一种基于BIM的海堤施工动态监控系统应用方法及系统与流程

一种基于bim的海堤施工动态监控系统应用方法及系统
技术领域
1.本发明涉及施工数字化管理技术领域，特别涉及一种基于bim的海堤施工动态监控系统应用方法及系统。


背景技术：

2.海堤是沿海岸修建的挡潮防浪的堤，是围海工程的重要水工建筑物。海堤作为防浪建筑物，除承受波浪作用外，同时还要挡潮。因此，施工期海堤的沉降、位移，不仅关系整个结构施工期的稳定、安全，也关系整个工程质量能否满足规范和设计要求，以及海堤的使用周期和运维成本。因此，海堤施工期间，施工单位和业主均会对施工海堤进行变形监测。但由于仅对工程的沉降、位移进行数据处理、分析，变形监测的作用有限，不能满足施工单位对施工质量、安全和进度综合管理的需求。
3.传统海堤施工范围大，过程复杂、繁琐，缺乏有效的数字化管理方法，导致海堤施工一直采用传统方法进行管理，海堤bim建模难以应用于现场管理，如何降低海堤bim建模难度，并将bim引入海堤施工管理，是本发明待解决的问题。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于bim的海堤施工动态监控系统应用方法及系统。
5.技术方案：本发明一种基于bim的海堤施工动态监控系统应用方法，包括如下步骤：（1）建立海堤施工bim模型；（2）建立现场施工期变形监测监控体系；（3）对bim模型二次开发，将监测数据实时映射至海堤bim模型，海堤施工bim根据监测数据同步复演现场工况；（4）通过bim-fem快速建模机制，实现时变有限元分析；（5）建立可视化动态监控体系，协助现场相关工程质量、安全、进度的相关管理。
6.本发明的进一步改进在于，步骤（1）中，设计海堤结构异形构件的复合结构bim模型和参数表单，简化各个异形构件的建模过程。
7.本发明的进一步改进在于，隐匿海堤结构关联构件中空间上呈超薄形态的构件，对形态极为复杂的构件集成规则化处理，建立统一模型的复合结构bim模型，显示三维形态突出的结构体，同时隐匿的异形构件通过参数表单予以反映，便于项目查询相关材料清单，进行管理应用。
8.本发明的进一步改进在于，步骤（4）中，根据所述bim-fem快速建模机制，在几何形态完成概化的bim模型上，根据概化后的构件在结构中的主要力学特性，通过bim二次开发，生成bim-fem快速交换文件，可实时导入有限元软件中，利用有限元分析模拟、分析工况和下一阶段施工，进行安全管理。
9.本发明的进一步改进在于，步骤（1）、（2）中，根据工程海堤动力、环境特征，确定施工流水段和变形监测断面，根据监测断面的位置对bim模型每个连续构件进行分割建模，据此建立海堤施工bim模型。
10.本发明的进一步改进在于，步骤（3）中，在海堤施工bim模型基础上，进行二次开发，所述海堤施工bim模型每个构件的中心坐标根据两侧断面的监测数据推算确定，图形界面上相应进行更新后，可以准确反映现场施工工况，构件中心坐标在完成更新后自动与设计标高进行对比分析，实时协助现场质量、进度进行评估。
11.本发明的进一步改进在于，步骤（4）中，在海堤施工bim模型复演现场的基础上，通过bim-fem快速建模机制，实现海堤时变有限元分析、模拟、分析阶段性施工计划，协助现场安全评估。
12.一种海堤施工动态bim监控系统，包括海堤施工bim模型、变形监测体系、动态bim监控体系、bim-fem时变有限元分析体系；海堤施工bim模型，通过根据工程海堤动力、环境特征划分的施工流水段和变形监测断面建立施工bim模型，包括临时工程；变形监测体系，包括施工流水段和变形监测两部分断面监测体系、用于现场施工期结构变形监测和海堤施工bim建模时按监测断面位置分段建模；动态bim监控体系，通过所述海堤施工bim模型根据现场实时监测数据，海堤施工bim模型动态更新，复演现场工况，协助对现场进行质量、安全和进度管理；bim-fem时变有限元分析体系，利用bim-fem快速建模机制将随监测数据同步更新的海堤施工bim模型快速转换为有限元模型，实时实施时变有限元分析、模拟、分析工程阶段性工况。
13.与现有技术相比，本发明提供的一种基于bim的海堤施工动态监控系统应用方法及系统，至少实现了如下的有益效果：本发明针对海堤异形结构多、形式复杂的特征，提出复合结构bim模型及相应的参数表单替代传统bim族库，简化海堤建模流程，提高建模效率，同时根据海堤施工期流水段和变形监测断面布置，对连续海堤模型进行分割，完成施工海堤bim建模，本发明通过二次开发将海堤施工bim模型和断面监测结合，实现海堤施工bim模型实时复演现场工况，并通过bim-fem实现海堤施工时变有限元分析，模拟、分析阶段性施工计划，为海堤施工的质量、安全、进度提供了保证。
附图说明
14.图1为本发明的工作流程图；图2为实施例1中bim建模方案的工作流程图。
具体实施方式
15.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
16.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明
及其应用或使用的任何限制。
17.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
18.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
19.实施例1，如图1所示，一种基于bim的海堤施工动态监控系统应用方法，包括如下步骤：（1）建立海堤施工bim模型；（2）建立监控体系；（3）对bim模型二次开发，将监测数据实时映射至海堤bim模型，海堤施工bim根据监测数据同步复演现场工况；（4）通过bim-fem快速建模机制，实现时变有限元分析；（5）建立可视化动态监控体系，协助现场相关工程质量、安全、进度的相关管理。
20.基于上述实施例，本发明通过二次开发将海堤bim模型和变形监测结合，并通过bim-fem实现海堤施工时变有限元分析，为海堤施工的质量、安全、进度提供了保证。
21.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，如图2所示，根据海堤施工期时变特征，制定bim建模方案，实施海堤异形结构概化建模，步骤（1）中，设计海堤结构异形构件的复合结构bim模型和参数表单，简化各个异形构件的建模过程，简化各个异形构件的建模过程，提高建模效率并且降低建模难度，通过复合结构bim模型和复合结构表单，可实现海堤各异形构件的反复存储、调取和修改。
22.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，隐匿海堤结构关联构件中空间上呈超薄形态的构件，对形态极为复杂的构件集成规则化处理，建立统一模型的复合结构bim模型，显示三维形态突出的结构体，同时隐匿的异形构件可以通过参数表单予以反映，便于项目查询相关材料清单，进行管理应用。
23.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4）中，根据所述bim-fem快速建模机制，在几何形态完成概化的bim模型上，根据概化后的构件在结构中的主要力学特性，通过bim二次开发，生成bim-fem快速交换文件，可实时导入有限元软件中，利用有限元分析模拟、分析工况和下一阶段施工，进行安全管理。
24.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（1）、（2）中，根据工程海堤动力、环境特征，确定施工流水段和变形监测断面，根据监测断面的位置对bim模型每个连续构件进行分割建模，据此建立海堤施工bim模型。
25.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（3）中，在海堤施工bim模型基础上，进行二次开发，所述海堤施工bim模型每个构件的中心坐标根据两侧断面的监测数据推算确定，图形界面上相应进行更新后，可以准确反映现场施工工况，构件中心坐标在完成更新后自动与设计标高进行对比分析，实时协助现场质量、进度进行评估。
26.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4）中，在海堤施工bim模型复演现场的基础上，通过bim-fem快速建模机制，实现海堤时变有限元分析、模拟、分析阶段性施工计划，协助现场安全评估。
27.基于上述实施例，本发明根据海堤施工期时空特征确定现场施工和临设布置以及
变形监测方案，针对异形结构多、形式复杂的特征，在海堤bim建模时，提出复合结构bim模型及相应的参数表单替代传统bim族库，完成建模，效率高并且精确度高，本发明能够利用变形监测数据和模型对现场进行综合管理。
28.实施例2，一种海堤施工动态bim监控系统，包括海堤施工bim模型、变形监测体系、动态bim监控体系、bim-fem时变有限元分析体系；海堤施工bim模型，通过根据工程海堤动力、环境特征划分的施工流水段和变形监测断面建立施工bim模型，包括临时工程；变形监测体系，包括施工流水段和变形监测两部分断面监测体系、用于现场施工期结构变形监测和海堤施工bim建模时按监测断面位置分段建模；动态bim监控体系，通过所述海堤施工bim模型根据现场实时监测数据，海堤施工bim模型动态更新，复演现场工况，协助对现场进行质量、安全和进度管理；bim-fem时变有限元分析，利用bim-fem快速建模机制将随监测数据同步更新的海堤施工bim模型快速转换为有限元模型，实时实施时变有限元分析，模拟、分析工程阶段性工况。
29.实施例3，如东小洋口重装设备成套基地工程位于辐射沙脊群烂沙洋水道尾部，利用潮滩圈围形成的陆域建设码头和设备加工厂区，借助烂沙洋尾部潮沟作为航道便于货物进出。
30.（1）根据小洋口重装设备成套基地工程相关资料，建立工程海堤施工bim模型，在建模过程中对主要结构如堤心沙被、袋装沙填缝、护坡进行概化并通过二次开发形成参数表单，完成工程海堤施工期bim模型的建模。
31.（2）对海堤工程（水利、港航工程）施工期bim建模的基本方法进行总结，提出复合结构及复合结构参数表单两个概念，降低海堤bim模型的建模难度，提高模型的操作、交互和工程应用能力，为bim在该学科领域的深度利用奠定基础，（3）在海堤建模过程中，提出根据工程变形监测断面的设置，对海堤bim模型进行了深化分区，以便后续动态监控系统的开发。类似分区在今后研究中应结合施工流水段和变形监测断面综合设计，从而扩大模型工程应用范围和实用能力。
32.海堤工程bim建模较为复杂，一方面以revit为代表的bim软件，其结构族库以建筑上常用的梁、板、柱为主，类似于海堤工程中常见的沙被、土工编织布、护坡面层、栅栏板、防浪墙等等没有相应模型族库与之配套；另一方面很多结构例如土工布、软体排等，呈二维形态，难以在三维bim中展现。又如栅栏板等预制异形构件，单个构件建模本身难度较大，同时数量较多，一个一个在模型中可视化呈现，对整个计算机软硬件系统都是一个挑战。通过如东小洋口重装设备成套基地工程海堤bim建模，降低海堤bim建模的难度，完成整个海堤的建模任务。
33.bim模型中，除构件几何形态外，通过族库可以查询到构件的材质、力学性质等参数。沙被结构包含两种材质，吹填沙和用于包裹吹填沙的土工编织袋。土工编织袋的材料性能对于现场施工和后期运维特别重要，但利用“体量技术”绘制模型构件后，无法利用模型族库设计相应的参数设置。因此，通过二次开发，开发描述沙被复杂结构的参数表单，统一对沙被的空间位置、几何形态、物理性能等关键参数进行设定。
34.护坡结构与充填沙被之间，存在一定的空隙，工程上一般采用小体积的沙袋堆积填充，确保护坡结构受力传递均匀。这一结构简称袋装沙填缝。revit软件中同样没有袋装沙填缝这一族库。如果单独对每个袋装沙填缝建模，在模型空间中一个一个堆积，颇为耗时，且没有任何意义。由此，针对护坡结构与充填沙被之间的间隙，通过revit软件中的体量技术，将这一空隙概化成一个整体，而非一个个分散的小沙袋，进而形成实体模型。只要相应的工程量能够估算准确，概化模型完全可以指导现场施工，从而降低建模的难度、时间以及对计算机软硬件的需求。
35.袋装沙填缝概化成一整体后，同样需开发参数表单。建模过程中，不同岸段海堤袋装沙填缝的空间位置、基本几何形态略有差异，需借助鼠标操作进行调整，调整后的相关参数通过参数表单显示。虽然每个小沙袋在建模的过程中进行了概化，但同样具有抗拉伸和渗水性能，相应参数也应在参数表单中明确。另外，由于袋装沙填缝中每个沙袋大小基本一致，通过在参数表单中确定每个沙袋的体积，对于控制沙袋的使用量有一定帮助。通过上述技术手段，袋装沙填缝构件，在模型中可反复存储、引用和修改，相应参数可通过参数表单调整、设定，为后续工程深入应用服务。
36.（4）不同工程对变形监测的要求千差万别。由于软基海岸海堤施工的特殊性，根据海堤施工规范的要求，每天都必须对预先设定的海堤断面标高、位移、沉降进行监测。而定期标高的有序监测，与施工进度的推进节奏吻合，从而为后续bim复演现场提供便利条件。这是其他专业土木工程并不具备的优势。
37.监测的数据，需通过专门开发的数据库逐时逐门类存储，以保证bim能够实时、精确读取。如果现场人工监测的时候配置移动终端，将现场监测的数据输入移动终端，无线传输至平台，现场观测和模型更新同步进行，效率更快。
38.如本实施例所述，由于海堤工程的特殊性，施工期间变形监测每日执行一次，相应的断面标高、沉降、位移监测数据，除了应用于分析工程的稳定性外，还能够为海堤施工综合管理提供参考。具体地，根据建模的海堤施工bim模型，能够根据每日监测的断面标高，经过一定算法换算成模型构件标高后，模型自动更新标高，同时通过算法判断相应的施工阶段，不仅协助现场质量管理，还可在可视化现场实际进度的同时，结合有限元分析，分析现场施工的稳定性，模拟下阶段的施工任务。
39.通过上述实施例可知，本发明提供的一种基于bim的海堤施工动态监控系统及应用方法及系统，至少实现了如下的有益效果：本发明能够对施工期海堤断面标高、沉降、位移进行监测，根据海堤施工期的时变特征，决定形变的监测内容，制定相应的bim建模方案。特别是对海堤异性结构概化建模，提出复合结构bim模型及相应的参数表单替代传统bim族库，完成建模，效率高，精确度高，可以准确反映现场施工主要过程，并实时进行预警。对海堤施工时变进行有限元分析，得到相应的安全评估，能够协助现场工程质量、安全、进度的相关管理，有利于项目的综合管理。上述成果可进一步应用于海堤运维管理。
40.虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。