BIM現澆橋梁支架安全智能監控系統的應用

現澆梁上部施工是安全、質量重點監控部位，因支架受過大荷載作用產生異常變形而產生失穩垮塌現象[1]最為常見，特別是在本工程支架施工體量大的情況下，采用常規橋梁安全監控效率低、步驟復雜、重復工作多[2]，對支架預壓及沉降觀測實時監控與觀測是質量安全保障的關鍵。現澆橋梁施工時支架預壓及沉降觀測安全監控一直是橋梁建設領域的監測難點，為解決現澆橋梁支架施工的快速精確監控預壓及沉降觀測問題，特開發現澆橋梁支架安全監控系統。

1 關鍵技術

在承載部位設置系統測量點，順橋向布置，每個特征斷面的底板中線、底板邊線、懸臂端各布置監測點[3]，同時對應在基礎上布設監測點。每個監測點采用IOT物聯網監控設備（智能應力應變傳感器），通過網絡與后臺的現澆橋梁支架BIM數據模型關聯，在該數據模型基礎上實現項目所有支架建庫以及安全監測信息實時更新。

通過BIM“工程級”三維輕量化驅動引擎，建立以物聯網傳感設備為基礎，實現監測信息智能采集、數據智能處理的安全管理BIM平臺，達到實時安全監測、自動化預警報知和精準應急處置目的。

2 系統集成技術

2.1 模型創建與輕量化處理

先利用BIM技術進行三維參數化建模，將現狀支架的各種信息以統一的集成模型形式表達出來，方便后期工程項目的集成化和信息的完全共享。

綜合考慮，選型基于WebGL（全寫Web Graphics Library）的三維引擎。通過HTML腳本本身實現Web交互式三維動畫的制作，無需任何瀏覽器插件支持；利用后臺的圖形硬件加速功能對圖形渲染展示，通過統一標準的跨平臺OpenGL接口，Web開發人員就能以系統顯卡在瀏覽器里更流暢地展示3D場景和模型，還能創建復雜的導航和數據視覺化。

以WebGL技術為基礎研發BIM模型轉換軟件，支持標準的BIM格式（IFC格式）數據到三維模型的自動轉化并實現BIM模型屬性數據的導出，支持大數量的BIM模型發布[4]。現澆橋梁支架BIM工程模型通過輕量化處理后，在瀏覽器中即可查看模型和工程圖，而無需其他插件或下載，實現BIM模型數據輕量化共享。見圖1。

圖1 平臺瀏覽器查看模型效果

2.2 BIM/IOT系統集成

前端監測IOT設備是現澆橋梁支架安全監控系統的前端觸角，主要針對工程監測需求進行系統設計，完成現澆橋梁支架應力形變等信息的實時監測。通過項目工區現場安裝監測結構應力形變的物聯網IOT設備，利用無線4G網絡傳輸方式，將數據傳輸到云平臺數據庫。在系統前端通過讀取后臺數據庫，實現數據集成與分析。

每聯現澆梁架體搭好后，選擇每跨下最不利界面設置IOT監測設備，將施工預壓、澆筑、拆模全過程桿件受力情況實時傳送至系統，通過系統集成實現BIM模型與現澆橋梁支架IOT應力形變監測數據的可視化展示。見圖2和圖3。

圖2 IOT設備監測信息展示

圖3 平臺信息查詢展示

3 監控系統功能框架

現澆橋梁支架安全監控平臺共4個業務功能模塊，分別是結構監控管理模塊、數據統計分析模塊、用戶權限管理模塊、移動運用管理模塊。通過現澆橋梁支架監控系統的前端傳感器，針對現澆橋梁支架工程監測需求進行系統設計，實現現澆橋梁支架結構形變應力等信息的實時監測。見圖4。

3.1 結構應力形變設備列表

系統界面中每一個數據條目對應一個IOT設備。其中不同色彩表示當前設備監控狀態：白色為應力形變監測值是正常狀態，黃色為當前設備監測到異常的應力形變值。同時，可以對設備進行過濾展示，在設備過濾框中，定義三個設備過濾條件分別是：監控設備位置、關聯監控設備及監控設備狀態。通過以上三個過濾條件，可以在列表框中僅顯示關注的IOT設備。見圖5。

圖4 平臺功能模塊展示

圖5 監控設備查詢列表

3.2 輕量化BIM三維瀏覽

輕量化好的BIM工程模型可以集成到現澆橋梁支架安全監控系統中，通過輕量化BIM模型瀏覽器，實現在Web端對BIM的瀏覽查看，信息數據查詢及模型交互。

在BIM模型瀏覽器中，每一個閃爍熱點代表一個IOT應力應變設備信息。通過不色彩表達當前系統中，設備的不同運行狀態綠色為應力形變值正常，黃色為應力形變值異常。通過放置光標到熱點可以看到當前此設備的現場照片及IOT設備相關功能描述。見圖6。

圖6 IOT設備模型上展示

3.3 數據統計分析

可以查詢當前系統IOT設備的歷史數據。根據年、月、日進行數據查詢，也可以設定某個時間段區間進行數據查詢并將數據以不同圖形方式進行展示，如：柱狀圖、面積圖、直線圖等。見圖7。

圖7 監測歷史數據匯總查看

3.4 移動端運用管理

現場管理人員可通過移動端實時收集項目現場的結構監控報警事項。用戶可以查看“結構應力形變監控”列表顯示當前系統關聯的IOT設備及相應運行狀態；也可以打開BIM瀏覽器界面，定位當前選擇的IOT設備位置。通過模型上的熱點，可以訪問當前IOT設備詳細的設備信息與歷史運行數據狀態。見圖8。

圖8 移動查看展示

4 結語

針對橋梁支架開發的“現澆橋梁支架安全監控系統”以“BIM+物聯網”技術為依托，以大量的實際經驗為基礎，成功的完成了系統的開發任務并順利應用到濟南東客站綜合交通樞紐道路施工二標段實際項目當中，完全代替了原人工檢測手段，節約人力成本近百萬元并利用BIM技術真實還原了現場監控情況，真正實現了現場智慧化信息集成管理，提高了項目風險管理效率，為項目成功建設奠定了堅實的基礎。