基于BIM的考慮多源信息的超高層建筑結構智能監測方法

陶炳戊

摘 要：近些年，隨著經濟的發展以及土木工程領域理論與施工技術的完善，建筑結構逐漸向超高層的方向不斷發展，我國先后施工完成了上海中心大廈、深圳平安金融中心等一大批超高層建筑結構。大多數超高層建筑結構的相關研究僅涉及結構響應的短期現場測量。然而，復雜超高層建筑結構的施工階段可能比使用階段更為關鍵，因為施工階段的結構配置和邊界條件與使用階段有顯著不同，施工階段的缺陷也會導致使用階段的額外應力和永久變形。因此需要在施工階段中進行結構監測，分析結構關鍵位置的受力以及變形，實時了解超高層建筑結構施工過程的結構特征，對施工過程中結構狀態進行安全評估。工程師通常手動評估這些結構，但傳感器網絡可以自動評估結構的完整性并定位損壞，這可以顯著降低成本，同時提高公共安全。

關鍵詞：BIM技術;超高層建筑;智能監測

引言

目前基于BIM技術對建筑能耗監測的理論和模型研究較多，針對分布式發電、天然氣多聯供、蓄熱鍋爐等多種供能設備，冷、熱、電等多種能源的系統，支持三維展現，為決策管理者提供參考。提供了更直觀地了解建筑及其周邊環境風貌的條件，在沉浸式三維場景環境中，能實現建筑及其周邊環境的實時互動。將項目的復雜性整體客觀地展示給管理者，利于及時掌握情況、客觀分析問題和正確處理決策。結合建筑基礎信息數據在實現三維展示的同時，能提供在三維可視化環境中的屬性信息查詢和空間分析。以已有的二維施工圖紙為參考基礎，利用BIM技術中門類齊全的專業應用模塊，創建同時具備幾何圖形屬性和工程專業信息屬性的三維信息模型;然后以統一的可視化圖形環境，針對建筑建設項目的各類需求，形成了智能聯動的系統性技術解決方案。這些理論成果有力促進了BIM技術在建筑能耗監測方面的發展，而理論研究成果亟待現場試驗進一步驗證。

1多源監測信息分類

超高層建筑結構監測涉及多個渠道信息，包括結構化信息和非結構化信息，呈現出信息量大、管理難度較大等特點。其中結構化信息指結構在設計模型下，通過有限元分析得到的結構安全信息，可為結構監測數據的分析提供理論依據。非結構化信息指結構的安全響應信息，是通過多種類型結構傳感器實際監測獲取到的結構實時狀態響應信息。結構BIM模型可以提供時間維度信息和幾何位置關系信息，為結構監測過程中提供三維可視化的指導。多源信息各自獨立工作，會造成信息的丟失和溝通不暢。而將結構化和非結構化信息進行融合，同時發揮BIM平臺的信息共享、實時可視化等特性，實現基于BIM的對超高層建筑結構監測信息的實時獲取、大數據分析、實時評估和智能預警決策，提升超高層建筑結構監測信息化和智能化水平。

2 BIM技術在建筑結構健康監測應用的現狀

BIM技術的核心在于將信息貫穿于建筑全部的生命周期中，通過將建筑物前期建筑施工建造與后期的維護管理結合起來，搭載三維模型，可以將建筑施工設計中所采集的數據上傳到云端數據庫，然后再將建筑結構健康監測系統上傳到BIM平臺上，能夠加快構建一套建造期模型共用的數據庫系統。

2.1 BIM技術在建筑能耗監測中直觀可視化

試驗研究方面，利用BIM模型和能源監測軟件，可以全面監測能源應用狀況。實時顯示能源監測設備狀態;生成按時間、按線路、按建筑的不同能源統計數據;能源監測超閾值報警。依據工程項目可視化、可追溯、可預警并可實時聯動的平臺建設標準，在三維模型下，呈現工程項目建筑物及其內部結構，包括消防等給排水管道、電氣線路、燃氣管網、安防設備和各類生產和輔助設備設施，實時監測管道、電路、燃氣等運行數據，反映各類設備設施運行狀態和基礎參數，對全生命周期進行跟蹤。值得注意的是，以上BIM技術的理論研究及能耗監測現場試驗均未對能耗數據聯動和模型變動提示的功能特征進行分析研究，而數據模型變動和數據聯動在復雜大型建筑中的適用性是分析和指導工程實踐的重要內容。本文在使用高清相機、三維激光掃描儀、CAD圖紙進行模型數據采集，VTK及3DMAX建模，Unity3D和JAVA進行功能開發，開展了內蒙古建設大廈暖通空調系統能耗監測可視化現場試驗，研究了BIM技術在建筑能耗監測中的應用，總結分析了多種建筑模型數據采集和建模方式下屬性數據查詢和數據聯動的特性為實際工程中能耗監測可視化提供一定的參考。

2.2建筑結構健康監測信息管理

隨著大型建筑結構的增多，城市中的高層建筑也在增加，導致人們之間的緊張關系。因此，更好地監測建筑結構的健康尤為重要。更大的系統監控體系結構可以基于傳感器收集數據信號，從而不斷提高數據監控系統的效率。當今的大型體系結構非常數據密集型，數據庫已無法滿足大型建筑結構的需求。因此，為了改進大型數據庫的建立和開發，應建立結構化健康監測數據管理開發平臺。通過高效處理建筑結構的監控數據，實現信息的收集、存儲、查詢和預警。基于BIM技術的智能醫療保健監控通過多核學習和遷移，通過收集建筑結構狀態信息并對現場監控的視頻、圖像等進行分類，提高了建筑結構狀態監控的效率。建筑結構狀態監測系統不僅整合了建筑結構監測和例行檢查等信息，而且及時監測了建筑結構狀態的影響。結合建筑結構、橋梁結構、氣候條件、材料性能等特點，構建建筑結構壽命的個性化深入學習策略。

3基于BIM的考慮多源信息的超高層建筑結構智能監測方法

本研究提出了一個基于BIM的考慮多源信息的超高層建筑結構智能監測方法。在此方法下，BIM模型是由工程師在施工過程中開發，而傳感器包含在BIM模型中。將BIM模型導入到平臺中，從而在平臺上實現建筑物模型和傳感器模型的3D可視化。此外，傳感器采集的結構信息被傳輸到平臺上，實現結構監測信息的可視化。然后平臺的處理模塊對收集到的結構信息進行處理，得出結構診斷結果并在平臺中顯示，用于維護和決策。首先，施工過程中的結構信息，由傳感器收集，并發送至監測平臺。其次，平臺對收集的結構信息進行處理和結構分析。然后，如果沒有發現潛在的危險，技術人員通過安裝在結構上的傳感器持續收集結構信息。但是，如果平臺根據分析確定了結構故障的可能性，則有問題的部件將在平臺BIM模型中突出顯示，以供進一步調查或調整。同時，結構性能的警告和詳細信息將通過平臺向管理人員預警。最后，在與結構性能相關信息的幫助下，管理人員能夠采取適當的措施來解決問題，從而防止出現危險事故。通過這種方式，可實現對結構實際性能的實時監控。

結束語

BIM技術在結構健康監測系統中的應用不僅擴展了健康監測系統的功能，而且提高了建筑損傷檢測的效率。尤其是對于大型、大型、多樣的建筑結構，BIM技術的使用方便了建筑結構信息的整合，實時掌握了系統的動態信息，改進了建筑結構的監控和管理。同時，有關機構必須加快培養高素質BIM技術人員，加強建筑結構狀況監測，有效地將BIM技術納入結構健康監測技術。

參考文獻

[1]劉莎莎.點云數據與BIM集成的建筑物施工進度監測技術方法[D].西南交通大學，2019.

[2]王長祺.基于BIM的橋梁健康監測云平臺系統設計與實現[D].長安大學，2019.

[3]馬智亮，滕明焜，任遠.從BIM模型提取建筑能耗監測靜態數據的方法[J].哈爾濱工業大學學報，2019，51（12）：187-193.

[4]寇金龍.基于BIM和VR的大跨鋼結構施工模擬和監測研究[D].浙江大學，2019.

[5]趙國林.基于BIM技術的醫院建筑智慧運營維護技術[J].建筑施工，2018，40（08）：1482-1484.