基于IFC 標準的老舊磚房變形監測信息集成與表達

田亞洪 譚曉晶 楊成標

BIM 技術優點在于強大的可視化和信息集成管理能力，其既可以作為監測信息管理和共享平臺，也能提高結構健康監測信息的可讀性[1]。但由于BIM軟件眾多，監測系統的模型需要采用統一的文件格式以降低建模成本。IFC 標準是BIM 應用最為成熟的一種建筑業公共的數據標準，是BIM 軟件進行信息交換的共同語言。因此，結構健康監測的關鍵點在于如何將IFC 標準與BIM 有效結合起來。

基于IFC 標準具有公開性和中性機制的特點，國內外學者研究基于IFC 的拓展應用。目前已經有關于IFC 工程信息集成、共享平臺的研究，也有學者提出了基于IFC 的N 維建筑信息模型系統構件方法[2]。雖然IFC 應用研究已取得了一定成果，但在結構監測領域還需進行各類型傳感器和數據的描述，以實現監測信息的集成與表達。

本文首先建立監測結構的BIM 模型，將傳感器相關參數添加到圖元，導出為IFC 文件，并將監測數據批量導入該IFC文件，以得到集成了監測信息的IFC文件，從而實現基于BIM的監測信息集成與展示。

1.IFC 標準構成

IFC 標準是通過IFC 實體、屬性及實體關系三個方面的內容來組織和表達工程信息。因此，首先需要確定表達監測信息所需要的IFC實體、屬性及實體關系。IFC 標準通過“層”的概念組織工程信息，包括四個功能層構成：資源層（Resource layer）、核心層（Core layer）、共享層（Interoperability layer）和領域層（Domain layer）[3]。其中，資源層定義IFC 標準中描述模型的基本信息；核心層位于資源層之上，定義了IFC 信息模型的基本框架；共享層位于核心層之上，定義多個領域中的共用概念和對象；領域層位于IFC 標準的最頂層，定義了各專業領域的數據模型。

2.監測信息模型

2.1 工程概況

某單位辦公樓建于20 世紀70 年代，為4 層磚混結構，局部5 層，層高均為3.3m，建筑面積約為2900m2。該建筑材料為燒結粘土磚，強度為MU7.5，混合砂漿砌筑，強度為M2.5。建筑構造有圈梁，無構造柱，墻體轉角處設置有鋼筋網片，過梁與墻體交接處有素混凝土梁墊。該建筑樓板為預應力混凝土空心板。

圖1 建筑物外觀

2.2 建筑BIM 建模

根據IFC 標準的規定，結構健康監測BIM模型通過傳感器數據成員的描述，將數據成員及類型與IFC 標準的數據模型建立映射關系，從而實現監測信息在BIM 模型中的集成與表達。

因此，首先需完成建筑BIM 建模。建模過程主要有以下步驟：

2.2.1 建筑復圖

（1）對辦公樓進行現場測量，如測量門窗尺寸，位置、房屋軸線尺寸等，獲取建筑幾何信息；

（2）根據測量信息，完成建筑圖形CAD 繪制。

2.2.2 結構建模

根據建筑圖形信息，采用盈建科軟件進行結構建模。

2.2.3 IFC 模型文件

通過盈建科軟件，生成IFC模型文件。

2.2.4 IFC 數據修改

根據IFC 語法，在已生成的IFC 文件中添加傳感器監測數據，再生成新的含有監測信息的IFC 模型文件。

2.2.5 BIM 建模

將新生成的IFC 文件導入Revit 軟件中，并完成傳感器圖元等信息修改，生成含有監測信息的BIM 模型。

3.建筑變形監測

3.1 監測設備

為了降低監測成本，老舊磚混建筑僅采用高精度傾角傳感器來完成其變形監測。傾角傳感器的性能參數如表1 所示。

表1 高精度雙軸傾角傳感器性能參數

3.2 測點信息

在該建筑屋頂布設了4 個傾角傳感器測點，測點位置如圖3 和圖4 所示。

圖2 雙軸傾角傳感器

圖3 測點位置示意圖

圖4 各測點布置實物圖

4.監測信息展示

在集成了變形監測信息的Revit 模型上，每個測點均嵌入了傳感器的傾斜變形數據，可以展示每個測點的監測信息。選取24 小時的傾斜信息如圖5 所示。

圖5 BIM 模型監測信息展示

從圖5 可以得出，建筑物傾角變化波動最明顯的時間段為9 點至16 點。說明該時間段辦公樓人員活動最頻繁，外界影響最大。每個測點最大變化情況和建筑水平變形情況如圖6 和表2 所示。監測的建筑傾角變化最大值為0.111°，相對水位位移最大值為23.25mm，滿足《民用建筑可靠性鑒定標準》GB50292-2015 對于建筑物側向位移要求。

圖6 建筑傾斜示意圖

表2 建筑傾斜變形監測情況

5.結論

本項目以一棟老舊磚混結構辦公樓為實施對象，將結構健康監測信息通過IFC 標準表達集成到BIM 模型中，建立了基于BIM模型的監測信息可視化方法，主要成果如下：

（1）對IFC 標準進行傾角傳感器的屬性集擴展，建立建筑BIM 模型與含有監測信息的IFC 參數的映射關系，可實現基于BIM 模型的監測信息可視化，提高監測信息的解釋效率。

（2）通過監測結果發現老舊磚房在時間段9 點至16 點的變形較為明顯，最大相對水平位移量為23.25mm。采用傾角傳感器的低成本監測方法可行，該方法可為同類工程提供參考。