基于BIM的钢结构施工数字孪生模型建立方法及系统与流程

本技术涉及信息化技术与数字孪生数据处理的，具体涉及一种基于bim的钢结构施工数字孪生模型建立方法及系统。

背景技术：

1、目前，在钢结构建筑施工领域，数字孪生技术已被应用于施工过程的力学性能评估与安全管控。现有技术通常通过建立融合多源信息的数字孪生模型，并与现场传感器网络联动，获取结构变形、环境参数等监测数据，以实现对物理实体状态的数字化表征与模型校正。

2、现有技术的数字孪生模型构建方法多聚焦于施工阶段的数据反馈，未能有效贯通设计与制造的数据流。具体而言，设计端bim模型中的几何拓扑、材料属性等结构化信息与制造端实际加工偏差、构件身份数据之间缺乏有效的数据流通渠道，导致孪生模型在初始化时即存在先天信息缺失，往往需要长时间的传感器数据驯化才能收敛至真实状态，严重影响了数字孪生模型对物理实体的精准映射能力与早期状态预警的时效性。

3、因此，急需一种基于bim的钢结构施工数字孪生模型建立方法及系统，解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于bim的钢结构施工数字孪生模型建立方法及系统，解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本技术是通过如下技术方案来实现的：

3、第一方面，本技术提供了一种基于bim的钢结构施工数字孪生模型建立方法，包括：

4、获取钢结构的设计模型，所述设计模型基于bim构建，包含构件的几何信息和身份标识；

5、获取所述构件的制造数据包，所述制造数据包包含所述构件的身份标识、几何偏差和材料属性；

6、基于二者的身份标识，将所述制造数据包中的几何偏差和材料属性映射至所述设计模型中对应构件的几何信息和材料参数，建立制造端实测数据与设计模型的数据映射关系；基于所述设计模型构建数字孪生模型的初始几何状态；并基于所述数据映射关系，依据所述制造数据包修正所述初始几何状态及更新所述数字孪生模型的模型参数，生成融合制造端数据的数字孪生模型；

7、其中，所述制造数据包的获取过程包括：解析参数化bim模型，提取构件几何参数与工艺约束，生成加工指令驱动加工设备执行构件加工；在构件加工完成后，采集构件实际几何偏差数据与材料属性数据；将所述实际几何偏差数据、所述材料属性数据与构件身份标识绑定，形成所述制造数据包。

8、作为一种实施方式，更新所述数字孪生模型的模型参数，包括：

9、将所述构件的几何偏差叠加至所述数字孪生模型的初始几何状态，修正构件初始几何状态；

10、将所述材料属性更新至所述数字孪生模型的材料本构关系定义中。

11、作为一种实施方式，所述方法还包括：

12、在施工过程中，采集钢结构的响应参数集合，将所述响应参数集合与所述设计模型、所述制造数据包在统一时空基准下进行语义融合，基于融合结果对所述数字孪生模型进行参数更新与状态校正。

13、作为一种实施方式，所述基于融合结果对所述数字孪生模型进行参数更新与状态校正，包括：

14、从所述响应参数集合中提取结构变形时序数据，计算结构变形实测值与所述数字孪生模型对应时刻变形模拟值的偏差序列；

15、对所述偏差序列进行统计分析，当所述偏差序列的统计特征超过预设容差阈值时，触发模型参数校正指令；

16、基于优化算法反向调整所述数字孪生模型中的材料属性参数、边界条件参数或构件几何参数，使得调整后的数字孪生模型输出的响应模拟值与所述结构变形实测值的偏差满足收敛标准。

17、作为一种实施方式，所述偏差序列的统计分析基于动态数据融合偏差指数进行，所述动态数据融合偏差指数根据各监测点的权重系数、实测偏差值及时间同步衰减系数加权计算得到；所述优化算法的目标函数根据各监测点实测响应值与模拟响应值的偏差、参数空间域的正则化约束及基于制造端数据的参数约束项构建。

18、作为一种实施方式，所述方法还包括：

19、基于校正后的数字孪生模型进行施工风险预测与决策反馈，所述施工风险预测与决策反馈包括：

20、将校正后的数字孪生模型的力学状态输出与实时采集的结构变形时序数据输入至施工异常工况辨识模型，识别出响应模式偏差超过阈值的异常工况；

21、将识别出的异常工况的异常工况特征、环境参数输入至力学性能风险预测模型，预测在未来指定施工阶段内结构发生损伤或失稳的风险概率及位置信息；

22、将所述异常工况特征、所述风险概率及实施位置信息输入施工工艺优化决策模型，生成施工调整指令。

23、第二方面，本技术提供了一种基于bim的钢结构施工数字孪生模型建立系统，包括：

24、设计模型获取模块，用于获取钢结构的设计模型，所述设计模型基于bim构建，包含构件的几何信息和身份标识；

25、数据包获取模块，用于获取所述构件的制造数据包，所述制造数据包包含所述构件的身份标识、几何偏差和材料属性；其中，所述制造数据包的获取过程包括：解析参数化bim模型，提取构件几何参数与工艺约束，生成加工指令驱动加工设备执行构件加工；在构件加工完成后，采集构件实际几何偏差数据与材料属性数据；将所述实际几何偏差数据、所述材料属性数据与构件身份标识绑定，形成所述制造数据包；

26、模型构建模块，用于基于二者的身份标识，将所述制造数据包中的几何偏差和材料属性映射至所述设计模型中对应构件的几何信息和材料参数，建立制造端实测数据与设计模型的数据映射关系；基于所述设计模型构建数字孪生模型的初始几何状态；并基于所述数据映射关系，依据所述制造数据包修正所述初始几何状态及更新所述数字孪生模型的模型参数，生成融合制造端数据的数字孪生模型。

27、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面中任一项所述的方法。

28、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的方法。

29、本技术提供了一种基于bim的钢结构施工数字孪生模型建立方法及系统，通过将包含构件身份标识、几何偏差和材料属性的制造数据包与设计模型进行数据映射，并在数字孪生模型初始化阶段依据制造数据包修正初始几何状态及更新模型参数，打破了传统技术中设计端与制造端的数据壁垒。其原理在于利用制造端的实测数据直接补偿设计模型的理想化假设，使孪生模型在诞生之初即融合制造端数据，从而解决了现有技术中因缺乏制造端真实数据而导致模型初始状态失真的问题，显著提升了数字孪生模型的初始精度，缩短了模型收敛至真实状态所需的传感器数据驯化时间。通过在施工过程中采集响应参数集合，并将其与设计模型、制造数据包在统一时空基准下进行语义融合，基于融合结果对数字孪生模型进行参数更新与状态校正。该机制通过多源异构数据的同源对齐与闭环校正，解决了数据孤岛问题，使数字孪生模型能够持续跟踪物理施工现场的状态变化。特别是在模型校正过程中，通过构建包含基于制造端数据参数约束项的优化目标函数，确保了参数调整不会偏离制造真实性基底，避免了盲目校正导致的模型失真，从而提升了施工力学性能评估的时效性与准确性。