CN109708702A - 一种基于bim技术的铁路隧道病害检测系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统及使用方法，包括BIM技术病害检测模块以及与所述BIM技术病害检测模块相连的VR交互模块、服务器模块，以及与服务器模块相连的铁路隧道病害治理决策模块和铁路隧道病害检测装置；本发明的核心为BIM技术病害检测模块，通过建立铁路隧道三维BIM模型，可以实现铁路隧道病害全方位观测，让管理人员全局掌握，并基于BIM模型实现铁路隧道病害检测及处理的电子化、信息化管理；铁路隧道病害检测装置体积小巧，能够储存并上传病害的详细信息，大大提升了病害的检测效率和备案准确性；实时掌控铁路隧道病害特征，通过服务器模块根据大数据对交通事故进行评级以选用适宜的病害处理方案。

Description

一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统及使用方法

技术领域

本发明涉及铁路隧道病害检测技术领域，特别是一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统及使用方法。

背景技术

随着我国隧道工程的迅速发展，隧道修建数量不断增加。隧道结构多为混凝土结构，在铁路隧道运营过程中出现了诸多类型的病害，其中渗漏水、衬砌开裂剥落较为常见。病害严重时会影响铁路隧道的运营维护安全，导致的结构受力性能下降，断面形状改变甚至侵限，都会对铁路隧道的安全性产生不可能忽视的影响，因此如何在铁路隧道运营维护过程中及时有效的检测病害收到越来越多铁路隧道管理人员的关注。

目前，铁路隧道的日常检测工作通常是依靠维修天窗时间的人工检测。衬砌结构的开裂，隧道渗漏水等病害一般是通过人工肉眼识别，再进行标尺测量和相机拍照留底。由于铁路隧道中通常尚未设置照明设备，维护人员在日常工作中采用手电筒进行照明并登记病害具体类型和位置，由于整套检测方式比较原始，同时维修天窗的时间又有限，因此常常出现漏检现象并大大降低了检测效率。此外，在日常检测结束后，管理人员又需对铁路隧道病害情况进行整理和归档，容易再次降低病害信息准确率。

目前BIM技术已经成为土木工程领域未来主流发展趋势，是土建结构现代化管理的重要标识。构建一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统，使管理者可以清晰、有效、直观的对铁路隧道病害情况进行实时掌握，能显著提高铁路隧道病害处理的数字化、可视化和智能化水平。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统及使用方法，从而能够满足铁路隧道运营维护过程中病害检测的数字化、可视化和智能化要求，提高病害检测效率并便于管理者实时掌握铁路隧道的病害情况。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统，包括BIM技术病害检测模块以及与所述BIM技术病害检测模块相连的VR交互模块、服务器模块，以及与服务器模块相连的铁路隧道病害治理决策模块和铁路隧道病害检测装置；其中：

所述BIM技术病害检测模块，集成有铁路隧道的细部构造、竣工图纸、管理信息、服役年限寿命信息；用于与所述VR交互模块互联，建立BIM模型用于实现管理人员在铁路隧道BIM模型的实景体验并辅助做出病害处理决策；所述BIM技术病害检测模块与服务器模块互连，用于接受服务器模块的辅助决策信息并在铁路隧道病害检测期间对服务器模块下达指令；

所述服务器模块，用于储存铁路隧道病害检测情况、对病害检测过程进行跟踪，对病害类型进行分类，对病害等级进行评级，对病害原因进行分析；同时用于实现铁路隧道病害信息上传和互联互通，并对所述铁路隧道病害治理决策模块和铁路隧道病害检测装置发出指令；

所述VR交互模块，用于实现将铁路隧道BIM模型引入VR设备中，使管理人员通过虚拟场景置身于铁路隧道病害检测现场，在VR设备中实现模拟决策和方案制定功能；

所述铁路隧道病害治理决策模块，集成有铁路隧道各种病害类型的治理方案，用于对服务器模块下达的铁路隧道病害相关信息进行反应，以及自动定位病害位置，根据铁路隧道病害检测信息制定适宜的病害治理方案并上传至所述服务器模块；

所述铁路隧道病害检测装置，用于响应所述服务器模块指令，沿轨道沿铁路隧道纵向移动，对铁路隧道结构出现的病害进行检测，储存并上传病害检测结果至所述服务器模块。

进一步，所述铁路隧道病害检测装置包括铁路隧道道床钢轨作为工作轨道，以及设置在工作轨道上的铁路隧道病害检测小车，所述铁路隧道病害检测小车包括主体钢结构，主体钢结构两侧设有与主体钢结构相连的左侧臂和右侧臂，所述左侧臂和右侧臂下端均设有可在工作轨道上滑行的由行走轮驱动机构驱动的行走轮；所述主体钢结构上竖直设有竖向杆件，主体钢结构与竖向杆件末端之间设有用于驱动竖向杆件转动的旋转驱动装置；两组高清摄像头通过可转动机械臂与所述竖向杆件相连，所述竖向杆件顶部设有用于对铁路隧道衬砌渗漏水、表面裂缝和不平整等进行扫描的三维激光扫描仪；所述行走轮驱动机构、旋转驱动装置、高清摄像头、三维激光扫描仪分别与服务器模块相连，用于接收BIM技术病害检测模块下达的指令。

进一步，所述竖向杆件上设有用于为高清摄像头拍摄铁路隧道病害记录提供光源的强光照明灯，所述强光照明灯的照射方向与高清摄像头的镜头方向同向。

进一步，所述右侧臂通过转轴与主体钢结构右端转动连接，所述行走轮为万向轮。

另外，本发明还提供一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、所述BIM技术病害检测模块根据病害检测需要对铁路隧道病害检测装置发出控制指令沿工作轨道移动，并对病害类型，病害特征和病害位置进行记录，储存相关信息并上传至所述服务器模块；

S2、基于S1，服务器模块跟踪并记录铁路隧道病害检测全过程，对病害类型进行分类，对病害等级进行评级，对病害原因进行分析，对所述铁路隧道病害检测装置下达指令反复检测，将病害检测结果发送至所述铁路隧道病害治理决策模块；

S3、基于S2，所述铁路隧道病害治理决策模块根据病害检测结果制定适宜的病害治理方案反馈至所述服务器模块；

S4、基于S2、S3，通过服务器模块实现对所述BIM技术病害检测模块的核心控制，同时与BIM技术病害检测模块进行互联互通，建立基于三维铁路隧道场景的全方位病害视察；

S5、基于S4，BIM技术病害检测模块的交互设计，通过VR交互模块实现铁路隧道病害仿真，在VR设备中实现模拟视察，病害相关参数，病害处理方案效果预测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的核心为BIM技术病害检测模块，通过建立铁路隧道三维BIM模型，可以实现铁路隧道病害全方位观测，让管理人员全局掌握，并基于BIM模型实现铁路隧道病害检测及处理的电子化、信息化管理；

2.铁路隧道病害检测装置体积小巧，能够储存并上传病害的详细信息，大大提升了病害的检测效率和备案准确性；

3.实时掌控铁路隧道病害特征，通过服务器模块根据大数据对交通事故进行评级以选用适宜的病害处理方案。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图2为本发明的铁路隧道病害检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，本实施例的一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统，包括BIM技术病害检测模块1以及与所述BIM技术病害检测模块1相连的VR交互模块2、服务器模块3，以及与服务器模块3相连的铁路隧道病害治理决策模块4和铁路隧道病害检测装置5；当然，所有的模块都可以由市电作为电源进行供电，其中：

所述BIM技术病害检测模块1，集成有铁路隧道的细部构造、竣工图纸、管理信息、服役年限寿命信息；用于与所述VR交互模块2互联，建立BIM模型用于实现管理人员在铁路隧道BIM模型的实景体验并辅助做出病害处理决策；所述BIM技术病害检测模块1与服务器模块3互连，用于接受服务器模块的辅助决策信息并在铁路隧道病害检测期间对服务器模块3下达指令；

所述服务器模块3，用于储存铁路隧道病害检测情况、对病害检测过程进行跟踪，对病害类型进行分类，对病害等级进行评级，对病害原因进行分析；同时用于实现铁路隧道病害信息上传和互联互通，并对所述铁路隧道病害治理决策模块和铁路隧道病害检测装置5发出指令；

所述VR交互模块2，用于实现将铁路隧道BIM模型引入VR设备中，使管理人员通过虚拟场景置身于铁路隧道病害检测现场，在VR设备中实现模拟决策和方案制定功能；

所述铁路隧道病害治理决策模块4，集成有铁路隧道各种病害类型的治理方案，用于对服务器模块3下达的铁路隧道病害相关信息进行反应，以及自动定位病害位置，根据铁路隧道病害检测信息制定适宜的病害治理方案并上传至所述服务器模块3；

所述铁路隧道病害检测装置5，用于响应所述服务器模块3指令，沿轨道沿铁路隧道纵向移动，对铁路隧道结构出现的病害进行检测，储存并上传病害检测结果至所述服务器模块3。

如图2所示，本实施例中，铁路隧道病害检测装置5包括铁路隧道道床钢轨作为工作轨道501，以及设置在工作轨道501上的铁路隧道病害检测小车，所述铁路隧道病害检测小车包括主体钢结构502，主体钢结构502两侧设有与主体钢结构相连的左侧臂504和右侧臂505，所述左侧臂504和右侧臂505下端均设有可在工作轨道501上滑行的由行走轮驱动机构驱动的行走轮506（该行走轮驱动机构可以直接使用现有技术中存在的驱动装置，如类似于火车的驱动运动一样，本实施例应用的现有技术中的部件此实施例中不做赘述）；所述主体钢结构502上竖直设有竖向杆件507，主体钢结构502与竖向杆件507末端之间设有用于驱动竖向杆件507转动的旋转驱动装置503，该旋转驱动装置503可以由竖直固定在主体钢结构502上的电机和固定在电机上的减速器构成，竖向杆件507末端与减速器的输出轴固定连接，通过电机驱动减速器运转从而带动竖向杆件缓慢地转动，主要是配合后续的高清摄像头508、三维激光扫描仪511能够对隧道内360度全方位的检测；两组高清摄像头508通过可转动机械臂510与所述竖向杆件507相连，所述竖向杆件507顶部设有用于对铁路隧道衬砌渗漏水、表面裂缝和不平整等进行扫描的三维激光扫描仪511；所述行走轮驱动机构、旋转驱动装置503、高清摄像头508、三维激光扫描仪511分别与服务器模块3相连，用于接收BIM技术病害检测模块1下达的指令。

进一步，所述竖向杆件507上设有用于为高清摄像头508拍摄铁路隧道病害记录提供光源的强光照明灯509，所述强光照明灯509的照射方向与高清摄像头508的镜头方向同向。

进一步，所述右侧臂505通过转轴512与主体钢结构502右端转动连接，具体地右侧臂505和主体钢结构502右端内可以固定安装轴承（图中未画出），转轴5012的两端固定在轴承的内圈就能实现右侧臂505与主体钢结构502的转动连接；行走轮506为万向轮，以便于铁路隧道病害检测装置5能在工作轨道501上正常行驶和转向。具体地，如遇到工作轨道501两侧不一样高度和拐弯时，右侧臂3通过转动一定角度以使右侧的万向轮与右侧工作轨道501相配合，从而实现万向轮在工作轨道501上的正常行驶和转向。

使用本实施例的基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统，具体步骤如下：

S1、所述BIM技术病害检测模块1根据病害检测需要对铁路隧道病害检测装置5发出控制指令沿工作轨道501移动，并对病害类型，病害特征和病害位置进行记录，储存相关信息并上传至所述服务器模块3；

S2、基于S1，服务器模块3跟踪并记录铁路隧道病害检测全过程，对病害类型进行分类，对病害等级进行评级，对病害原因进行分析，对所述铁路隧道病害检测装置下达指令反复检测，将病害检测结果发送至所述铁路隧道病害治理决策模块4；

S3、基于S2，所述铁路隧道病害治理决策模块4根据病害检测结果制定适宜的病害治理方案反馈至所述服务器模块3；

S4、基于S2、S3，通过服务器模块3实现对所述BIM技术病害检测模块1的核心控制，同时与BIM技术病害检测模块1进行互联互通，建立基于三维铁路隧道场景的全方位病害视察；

S5、基于S4，BIM技术病害检测模块1的交互设计，通过VR交互模块2实现铁路隧道病害仿真，在VR设备中实现模拟视察，病害相关参数，病害处理方案效果预测。

综述，本发明的实施，可以通过建立铁路隧道三维BIM模型，可以实现铁路隧道病害全方位观测，让管理人员全局掌握，并基于BIM模型实现铁路隧道病害检测及处理的电子化、信息化管理；铁路隧道病害检测装置体积小巧，能够储存并上传病害的详细信息，大大提升了病害的检测效率和备案准确性；实时掌控铁路隧道病害特征，通过服务器模块根据大数据对交通事故进行评级以选用适宜的病害处理方案。

本实施例中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统，其特征在于，包括BIM技术病害检测模块以及与所述BIM技术病害检测模块相连的VR交互模块、服务器模块，以及与服务器模块相连的铁路隧道病害治理决策模块和铁路隧道病害检测装置；其中：

所述BIM技术病害检测模块，集成有铁路隧道的细部构造、竣工图纸、管理信息、服役年限寿命信息；用于与所述VR交互模块互联，建立BIM模型用于实现管理人员在铁路隧道BIM模型的实景体验并辅助做出病害处理决策；所述BIM技术病害检测模块与服务器模块互连，用于接受服务器模块的辅助决策信息并在铁路隧道病害检测期间对服务器模块下达指令；

所述服务器模块，用于储存铁路隧道病害检测情况、对病害检测过程进行跟踪，对病害类型进行分类，对病害等级进行评级，对病害原因进行分析；同时用于实现铁路隧道病害信息上传和互联互通，并对所述铁路隧道病害治理决策模块和铁路隧道病害检测装置发出指令；

所述VR交互模块，用于实现将铁路隧道BIM模型引入VR设备中，使管理人员通过虚拟场景置身于铁路隧道病害检测现场，在VR设备中实现模拟决策和方案制定功能；

所述铁路隧道病害治理决策模块，集成有铁路隧道各种病害类型的治理方案，用于对服务器模块下达的铁路隧道病害相关信息进行反应，以及自动定位病害位置，根据铁路隧道病害检测信息制定适宜的病害治理方案并上传至所述服务器模块；

所述铁路隧道病害检测装置，用于响应所述服务器模块指令，沿轨道沿铁路隧道纵向移动，对铁路隧道结构出现的病害进行检测，储存并上传病害检测结果至所述服务器模块。

2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统，其特征在于：所述铁路隧道病害检测装置包括铁路隧道道床钢轨作为工作轨道，以及设置在工作轨道上的铁路隧道病害检测小车，所述铁路隧道病害检测小车包括主体钢结构，主体钢结构两侧设有与主体钢结构相连的左侧臂和右侧臂，所述左侧臂和右侧臂下端均设有可在工作轨道上滑行的由行走轮驱动机构驱动的行走轮；所述主体钢结构上竖直设有竖向杆件，主体钢结构与竖向杆件末端之间设有用于驱动竖向杆件转动的旋转驱动装置；两组高清摄像头通过可转动机械臂与所述竖向杆件相连，所述竖向杆件顶部设有用于对铁路隧道衬砌渗漏水、表面裂缝和不平整等进行扫描的三维激光扫描仪；所述行走轮驱动机构、旋转驱动装置、高清摄像头、三维激光扫描仪分别与服务器模块相连，用于接收BIM技术病害检测模块下达的指令。

3.根据权利要求2所述的基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统，其特征在于：所述竖向杆件上设有用于为高清摄像头拍摄铁路隧道病害记录提供光源的强光照明灯，所述强光照明灯的照射方向与高清摄像头的镜头方向同向。

4.根据权利要求2所述的基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统，其特征在于：所述右侧臂通过转轴与主体钢结构右端转动连接，所述行走轮为万向轮。

5.一种如权利要求1所述的基于BIM技术的铁路隧道病害检测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述BIM技术病害检测模块根据病害检测需要对铁路隧道病害检测装置发出控制指令沿工作轨道移动，并对病害类型，病害特征和病害位置进行记录，储存相关信息并上传至所述服务器模块；

S2、基于S1，服务器模块跟踪并记录铁路隧道病害检测全过程，对病害类型进行分类，对病害等级进行评级，对病害原因进行分析，对所述铁路隧道病害检测装置下达指令反复检测，将病害检测结果发送至所述铁路隧道病害治理决策模块；

S3、基于S2，所述铁路隧道病害治理决策模块根据病害检测结果制定适宜的病害治理方案反馈至所述服务器模块；

S4、基于S2、S3，通过服务器模块实现对所述BIM技术病害检测模块的核心控制，同时与BIM技术病害检测模块进行互联互通，建立基于三维铁路隧道场景的全方位病害视察；

S5、基于S4BIM技术病害检测模块的交互设计，通过VR交互模块实现铁路隧道病害仿真，在VR设备中实现模拟视察，病害相关参数，病害处理方案效果预测。