基于BIM的考虑多源信息的超高层建筑结构智能监测方法

陶炳戊

摘 要：近些年，随着经济的发展以及土木工程领域理论与施工技术的完善，建筑结构逐渐向超高层的方向不断发展，我国先后施工完成了上海中心大厦、深圳平安金融中心等一大批超高层建筑结构。大多数超高层建筑结构的相关研究仅涉及结构响应的短期现场测量。然而，复杂超高层建筑结构的施工阶段可能比使用阶段更为关键，因为施工阶段的结构配置和边界条件与使用阶段有显著不同，施工阶段的缺陷也会导致使用階段的额外应力和永久变形。因此需要在施工阶段中进行结构监测，分析结构关键位置的受力以及变形，实时了解超高层建筑结构施工过程的结构特征，对施工过程中结构状态进行安全评估。工程师通常手动评估这些结构，但传感器网络可以自动评估结构的完整性并定位损坏，这可以显著降低成本，同时提高公共安全。

关键词：BIM技术;超高层建筑;智能监测

引言

目前基于BIM技术对建筑能耗监测的理论和模型研究较多，针对分布式发电、天然气多联供、蓄热锅炉等多种供能设备，冷、热、电等多种能源的系统，支持三维展现，为决策管理者提供参考。提供了更直观地了解建筑及其周边环境风貌的条件，在沉浸式三维场景环境中，能实现建筑及其周边环境的实时互动。将项目的复杂性整体客观地展示给管理者，利于及时掌握情况、客观分析问题和正确处理决策。结合建筑基础信息数据在实现三维展示的同时，能提供在三维可视化环境中的属性信息查询和空间分析。以已有的二维施工图纸为参考基础，利用BIM技术中门类齐全的专业应用模块，创建同时具备几何图形属性和工程专业信息属性的三维信息模型;然后以统一的可视化图形环境，针对建筑建设项目的各类需求，形成了智能联动的系统性技术解决方案。这些理论成果有力促进了BIM技术在建筑能耗监测方面的发展，而理论研究成果亟待现场试验进一步验证。

1多源监测信息分类

超高层建筑结构监测涉及多个渠道信息，包括结构化信息和非结构化信息，呈现出信息量大、管理难度较大等特点。其中结构化信息指结构在设计模型下，通过有限元分析得到的结构安全信息，可为结构监测数据的分析提供理论依据。非结构化信息指结构的安全响应信息，是通过多种类型结构传感器实际监测获取到的结构实时状态响应信息。结构BIM模型可以提供时间维度信息和几何位置关系信息，为结构监测过程中提供三维可视化的指导。多源信息各自独立工作，会造成信息的丢失和沟通不畅。而将结构化和非结构化信息进行融合，同时发挥BIM平台的信息共享、实时可视化等特性，实现基于BIM的对超高层建筑结构监测信息的实时获取、大数据分析、实时评估和智能预警决策，提升超高层建筑结构监测信息化和智能化水平。

2 BIM技术在建筑结构健康监测应用的现状

BIM技术的核心在于将信息贯穿于建筑全部的生命周期中，通过将建筑物前期建筑施工建造与后期的维护管理结合起来，搭载三维模型，可以将建筑施工设计中所采集的数据上传到云端数据库，然后再将建筑结构健康监测系统上传到BIM平台上，能够加快构建一套建造期模型共用的数据库系统。

2.1 BIM技术在建筑能耗监测中直观可视化

试验研究方面，利用BIM模型和能源监测软件，可以全面监测能源应用状况。实时显示能源监测设备状态;生成按时间、按线路、按建筑的不同能源统计数据;能源监测超阈值报警。依据工程项目可视化、可追溯、可预警并可实时联动的平台建设标准，在三维模型下，呈现工程项目建筑物及其内部结构，包括消防等给排水管道、电气线路、燃气管网、安防设备和各类生产和辅助设备设施，实时监测管道、电路、燃气等运行数据，反映各类设备设施运行状态和基础参数，对全生命周期进行跟踪。值得注意的是，以上BIM技术的理论研究及能耗监测现场试验均未对能耗数据联动和模型变动提示的功能特征进行分析研究，而数据模型变动和数据联动在复杂大型建筑中的适用性是分析和指导工程实践的重要内容。本文在使用高清相机、三维激光扫描仪、CAD图纸进行模型数据采集，VTK及3DMAX建模，Unity3D和JAVA进行功能开发，开展了内蒙古建设大厦暖通空调系统能耗监测可视化现场试验，研究了BIM技术在建筑能耗监测中的应用，总结分析了多种建筑模型数据采集和建模方式下属性数据查询和数据联动的特性为实际工程中能耗监测可视化提供一定的参考。

2.2建筑结构健康监测信息管理

随着大型建筑结构的增多，城市中的高层建筑也在增加，导致人们之间的紧张关系。因此，更好地监测建筑结构的健康尤为重要。更大的系统监控体系结构可以基于传感器收集数据信号，从而不断提高数据监控系统的效率。当今的大型体系结构非常数据密集型，数据库已无法满足大型建筑结构的需求。因此，为了改进大型数据库的建立和开发，应建立结构化健康监测数据管理开发平台。通过高效处理建筑结构的监控数据，实现信息的收集、存储、查询和预警。基于BIM技术的智能医疗保健监控通过多核学习和迁移，通过收集建筑结构状态信息并对现场监控的视频、图像等进行分类，提高了建筑结构状态监控的效率。建筑结构状态监测系统不仅整合了建筑结构监测和例行检查等信息，而且及时监测了建筑结构状态的影响。结合建筑结构、桥梁结构、气候条件、材料性能等特点，构建建筑结构寿命的个性化深入学习策略。

3基于BIM的考虑多源信息的超高层建筑结构智能监测方法

本研究提出了一个基于BIM的考虑多源信息的超高层建筑结构智能监测方法。在此方法下，BIM模型是由工程师在施工过程中开发，而传感器包含在BIM模型中。将BIM模型导入到平台中，从而在平台上实现建筑物模型和传感器模型的3D可视化。此外，传感器采集的结构信息被传输到平台上，实现结构监测信息的可视化。然后平台的处理模块对收集到的结构信息进行处理，得出结构诊断结果并在平台中显示，用于维护和决策。首先，施工过程中的结构信息，由传感器收集，并发送至监测平台。其次，平台对收集的结构信息进行处理和结构分析。然后，如果没有发现潜在的危险，技术人员通过安装在结构上的传感器持续收集结构信息。但是，如果平台根据分析确定了结构故障的可能性，则有问题的部件将在平台BIM模型中突出显示，以供进一步调查或调整。同时，结构性能的警告和详细信息将通过平台向管理人员预警。最后，在与结构性能相关信息的帮助下，管理人员能够采取适当的措施来解决问题，从而防止出现危险事故。通过这种方式，可实现对结构实际性能的实时监控。

结束语

BIM技术在结构健康监测系统中的应用不仅扩展了健康监测系统的功能，而且提高了建筑损伤检测的效率。尤其是对于大型、大型、多样的建筑结构，BIM技术的使用方便了建筑结构信息的整合，实时掌握了系统的动态信息，改进了建筑结构的监控和管理。同时，有关机构必须加快培养高素质BIM技术人员，加强建筑结构状况监测，有效地将BIM技术纳入结构健康监测技术。

参考文献

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