CN112182706A - 基于bim钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，涉及建筑信息模型应用技术领域，通过有限元分析软件，对钢结构的复杂施工工艺进行各阶段的模拟分析，得到各阶段结构变形与杆件应力；将数据导入BIM系统形成数据库；将杆件应力进行分级，根据应力级别创建模型配色方案；根据杆件应力级别匹配配色方案，以带应力可视化的界面显示。本发明分析方法实现钢结构复杂施工工艺施工各阶段实时监测，将实测数据与理论数据整合到系统数据库，现场施工人员便可以通过人机交互界面实时、直观的监测施工各阶段结构的姿态、变形和应力等重要内容。将大大提高现场施工技术水平和安装质量，对于打造智能化施工具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于BIM钢结构施工工艺带应力可视化分析方法，属于建筑信息模型应用技术领域。
背景技术
针对近年来，具有大体量、结构形式复杂等特征的钢结构建筑大量应用，对于施工企业在模拟分析、精度控制等方面提出了更高的要求。随着BIM技术的普及应用，通过可视化技术精确、直观的指导现场施工，具有明显的技术优势和发展前景。但目前BIM主要是模型的可视化，用于构件跟踪、进度把控；安装阶段结构受力是否合理无法判断，尤其是针对钢结构复杂施工工艺，保证现场安装阶段结构受力安全尤其重要。
若能通过数据接口，将有限元软件的计算模型、数据结果和现场实测的关键数据导入到BIM系统先前建立的数据库中，通过内部算法将现场安装各阶段的监测数据与施工模拟仿真分析得到的理论数据进行对比，并在系统界面窗口采用云图的方式进行显示。这样现场施工人员便可以通过人机交互界面实时、直观的监测施工各阶段结构的姿态、变形和应力等重要内容。以往的凭经验判断迭代为实时的数据对比分析，将大大提高现场施工技术水平和安装质量，对于打造智能化施工具有重要意义。
基于此，做出本申请。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种基于BIM钢结构施工工艺带应力可视化分析方法，解决目前现场安装时过于依赖施工经验，既有BIM系统只能实现模型可视化，无法对安装阶段结构受力性能进行合理评估的问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，包括如下：
第一步、通过有限元分析软件，对钢结构的复杂施工工艺进行各阶段的模拟分析，得到各阶段结构变形与杆件应力；
第二步、将模型和计算结果数据通过数据接口导入BIM系统，形成BIM数据库，数据库包括施工各阶段模型的姿态、变形与杆件应力；
第三步、创建有限元软件中的杆件编号与BIM系统中模型杆件编号的对应关系函数，从而形成有限元软件计算结果与BIM系统模型链接；
第四步、将有限元软件计算得到的杆件应力最大值和最小值进行合理分级，根据应力级别创建模型配色方案和对应的应力云图图例；
第五步、BIM系统根据数据库中各阶段结构的变形调整结构姿态，并读取杆件应力，同时根据杆件应力级别匹配对应的配色方案，以带应力可视化的界面显示。
进一步地，还包括
第六步、现场根据施工分析确定的方案进行施工，按阶段监测结构关键点位位移和关键杆件应力，并将监测数据添加到BIM数据库；
第七步、在BIM系统中设定阈值，实时调取BIM数据库中的数据，当实测数据与理论数据的偏差超过阈值时进行预警。
更进一步地，还包括第八步、BIM系统通过杆件编号的对应关系函数，计算得到预警数据对应的BIM系统模型杆件编号并高亮显示；
第九步、根据系统显示的位置进行检查，分析原因并对施工工艺进行微调，直至预警消失；
第十步、调整完成后继续施工，重复第六至第九步，直至安装完成。
进一步地，所述第二步：通过数据接口，将计算结果文件导入BIM数据库，作为应力可视化分析的数据文件。
进一步地，所述第三步：根据杆件编号的对应关系函数，完成BIM系统模型杆件与计算模型杆件一一对应，实现BIM模型与计算理论数据的链接。
进一步地，所述第四步：根据应力级别创建模型配色方案和对应的应力云图图例，进而通过人机交互界面实现BIM系统应力的可视化，便于现场施工人员直观的观测结构受力情况。
进一步地，所述第六步：通过全站仪、应变片等监测手段，实时监测结构关键点位位移和关键杆件应力，并将监测数据及时同步到BIM系统数据库完成数据更新，实现施工各阶段结构姿态和应力的可视化。
进一步地，所述BIM系统包括如下模块：
数据获取模块：用以获取BIM模型上的钢构件的安装位置、关键点变形、关键杆件应力等信息；
图形处理模块：用以将不同应力级别的杆件，按照系统配色方案进行显示；
数据判断模块：用以将理论分析数据和现场实测数据的偏差与系统阈值进行对比分析，作为是否预警的依据；
人机交互模块：用以根据数据判断模块得到的结果，将相关信息显示在界面；
数据输出模块：用以将施工过程数据分析结果，通过第三方平台发布给项目各相关方。
本发明能实现如下技术效果：
（1）本发明分析方法实现钢结构复杂施工工艺施工各阶段实时监测，将实测数据与理论数据整合到系统数据库，作为现场技术人员判断施工过程可靠性的依据，避免对施工经验的依赖和人为判断的主观性；
（2）本发明分析方法实现复杂施工工艺带应力可视化，改变传统BIM技术主要用于模型的可视化，用于构件跟踪、进度把控，安装阶段结构受力是否合理无法判断的现状；将施工与理论分析紧密结合到一起，实现BIM系统施工全过程结构杆件的应力可视化，现场施工人员便可以通过人机交互界面实时、直观的监测施工各阶段结构的姿态、变形和应力等重要内容。将大大提高现场施工技术水平和安装质量，对于打造智能化施工具有重要意义。
附图说明
图1为本实施例基于BIM钢结构施工工艺带应力可视化分析方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：
如图1所示，本实施例的一种基于BIM的钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析技术，所述带应力可视化分析技术在钢结构工程施工现场进行，包括如下步骤：
第一步、通过有限元分析软件，对结构的复杂施工工艺进行各阶段的模拟分析，得到各阶段结构变形与杆件应力。结构变形与计算模型节点编号一一对应，杆件应力与杆件编号一一对应；
第二步、将模型和计算结果数据通过数据接口导入BIM系统，形成数据库，数据库包括施工各阶段模型的变形与杆件应力。数据库以节点编号和杆件编号为关键字，通过关键字提取与之对应的数据；
第三步、创建有限元软件中的杆件编号与BIM系统中模型杆件编号的对应关系函数，从而形成有限元软件计算结果与BIM系统模型链接。链接形成后通过BIM系统中模型的编号值即可检索到对应的计算模型的编号，进而实现所述第二步的数据库中，变形和应力数据的提取和调用；
第四步、将有限元软件计算得到的杆件应力最大值和最小值进行合理分级，根据应力级别创建模型配色方案和对应的应力云图图例。根据应力从小到大，采用蓝、青、绿、黄、红的配色方案，高应力值的杆件为红色高亮显示；
第五步、BIM系统根据数据库中各阶段结构的变形调整结构姿态，并读取杆件应力，同时根据杆件应力级别匹配对应的配色方案。根据所述第四步中的配色方案，将BIM系统中模型杆件按对应的应力数据级别进行显示，完成BIM系统的带应力可视化操作，现场施工人员直接通过系统界面中杆件颜色判断出杆件应力级别，直观、快捷的指导现场施工；
第六步、现场监测不同施工阶段，结构关键点位位移和关键杆件应力，并将监测数据添加到BIM系统数据库。监测数据同样以节点和杆件编号为关键字进行读取和调用，便于和计算理论数据的对比；
第七步、在BIM系统中设定阈值，实时调取数据库中的数据，当实测数据与理论数据的偏差超过阈值时进行预警。阈值可根据结构类型和前期施工模拟分析数据人为调整，对于不同的结构类型和施工方案，允许产生的偏差值略有不同；
第八步、系统通过杆件编号的对应关系函数，计算得到预警数据对应的BIM系统模型杆件编号并高亮显示；
第九步、根据系统显示的位置进行检查，分析原因并对施工工艺进行微调，直至预警消失。施工过程中结构杆件受力均在弹性范围内，对结构姿态进行调整后，变形和应力均能回复到理论值附近，即消除系统预警提示；
第十步、调整完成后继续施工，重复第六至第九步，直至安装完成。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，其特征在于，包括如下：
第一步、通过有限元分析软件，对钢结构的复杂施工工艺进行各阶段的模拟分析，得到各阶段结构变形与杆件应力；
第二步、将模型和计算结果数据通过数据接口导入BIM系统，形成BIM数据库，数据库包括施工各阶段模型的姿态、变形与杆件应力；
第三步、创建有限元软件中的杆件编号与BIM系统中模型杆件编号的对应关系函数，从而形成有限元软件计算结果与BIM系统模型链接；
第四步、将有限元软件计算得到的杆件应力最大值和最小值进行合理分级，根据应力级别创建模型配色方案和对应的应力云图图例；
第五步、BIM系统根据数据库中各阶段结构的变形调整结构姿态，并读取杆件应力，同时根据杆件应力级别匹配对应的配色方案，以带应力可视化的界面显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，其特征在于，还包括
第六步、现场根据施工分析确定的方案进行施工，按阶段监测结构关键点位位移和关键杆件应力，并将监测数据添加到BIM数据库；
第七步、在BIM系统中设定阈值，实时调取BIM数据库中的数据，当实测数据与理论数据的偏差超过阈值时进行预警。
3.根据权利要求2所述的一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，其特征在于，还包括第八步、BIM系统通过杆件编号的对应关系函数，计算得到预警数据对应的BIM系统模型杆件编号并高亮显示；
第九步、根据系统显示的位置进行检查，分析原因并对施工工艺进行微调，直至预警消失；
第十步、调整完成后继续施工，重复第六至第九步，直至安装完成。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，其特征在于，所述第二步：通过数据接口，将计算结果文件导入BIM数据库，作为应力可视化分析的数据文件。
5.根据权利要求1所述的一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，其特征在于，所述第三步：根据杆件编号的对应关系函数，完成BIM系统模型杆件与计算模型杆件一一对应，实现BIM模型与计算理论数据的链接。
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，其特征在于，所述第四步：根据应力级别创建模型配色方案和对应的应力云图图例，进而通过人机交互界面实现BIM系统应力的可视化。
7.根据权利要求2所述的一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，其特征在于，所述第六步：通过全站仪、应变片等监测手段，实时监测结构关键点位位移和关键杆件应力，并将监测数据及时同步到BIM系统数据库完成数据更新，实现施工各阶段结构姿态和应力的可视化。
8.根据权利要求1所述的一种基于BIM钢结构复杂施工工艺带应力可视化分析方法，其特征在于：所述BIM系统包括如下模块：
数据获取模块：用以获取BIM模型上的钢构件的安装位置、关键点变形、关键杆件应力等信息；
图形处理模块：用以将不同应力级别的杆件，按照系统配色方案进行显示；
数据判断模块：用以将理论分析数据和现场实测数据的偏差与系统阈值进行对比分析，作为是否预警的依据；
人机交互模块：用以根据数据判断模块得到的结果，将相关信息显示在界面；
数据输出模块：用以将施工过程数据分析结果，通过第三方平台发布给项目各相关方。
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