结构信息模型；
A2.按照竖向挠度传感器在真实桥梁中的位置，在A1中建立的桥梁结构信息模型BIM的对应位置建立传感器模型，能查看各个传感器信息，具有定位功能，同时记录步骤B中获取的实时监测数据。
3.根据权利要求1所述一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法，其特征在于：所述步骤C在已建成的桥梁结构信息模型中可查看对应的计算结果具体为：
将步骤A中建立的桥梁结构信息模型每一位置的挠度值按以多项式插值计算得到的竖向挠度数据进行实时的变换，即模型中每一位置的挠度与计算值相同，并按频率更新。
4.根据权利要求1所述一种基于建筑信息模型的桥梁竖向变形性能预警方法，其特征在于：所述步骤D对于结构竖向挠度结合BIM技术中碰撞检查功能，将当前桥梁状态与设定的阈值的位置状态进行碰撞检查，达到预警功能其具体为：
对于结构竖向挠度数据，将全桥按照位移允许值设置正常工作和超出阈值状态，并按照阈值状态时结构属性建立桥梁结构信息模型，同时，将反应桥梁位移的结构信息模型与设定阈值状态模型进行碰撞检查，若发生碰撞，发出警报，并报告碰撞位置，警报解除后，记录损害部位。
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