CN105652830B - 一种基于bim的桥梁监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的桥梁监测系统，包括桥梁协同管理平台、通讯装置、终端装置、计算机、显示装置和智能机械设备，终端装置通过通讯装置与桥梁协同管理平台连接，桥梁协同管理平台与终端装置进行信息交互，桥梁协同管理平台与计算机连接，计算机与显示装置连接，智能机械设备通过通讯装置与桥梁协同管理平台连接。本发明的有益效果：以BIM技术为核心，以互联网、物联网、移动互联网、大数据、云计算信息技术为手段，将桥梁设计、建造和运营维护三阶段融合在一起，实现信息共享；面向多参与方、多阶段，为各阶段的BIM应用及各参与方的数据交换提供信息平台，实现各方信息的无损传递和共享；为今后桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据。

Description

一种基于BIM的桥梁监测系统

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，具体而言，涉及一种基于BIM的桥梁监测系统。

背景技术

近十年来，伴随高速铁路的快速发展，我国先后建成了武汉天兴洲长江大桥、南京大胜关长江大桥、济南黄河桥、铜陵长江大桥等一批具有代表性的铁路或公铁两用大跨度桥梁，它们不仅体量大、荷载重、运营速度高，而且结构新颖，设计美观。

这些桥梁的设计、建造和运营维护阶段都是独立的，导致信息不能共享，致使信息孤岛、应用孤岛、资源孤岛的出现。传统的桥梁监测系统多局限于桥梁本体结构，其主要功能是获取桥梁结构的响应参数，但是这种监测系统不仅缺少车线桥耦合场的监测内容，同时缺乏对设计、建造期信息的追踪管理和综合应用。随着认识的深入和新技术的出现，人们对桥梁安全运行功能的关注不再局限于运营维护中桥梁本体的监测，也在探求车线桥环境耦合场作用机理以及如何将不同阶段进行整合，从设计源头出发，将设计、建造和运营维护形成有效闭环反馈机制。

如上所述，既有桥梁监测系统将设计、建造和运营维护作为独立的三个阶段，缺少三阶段信息的交叉融合，形成了不同阶段的信息孤岛，导致面对不同管理者时，相关信息数据在传递过程中出现失真甚至丢失，这种传统的表现形式及监测系统存在一些不足的地方，比如：

1、以二维图纸作为信息主要载体，不易携带、传递和保存，且非专业人士较难理解；

2、关键施工工序多采用传统施工机具，效率偏低且人为因素影响大，施工信息传递仍依靠上传下达，沟通协调不足，信息追踪性差；

3、桥梁管养措施主要依靠定期检定和人工巡检结果，未将设计、建造及各种检测、监测数据进行联动分析。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种以BIM技术为核心，集设计、建造和运营维护为一体的基于BIM的桥梁全生命周期安全运行监测系统。

本发明提供了一种基于BIM的桥梁监测系统，包括桥梁协同管理平台、通讯装置、终端装置、计算机、显示装置和智能机械设备，所述终端装置通过所述通讯装置与所述桥梁协同管理平台连接，所述桥梁协同管理平台与所述终端装置进行信息交互，所述桥梁协同管理平台与所述计算机连接，所述计算机与所述显示装置连接，所述智能机械设备通过所述通讯装置与所述桥梁协同管理平台连接；所述通讯装置为网络通信装置、电视通信装置、语音信息通信装置、电子邮件服务器，其中网络通信装置为有线通信设备、无线通信设备、物联网设备、移动互联网设备和云服务器；所述终端装置为监测终端、传感装置、移动终端和桌面终端；所述计算机用于对所述桥梁协同管理平台进行操作；所述智能机械设备用于接收所述桥梁协同管理平台下发的施工建造信息，并根据所述施工建造信息进行桥梁的建造；

所述桥梁协同管理平台采用分层架构，分为四个层次，从上到下依次分别是：外部接口层、应用功能层、服务支撑层、数据处理层；

其中，

所述外部接口层包括桥梁信息接口、地理信息接口、BIM信息接口、FEM信息接口、视频图像接口、语音信息通信接口、网络通信接口和用户接口，用于实现数据对接和交换；

所述应用功能层包括三维设计协同模块、建造信息管理模块、运营维护服务模块，用于满足桥梁设计、桥梁建造、桥梁运营的全过程应用需求；

所述服务支撑层为所述应用功能层的实现提供多媒体服务、GIS地理信息服务、可视化展示服务；

所述数据处理层采集、处理、整合并存储所述桥梁协同管理平台运行所需的桥梁设计数据、桥梁建造数据和桥梁运营数据，为所述应用功能层的实现提供数据服务；

所述三维设计协同模块用于对桥梁进行BIM参数化建模，并与GIS系统、BIM系统、FEM系统连接，实现BIM信息模型的无损传递，所述三维设计协同模块包括BIM参数化建模模块和衔接模块；

所述建造信息管理模块用于对桥梁的施工、进度、安全、质量进行信息管理，所述建造信息管理模块包括虚拟施工模块、数字化施工模块、施工信息管理模块；

所述运营维护服务模块用于对桥梁的病害信息、结构状态、维修措施、维修设备进行信息管理，所述运营维护服务模块包括智能人工巡检模块、病害库及专家远程会商模块、基于状态修的管养模块。

作为本发明进一步的改进，所述BIM参数化建模模块对桥梁进行BIM参数化建模，所述BIM参数化建模模块包括桥梁的构件库和模型库，用于存储标准构件的几何、属性信息。

作为本发明进一步的改进，所述衔接模块通过所述地理信息接口、所述BIM信息接口和所述FEM信息接口分别与GIS系统、BIM系统、FEM系统进行连接。

作为本发明进一步的改进，所述数字化施工模块用于钢梁焊缝、数字化预拼装、螺栓连接、几何尺寸检测，所述数字化施工模块通过所述通讯装置与施工的智能机械设备进行连接，通过所述BIM参数化建模模块构建基于桥梁BIM模型的下料加工信息，所述施工信息管理模块通过所述通讯装置将加工信息下发至所述智能机械设备。

作为本发明进一步的改进，所述虚拟施工模块构建施工设备、施工工艺的相关族库，利用BIM系统进行施工4D虚拟建造，模拟施工过程，优化施工工艺和组织方案。

作为本发明进一步的改进，所述施工信息管理模块对施工信息采集、存储、分析和反馈，对施工物料、施工设备进行管控，获取有效的施工信息，所述施工信息管理模块包括GIS模块、基础信息模块、可视化交底模块、图片管理模块、平面结构分析模块、桩基础分析模块、视频监控模块、进度管理模块、安全管理模块、质量管理模块、成本管理模块、施工监控模块和竣工验收模块。

作为本发明进一步的改进，现场巡检人员通过所述终端装置采集数字化信息，包括文字、图片、音频、视频、桥梁病害信息以及所处位置，并把采集的信息传递到所述智能人工巡检模块，实现对桥梁病害的立体展示，所述智能人工巡检模块将巡检采集的病害信息上传至所述病害库及专家远程会商模块。

作为本发明进一步的改进，所述运营维护服务模块对桥梁病害信息的处理流程包括：

步骤1，所述智能人工巡检模块将所述终端装置巡检采集的病害信息上传至述病害库及专家远程会商模块中的病害库；

步骤2，所述病害库及专家远程会商模块对接收到的病害信息进行判断，如果该病害信息不需要处理，则进行步骤1，否则进行步骤3；

步骤3，将该病害信息存至所述病害库；

步骤4，判断该病害信息是否是新病害，如果该病害信息是新病害，则进行步骤5，否则进行步骤6；

步骤5，通过所述病害库及专家远程会商模块进行专家远程会商，并获取病害的有效处理措施，同时将处理措施存至所述病害库；

步骤6，直接通过所述病害库中储存的有效处理措施进行处理。

作为本发明进一步的改进，所述状态修的管养模块用于融合设计、建造、运营维护信息，利用大数据技术对多源异构数据进行分析，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，最终实现基于状态修的运营维护体系，同时为类似桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据，其中，多源异构数据来源于不同阶段和不同主体，这些阶段包括竣工验收、静态验收、联调联试、试运行、开通运营，这些主体包括桥梁监测、轨道线路监测、综合监测车、智能人工巡检。

作为本发明进一步的改进，所述用户接口包括建设方接口、设计方接口、运营方接口、科研院所接口和企业接口，实现不同用户对所述桥梁协同管理平台的操作。

本发明的有益效果为：

1、以BIM技术为核心，以互联网、物联网、移动互联网、大数据、云计算信息技术为手段，将桥梁设计、建造和运营维护三个阶段融合在一起，实现信息共享；

2、该系统面向多参与方、多阶段的BIM管理，为各阶段的BIM应用及各参与方的数据交换提供一体化信息平台支持，实现了各方信息的无损传递和共享；

3、将设计、建造和运营维护三阶段一体化，将各个阶段的信息融合共享，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，为类似桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种基于BIM的桥梁监测系统的结构示意图；

图2为图1中桥梁协同管理平台的结构示意图；

图3为图2中三维设计协同模块的结构示意图；

图4为图2中建造信息管理模块的结构示意图；

图5为图2中运营维护服务模块的结构示意图；

图6为运营维护服务模块对桥梁的病害信息的处理流程；

图7为状态修的管养模块的技术框架流程图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种基于BIM的桥梁监测系统，包括桥梁协同管理平台、通讯装置、终端装置、计算机、显示装置和智能机械设备，终端装置通过通讯装置与桥梁协同管理平台连接，桥梁协同管理平台与终端装置进行信息交互，桥梁协同管理平台与计算机连接，计算机与显示装置连接，智能机械设备通过通讯装置与桥梁协同管理平台连接；通讯装置为网络通信装置、电视通信装置、语音信息通信装置、电子邮件服务器，其中网络通信装置为有线通信设备、无线通信设备、物联网设备、移动互联网设备和云服务器；终端装置为监测终端、传感装置、移动终端和桌面终端；计算机用于对桥梁协同管理平台进行操作；智能机械设备用于接收桥梁协同管理平台下发的施工建造信息，并根据施工建造信息进行桥梁的建造；显示装置为任何能够显示桥梁协同管理平台数据的显示器。

如图2所示，桥梁协同管理平台采用分层架构，分为四个层次，从上到下依次分别是：外部接口层、应用功能层、服务支撑层、数据处理层。

其中，

外部接口层包括桥梁信息接口、地理信息接口、BIM信息接口、FEM信息接口、视频图像接口、语音信息通信接口、网络通信接口和用户接口，用于实现与其他系统的数据对接和交换；用户接口包括建设方接口、设计方接口，运营方接口、科研院所接口和企业接口，实现不同用户对桥梁协同管理平台的操作；

应用功能层包括三维设计协同模块、建造信息管理模块、运营维护服务模块，用于满足桥梁设计、桥梁建造、桥梁运营的全过程应用需求；

服务支撑层为应用功能层的实现提供多媒体服务、GIS地理信息服务、可视化展示服务；

数据处理层采集、处理、整合并存储所述桥梁协同管理平台运行所需的桥梁设计数据、桥梁建造数据和桥梁运营数据，为所述应用功能层的实现提供数据服务。

如图3所示，三维设计协同模块用于对桥梁进行BIM参数化建模，并与其他系统连接，实现BIM信息模型的无损传递，三维设计协同模块包括BIM参数化建模模块和衔接模块。BIM参数化建模模块对桥梁进行BIM参数化建模，可控制多类型参数，调整模型中数据关系，实现模型的几何和类型参数变化，适应复杂多变的结构设计，提高建模效率。BIM参数化建模模块包括桥梁的构件库和模型库，用于存储标准构件的几何、属性信息。衔接模块通过地理信息接口、BIM信息接口和FEM信息接口分别与GIS系统、BIM系统、FEM系统连接，实现数据模型无损传递，避免重复工作，提高分析效率。

如图4所示，建造信息管理模块用于对桥梁的施工、进度、安全、质量进行信息管理，建造信息管理模块包括虚拟施工模块、数字化施工模块、施工信息管理模块。虚拟施工模块构建施工设备、施工工艺的相关族库，利用BIM系统进行施工的4D虚拟建造，模拟施工过程，并检查主体结构、临时结构、施工的智能机械机具设备是否有碰撞，优化施工工艺和组织方案，实现零碰撞、零冲突、零返工。数字化施工模块用于钢梁焊缝、数字化预拼装、螺栓连接、几何尺寸检测，数字化施工模块基于物联网技术与施工的智能机械设备进行连接，通过BIM参数化建模模块构建基于桥梁BIM模型下料加工信息，并通过通讯装置将加工信息通过施工信息管理模块下发至智能机械设备，提高自动化水平。施工信息管理模块对施工信息采集、存储、分析和反馈，对施工物料、施工设备进行管控，获取有效的施工信息，施工信息管理模块包括GIS模块、基础信息模块、可视化交底模块、图片管理模块、平面结构分析模块、桩基础分析模块、视频监控模块、进度管理模块、安全管理模块、质量管理模块、成本管理模块、施工监控模块和竣工验收模块，结合建设、施工、监理、监控参与方需求，实现进度、质量、安全、成本施工信息的采集、存储、分析和反馈，对物料、设备资源进行动态管控，获取有效施工信息，不仅实现施工质量的可追踪，更为竣工验收资料的交付提供基础。

如图5所示，运营维护服务模块用于对桥梁的病害信息、结构状态、维修措施、维修设备进行信息管理，运营维护服务模块包括智能人工巡检模块、病害库及专家远程会商模块、基于状态修的管养模块。现场巡检人员通过终端装置采集数字化信息，包括文字、图片、音频、视频、桥梁病害信息以及所处位置，并把采集的信息传递到智能人工巡检模块，实现对桥梁病害的立体展示，有利于病害的可持续性追踪，方便追溯管理。智能人工巡检模块将巡检采集的病害信息上传至病害库及专家远程会商模块。如图6所示，运营维护服务模块对桥梁病害信息的处理流程包括：

步骤1，智能人工巡检模块将终端装置巡检采集的病害信息上传至述病害库及专家远程会商模块中的病害库；

步骤2，病害库及专家远程会商模块对接收到的病害信息进行判断，如果该病害信息不需要处理，则进行步骤1，否则进行步骤3；

步骤3，将该病害信息存至病害库；

步骤4，判断该病害信息是否是新病害，如果该病害信息是新病害，则进行步骤5，否则进行步骤6；

步骤5，通过病害库及专家远程会商模块进行专家远程会商，并获取病害的有效处理措施，同时将处理措施存至病害库；

步骤6，直接通过病害库中储存的有效处理措施进行处理。

如图7所示，为基于状态修的管养模块的技术框架流程图。基于状态修的管养模块融合设计、建造、运营维护信息，利用大数据技术对多源异构数据进行分析，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，最终实现基于状态修的运营维护体系，同时为类似桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据，其中，多源异构数据来源于不同阶段和不同主体，这些阶段包括竣工验收、静态验收、联调联试、试运行、开通运营，这些主体包括桥梁监测、轨道线路监测、综合监测车、智能人工巡检。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于BIM的桥梁监测系统，其特征在于，包括桥梁协同管理平台、通讯装置、终端装置、计算机、显示装置和智能机械设备，所述终端装置通过所述通讯装置与所述桥梁协同管理平台连接，所述桥梁协同管理平台与所述终端装置进行信息交互，所述桥梁协同管理平台与所述计算机连接，所述计算机与所述显示装置连接，所述智能机械设备通过所述通讯装置与所述桥梁协同管理平台连接；所述通讯装置为网络通信装置、电视通信装置、语音信息通信装置、电子邮件服务器，其中网络通信装置为有线通信设备、无线通信设备、物联网设备、移动互联网设备和云服务器；所述终端装置为监测终端、传感装置、移动终端和桌面终端；所述计算机用于对所述桥梁协同管理平台进行操作；所述智能机械设备用于接收所述桥梁协同管理平台下发的施工建造信息，并根据所述施工建造信息进行桥梁的建造；

所述桥梁协同管理平台采用分层架构，分为四个层次，从上到下依次分别是：外部接口层、应用功能层、服务支撑层、数据处理层；

其中，

所述外部接口层包括桥梁信息接口、地理信息接口、BIM信息接口、FEM信息接口、视频图像接口、语音信息通信接口、网络通信接口和用户接口，用于实现数据对接和交换；

所述应用功能层包括三维设计协同模块、建造信息管理模块、运营维护服务模块，用于满足桥梁设计、桥梁建造、桥梁运营的全过程应用需求；

所述服务支撑层为所述应用功能层的实现提供多媒体服务、GIS地理信息服务、可视化展示服务；

所述数据处理层采集、处理、整合并存储所述桥梁协同管理平台运行所需的桥梁设计数据、桥梁建造数据和桥梁运营数据，为所述应用功能层的实现提供数据服务；

所述三维设计协同模块用于对桥梁进行BIM参数化建模，并与GIS系统、BIM系统、FEM系统连接，实现BIM信息模型的无损传递，所述三维设计协同模块包括BIM参数化建模模块和衔接模块；

所述建造信息管理模块用于对桥梁的施工、进度、安全、质量进行信息管理，所述建造信息管理模块包括虚拟施工模块、数字化施工模块、施工信息管理模块；

所述运营维护服务模块用于对桥梁的病害信息、结构状态、维修措施、维修设备进行信息管理，所述运营维护服务模块包括智能人工巡检模块、病害库及专家远程会商模块、基于状态修的管养模块。

2.根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述BIM参数化建模模块对桥梁进行BIM参数化建模，所述BIM参数化建模模块包括桥梁的构件库和模型库，用于存储标准构件的几何、属性信息。

3.根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述衔接模块通过所述地理信息接口、所述BIM信息接口和所述FEM信息接口分别与GIS系统、BIM系统、FEM系统进行连接。

4.根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述数字化施工模块用于钢梁焊缝、数字化预拼装、螺栓连接、几何尺寸检测，所述数字化施工模块通过所述通讯装置与施工的智能机械设备进行连接，通过所述BIM参数化建模模块构建基于桥梁BIM模型的下料加工信息，所述施工信息管理模块通过所述通讯装置将加工信息下发至所述智能机械设备。

5.根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述虚拟施工模块构建施工设备、施工工艺的相关族库，利用BIM系统进行施工4D虚拟建造，模拟施工过程，优化施工工艺和组织方案。

6.根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述施工信息管理模块对施工信息采集、存储、分析和反馈，对施工物料、施工设备进行管控，获取有效的施工信息，所述施工信息管理模块包括GIS模块、基础信息模块、可视化交底模块、图片管理模块、平面结构分析模块、桩基础分析模块、视频监控模块、进度管理模块、安全管理模块、质量管理模块、成本管理模块、施工监控模块和竣工验收模块。

7.根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，现场巡检人员通过所述终端装置采集数字化信息，包括文字、图片、音频、视频、桥梁病害信息以及所处位置，并把采集的信息传递到所述智能人工巡检模块，实现对桥梁病害的立体展示，所述智能人工巡检模块将巡检采集的病害信息上传至所述病害库及专家远程会商模块。

8.根据权利要求7所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述运营维护服务模块对桥梁的病害信息的处理流程包括：

步骤1，所述智能人工巡检模块将所述终端装置巡检采集的病害信息上传至述病害库及专家远程会商模块中的病害库；

步骤2，所述病害库及专家远程会商模块对接收到的病害信息进行判断，如果该病害信息不需要处理，则进行步骤1，否则进行步骤3；

步骤3，将该病害信息存至所述病害库；

步骤4，判断该病害信息是否是新病害，如果该病害信息是新病害，则进行步骤5，否则进行步骤6；

步骤5，通过所述病害库及专家远程会商模块进行专家远程会商，并获取病害的有效处理措施，同时将处理措施存至所述病害库；

步骤6，直接通过所述病害库中储存的有效处理措施进行处理。

9.根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述状态修的管养模块用于融合设计、建造、运营维护信息，利用大数据技术对多源异构数据进行分析，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，最终实现基于状态修的运营维护体系，同时为桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据，其中，多源异构数据来源于不同阶段和不同主体，这些阶段包括竣工验收、静态验收、联调联试、试运行、开通运营，这些主体包括桥梁监测、轨道线路监测、综合监测车、智能人工巡检。

10.根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述用户接口包括建设方接口、设计方接口、运营方接口、科研院所接口和企业接口，实现不同用户对所述桥梁协同管理平台的操作。