一种基于BIM的金属屋面健康监测系统及方法

一种基于bim的金属屋面健康监测系统及方法
技术领域
1.本发明涉及bim技术及建筑物健康监测领域，尤其涉及金属屋面健康监测领域，特别涉及一种基于bim的金属屋面健康监测系统及方法。


背景技术：

2.金属屋面是指采用金属板材作为屋盖材料，将结构层和防水层合二为一的屋盖形式。可作为金属屋面的板材种类很多，有镀锌板、镀铝锌板、铝合金板、铝镁合金板、钛合金板、不锈钢板等。金属屋面具有质量轻、强度高、设计灵活和造型别致独特等优点，因而广泛的应用到机场航站楼等一些大面积建筑设施之中。但由于受力面积大，金属屋面很容易遭到强风等恶劣天气的破坏。目前，世界很多地区金属屋面设施都遭受过强风破坏，造成了巨大的经济损失甚至人员的伤亡。
3.因此，基于上述因素考虑，如何监测金属屋面设施的状态，降低金属屋面遭受破坏的概率，避免经济损失和人员伤亡，成为当下亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.针对现有机场航站楼等大型建筑的金属屋面设施常发生被大风等恶劣天气破坏而造成巨大损失等问题，本发明提供了一种基于bim的金属屋面健康监测系统及方法，可将金属屋面的变化情况可视化，相关人员便可根据变化情况做出相应的维护措施，降低事故的发生率。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.第一方面，本发明实施例提供一种基于bim的金属屋面健康监测系统，包括：检测装置和监测服务器；
7.所述检测装置由多个传感器设备构成，分别布置在待监测建筑的金属屋面内表面和外表面，实时检测金属屋面所处的环境数据、受力数据和位移数据；
8.所述监测服务器内置待监测金属屋面相关建筑的bim模型，将检测到的金属屋面所处的环境数据、受力数据和位移数据，反馈到所述bim模型；根据所述bim模型的动态变化，实现对金属屋面的健康监测。
9.进一步地,所述检测装置包括：
10.布置在金属屋面上表面的风速传感器、风压传感器、加速度传感器和力传感器，用于获取风速、风压、风加速度和风力参数；
11.布置在金属屋面下表面的压力传感器，用于测试室内压力参数；
12.布置在金属屋面与建筑连接处的位移传感器，用于监测屋面与建筑连接处的形变参数。
13.进一步地,所述监测服务器包括：
14.构建模块，用于构建待监测金属屋面及其相关建筑的bim模型；
15.采集模块，用于通过所述检测装置采集金属屋面的实测数据，包括：所处的环境数
据、受力数据和位移数据；
16.录入匹配模块，用于录入所述实测数据，分别存储在所述bim模型上，完成bim模型与实测数据的匹配对应关系；
17.反馈更新模块，用于在所述bim模型上处理实测数据，将采集的实测数据反馈到所述bim模型中，引起bim模型的动态更新。
18.进一步地,所述监测服务器还包括：
19.报警模块，用于当所述实测数据超过安全阈值，并通过所述bim模型发出报警信号，确定金属屋面报警部位。
20.进一步地,所述监测服务器还包括：
21.可视化模块，用于将bim模型的动态更新，通过所述bim模型实现屋面变化情况的可视化。
22.进一步地,所述监测服务器还包括：
23.安全阈值存储模块，用于存储金属屋面的各个部位的环境数据、受力数据和位移数据的安全阈值，并提供增删改操作。
24.第二方面，本发明实施例还提供一种基于bim的金属屋面健康监测方法，使用如上述任一项实施例所述的基于bim的金属屋面健康监测系统，实现对金属屋面的健康监测。
25.进一步地，该方法具体包括：
26.构建待监测金属屋面及其相关建筑的bim模型
27.通过检测装置采集金属屋面的实测数据，包括：所处的环境数据、受力数据和位移数据；
28.利用revit软件平台的二次开发功能，通过revit api开发工具，录入所述实测数据，分别存储在所述bim模型上，完成bim模型与实测数据的匹配对应关系；
29.利用revit api开发工具，在所述bim模型上处理实测数据，将采集的实测数据反馈到所述bim模型中，引起bim模型的动态更新。
30.进一步地，该方法还包括：
31.当所述实测数据超过安全阈值，通过所述bim模型发出报警信号，确定金属屋面报警部位。
32.进一步地，该方法还包括：
33.将bim模型的动态更新，通过所述bim模型实现屋面变化情况的可视化。
34.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
35.一种基于bim的金属屋面健康监测系统，包括：检测装置和监测服务器；所述检测装置由多个传感器设备构成，分别布置在待监测建筑的金属屋面内表面和外表面，实时检测金属屋面所处的环境数据、受力数据和位移数据；所述监测服务器内置待监测金属屋面相关建筑的bim模型，将检测到的金属屋面所处的环境数据、受力数据和位移数据，反馈到所述bim模型；根据所述bim模型的动态变化，实现对金属屋面的健康监测。该系统利用bim技术，建立金属屋面及其相关建筑的bim模型，并在bim模型的基础之上进行二次开发。利用检测装置测得实测数据，传输到bim模型之上并进行数据处理，同时传输的数据和处理的结果反馈到bim模型之上，使得bim模型进行动态更新，将金属屋面的变化情况可视化，相关人员便可根据变化情况做出相应的维护措施，降低事故的发生率，实现对金属屋面的生命周
期进行实时监控，确保安全。
附图说明
36.图1为本发明实施例提供的基于bim的金属屋面健康监测系统的结构示意图；
37.图2为本发明实施例提供的监测服务器的功能结构框图；
38.图3为本发明实施例提供的基于bim的金属屋面健康监测系统的原理图；
39.图4为本发明实施例提供的基于bim的金属屋面健康监测方法的结构图。
具体实施方式
40.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.基于现有技术中，金属屋面很容易遭到强风等恶劣天气的破坏问题，本发明结合近几年新兴的建筑信息模型(building information modeling，bim)技术，在bim平台的基础之上建立金属屋面的健康监测系统。bim是建筑学、工程学及土木工程的新工具。
44.该系统通过在revit平台上建立金属屋面及相关建筑的bim模型，并在模型的基础之上结合检测装置测得实测数据搭建而成。通过将实测数据传输到bim模型之中实现bim的更新，利用bim技术动态变化的特性，可将bim模型的变化情况可视化，从而对金属屋面的变化情况进行实时监测，在恶劣天气情况下能及时掌握金属屋面的变化情况，从而做出相应的预防措施。
45.参照图1所示，本发明实施例提供的基于bim的金属屋面健康监测系统，包括：检测装置和监测服务器；检测装置由多个传感器设备构成，分别布置在待监测建筑的金属屋面内表面和外表面，实时检测金属屋面所处的环境数据、受力数据和位移数据；
46.监测服务器内置待监测金属屋面相关建筑的bim模型，将检测到的金属屋面所处的环境数据、受力数据和位移数据，反馈到bim模型；根据bim模型的动态变化，实现对金属屋面的健康监测。
47.其中，如图1所示，布置在金属屋面上表面的风速传感器1、加速度传感器2、风压传感器3和力传感器4，用于获取风速、风压、风加速度和风力参数；布置在金属屋面下表面的压力传感器5，用于测试室内压力参数；
48.布置在金属屋面与建筑连接处的位移传感器6，用于监测屋面与建筑连接处的形
变参数。还可以根据需要布置在建筑金属屋面边缘处、迎风面、面板与支座连接处、固定支架的螺栓连接处等位置。上述所有的传感器设备，作为采集终端节点，可按区域将数据包无线传输给室内zigbee协调器，zigbee协调器通过rs232串口与plc从站直连；plc从站和主站之间组建profinet星型网络，可以增加plc从站数量实现多对一通信；plc主站与监测服务器可置于中控室。另外，传感器设备也可以通过其它通信方式：如wifi、4g、5g通信模块传输数据到监测服务器。另外，本公开实施例对上述所有的传感器设备型号不作限定，只要能实现相应的检测功能，且可传输到监测服务器即可。
49.具体地，如图2所示，该监测服务器包括：
50.构建模块21，用于构建待监测金属屋面及其相关建筑的bim模型；可根据金属屋面施工图纸及建材等相关资料，在revit软件平台上建立与金属屋面及相关联建筑实体的物理和几何信息相同的bim模型。在建模过程中，不同组件的模型需要创建统一的轴网和标高，并创建得出整体建筑的框架-核心筒结构。建模过程严格按照建模规范要求进行建模，使得不同组件模型能很好的链接以及相互协同交互。
51.采集模块22，用于通过所述检测装置采集金属屋面的实测数据，包括：所处的环境数据、受力数据和位移数据；
52.录入匹配模块23，用于录入所述实测数据，分别存储在所述bim模型上，完成bim模型与实测数据的匹配对应关系；利用revit软件平台的二次开发功能，通过revit api开发工具，开发实测数据录入功能，实测数据查询功能等，将实测数据分布存储在bim模型之上，通过模型便可完成对相关区域实测数据的实时查看，使模型和数据形成一一对应的关系，完成实测数据与模型的联动。
53.反馈更新模块24，用于在所述bim模型上处理实测数据，将采集的实测数据反馈到所述bim模型中，引起bim模型的动态更新。
54.报警模块25，用于当所述实测数据超过安全阈值，并通过所述bim模型发出报警信号，确定金属屋面报警部位。
55.可视化模块26，用于将bim模型的动态更新，通过所述bim模型实现屋面变化情况的可视化。
56.安全阈值存储模块27，用于存储金属屋面的各个部位的环境数据、受力数据和位移数据的安全阈值，并提供增删改操作。
57.如图3所示，为该基于bim的金属屋面健康监测系统的工作原理图，利用revit api开发工具，在bim模型上开发数据处理功能。首先将采集得到的金属屋面的形变数据反馈到bim模型之中，引起bim模型的动态更新。并设置金属屋面在正常状态下的安全阈值数据，之后将实测数据阈值进行实时评估，若实测数据超过安全阈值，则反馈给bim模型，通过bim模型给出报警信号，确定金属屋面报警部位。
58.本发明实施例提供的基于bim的金属屋面健康监测系统，利用bim技术，建立金属屋面及其相关建筑的bim模型，并在bim模型的基础之上进行二次开发。利用检测装置测得实测数据，传输到bim模型上并进行数据处理，同时传输的数据和处理的结果反馈到bim模型上，使得bim模型进行动态更新，将金属屋面的变化情况可视化，相关人员便可根据变化情况做出相应的维护措施，降低事故的发生率。
59.该方案可应用到机场航站楼的金属屋面健康监测中，利用revit平台建立机场航
站楼的bim模型，并在金属屋面之上及金属屋面与建筑的连接处布置传感器，进行外部环境数据与内部结构变化数据的采集，之后基于bim模型进行二次开发，可对机场航站楼金属屋面进行健康监测并能及时对金属屋面受损部位进行报警，以便工作人员及时做好维保工作。
60.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种基于bim的金属屋面健康监测方法，参照图4所示，包括：
61.s10、构建待监测金属屋面及其相关建筑的bim模型。
62.s20、通过检测装置采集金属屋面的实测数据，包括：所处的环境数据、受力数据和位移数据；
63.s30、利用revit软件平台的二次开发功能，通过revit api开发工具，录入所述实测数据，分别存储在所述bim模型上，完成bim模型与实测数据的匹配对应关系；
64.s40、利用revit api开发工具，在所述bim模型上处理实测数据，将采集的实测数据反馈到所述bim模型中，引起bim模型的动态更新；
65.s50、当所述实测数据超过安全阈值，通过所述bim模型发出报警信号，确定金属屋面报警部位；
66.s60、将bim模型的动态更新，通过所述bim模型实现屋面变化情况的可视化。
67.本实施例中，步骤s10中，金属屋面及相关建筑的bim模型建立。根据金属屋面施工图纸及建材等相关资料，在revit软件平台上建立与金属屋面及相关联建筑实体的物理和几何信息相同的bim模型。在建模过程中，不同组件的模型需要创建统一的轴网和标高，并创建得出整体建筑的框架-核心筒结构。建模过程严格按照建模规范要求进行建模，使得不同组件模型能很好的链接以及相互协同交互。
68.在步骤s20中，实测数据采集；在金属屋面之上布置风速传感器，风压传感器，加速度传感器，力传感器；在金属屋面内则布置压力传感器用于测试室内压力；在金属屋面与建筑的连接处布置精密位移传感器，用于监测屋面与建筑连接处的形变情况。通过以上传感器的布置，构成了金属屋面健康监测系统的检测装置，用于采集金属屋面外部条件变化数据和结构变化数据。可参照图1所示，为各传感器的大致分布情况。
69.步骤s30中，利用revit软件平台的二次开发功能，通过revit api开发工具，开发实测数据录入功能，实测数据查询功能等，将实测数据分布存储在bim模型之上，通过模型便可完成对相关区域实测数据的实时查看，使模型和数据形成一一对应的关系，完成实测数据与模型的联动。
70.在步骤s40～60中，利用revit api开发工具，在bim模型上开发数据处理功能。首先将采集得到的金属屋面的形变数据反馈到bim模型之中，引起bim模型的动态更新。并设置金属屋面在正常状态下的安全阈值数据，之后将实测数据和安全阈值进行实时评估，若实测数据超过安全阈值，则反馈给bim模型，通过bim模型给出报警信号，确定金属屋面报警部位，以方便管理人员维修和及时补救。
71.本实施例中，将bim技术应用到金属屋面的健康监测中，利用bim模型的三维特性及动态变化特性，将实测数据与bim模型实行联动，使得由外部条件引起的金属屋面变化情况可视化，同时利用revit的二次开发功能，在bim模型中建立数据处理功能，将实测数据与安全阈值数据进行评估，并评估结果反馈到模型之中，引起bim模型动态更新，并提供报警
信息。相比现有的金属屋面健康监测系统，该系统能将屋面变化情况可视化，并对受损部位进行精准定位与反应，又有利于相关人员及时进行维护措施，同时也为金属屋面的健康检测研究提供了参考。
72.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。