CN112665515A - 基于bim的钢结构变形监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于BIM的钢结构变形监测方法，通过获取钢结构的现场点云模型；将现场点云模型与BIM模型进行对比，以通过色谱的形式，表达出包括变形值超出理论允许偏差范围的钢结构的位置、钢结构的变形形式、理论偏差大于预设阈值的钢结构位置的监测结果，将监测结果反馈给现场，并对现场采取相对应的控制措施。本发明可以解决传统的结构变形监测手段布点工作量大、监测范围不全面、测量结果误差大以及现有BIM模型与现场情况脱节等问题，通过将三维激光扫描技术与BIM技术相结合，实现对建筑物施工过程进行整体连续监测，更快速、全面的体现建筑物的整体状态，为施工过程变形控制提供可靠的保障，同时提高社会及经济效益。

Description

基于BIM的钢结构变形监测方法

技术领域

本发明涉及一种基于BIM的钢结构变形监测方法。

背景技术

随着近年来建筑业的飞速发展，现代建筑越来越追求创新的外形，随之带来的结构形式越来越复杂，对施工过程中的结构变形监测的要求也越来越高。

变形监测采用的常规手段是测定目标建筑物重点部位测点的变形值，以代表建筑变形情况。常用的仪器有经纬仪、测距仪、全站仪等。这种以点带面的监测手段，仅能反应出局部位置处的变形，且通过人工测量，存在较大测量误差；此外，此方法工作量大，布点易受地形条件影响，存在较多短板。

另一方面，随着信息化程度的不断提高，BIM技术在建筑领域中的应用越来越普遍。但是目前，BIM模型通常与现场情况脱离开来，其模型建立往往缺乏适用性与有效性，难以为工程建设提供必要的现场数据信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM的钢结构变形监测方法。

为解决上述问题，本发明提供一种基于BIM的钢结构变形监测方法，包括：

获取钢结构的现场点云模型；

将现场点云模型与BIM模型进行对比，以通过色谱的形式，表达出包括变形值超出理论允许偏差范围的钢结构的位置、钢结构的变形形式、理论偏差大于预设阈值的钢结构位置的监测结果，将监测结果反馈给现场，并对现场采取相对应的控制措施；

根据所述监测结果，判定是否对所述钢结构增加监测频次，根据多次监测结果，总结钢结构的变形规律，并预测钢结构的后续变形趋势，并基于所述变形规律和后续变形趋势及时调整施工措施。

进一步的，在上述方法中，获取钢结构的现场点云模型，包括：

按规划好的测站布置图布设三维扫描仪，根据现场实际情况适当调整测站的三维扫描仪的位置；

对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型。

进一步的，在上述方法中，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型，包括：

扫描过程中保证三维扫描仪的稳定，避免车辆、施工等引起的地面振动。

进一步的，在上述方法中，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型，包括：

避免扬尘、烟雾等对三维扫描仪的数据采集质量造成的不良影响。

进一步的，在上述方法中，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描之后，还包括：

每一测站的三维扫描仪扫描结束后，在三维扫描仪上检查扫描质量，对缺失和异常数据重新扫描。

进一步的，在上述方法中，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描之后，还包括：

三维扫描仪的扫描作业结束后，检查扫描得到的点云数据覆盖范围完整性，对缺失和异常数据应及时补测。

进一步的，在上述方法中，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型，包括：

根据施工工序及对变形监测的要求，设置相应的数据采集频率；

基于所述数据采集频率，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型。

与现有技术相比，本发明通过获取钢结构的现场点云模型；将现场点云模型与BIM模型进行对比，以通过色谱的形式，表达出包括变形值超出理论允许偏差范围的钢结构的位置、钢结构的变形形式、理论偏差大于预设阈值的钢结构位置的监测结果，将监测结果反馈给现场，并对现场采取相对应的控制措施；根据所述监测结果，判定是否对所述钢结构增加监测频次，根据多次监测结果，总结钢结构的变形规律，并预测钢结构的后续变形趋势，并基于所述变形规律和后续变形趋势及时调整施工措施。本发明可以解决传统的结构变形监测手段布点工作量大、监测范围不全面、测量结果误差大以及现有BIM模型与现场情况脱节等问题，通过将三维激光扫描技术与BIM技术相结合，实现对建筑物施工过程进行整体连续监测，更快速、全面的体现建筑物的整体状态，为施工过程变形控制提供可靠的保障，同时提高社会及经济效益。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于BIM的钢结构变形监测方法的整体流程图；

图2是本发明一实施例的数据处理流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于BIM的钢结构变形监测方法，包括：

步骤S1，获取钢结构的现场点云模型；

步骤S2，将现场点云模型与BIM模型进行对比，以通过色谱的形式，表达出包括变形值超出理论允许偏差范围的钢结构的位置、钢结构的变形形式、理论偏差大于预设阈值的钢结构位置的监测结果，将监测结果反馈给现场，并对现场采取相对应的控制措施；

步骤S3，根据所述监测结果，判定是否对所述钢结构增加监测频次，根据多次监测结果，总结钢结构的变形规律，并预测钢结构的后续变形趋势，并基于所述变形规律和后续变形趋势及时调整施工措施。

具体的，三维激光扫描技术是近几年来逐步发展的一项高新技术，能够直接获取建筑表面的真实形态，但是其获取的数据以“点云”的形式展现，也难以与建筑物实体进行点对点匹配。

本发明能将三维激光扫描技术与BIM技术结合起来，凭借着其高效率、高精度、高分辨率、点云密度高等特点，通过扫描完整的获取建筑物表面信息，与三维BIM模型相结合，解决传统监测手段不能满足结构连续，对建筑物进行整体监测，实现快速、精准的结构变形监测，可为施工过程变形控制提供可靠的保障，同时提高社会及经济效益。

本发明可以解决传统的结构变形监测手段布点工作量大、监测范围不全面、测量结果误差大以及现有BIM模型与现场情况脱节等问题，通过将三维激光扫描技术与BIM技术相结合，实现对建筑物施工过程进行整体连续监测，更快速、全面的体现建筑物的整体状态，为施工过程变形控制提供可靠的保障，同时提高社会及经济效益。

如图1所示，可进行如下流程：

准备工作：在开始实施监测前，需确保理论BIM模型准确无误，调试好三维扫描仪，检查仪器电池电量、内存容量，相机镜头洁净程度等，保证仪器处于正常工作状态。

现场勘察：结合图纸、现场实际情况对待监测结构进行初步踏勘，确定监测范围、区块规划等。

控制网布设：

控制网应整体设计，分级布设，并应符合下列规定：

(1)控制网应根据测区内已知控制点的分布、地形地貌、扫描目标物的分布和精度要求，选定控制网等级并设计控制网的网形；

(2)控制网布设应满足扫描站布测和标靶布测需求；

(3)控制点宜选在主要扫描目标物附近且视野开阔的地方；

(4)控制网应全面控制扫描区域，在分区进行扫描作业时，还应对各区的点云数据配准起到联系和控制误差传递的作用。

扫描站的布设应符合以下规定：

(1)扫描站应设置在视野开阔、地面稳定的安全区域；

(2)扫描站应均匀布设，相邻扫描站间有效点云的重叠度应不低于30％；

(3)结构复杂、通视困难或者线路有拐角的情况应适当增加扫描站，保证足够的重叠率；

(4)必要时可搭设平台架设扫描站。

标靶布设：

根据测区分布图、测站布置设计图等资料，设计标靶布置图。

标靶布设应符合下列规定：

(1)标靶应在扫描范围内均匀布置且高低错落；

(2)标靶应布置在不易被移动、破坏的不可移动物体上；

(3)每一扫描站的标靶个数不宜过少，相邻两扫描站的公共标靶不应少于3个，采用ICP法配准点云时相邻两扫描站的公共标靶不应少于1个；

(4)标靶布置应尽可能靠近扫描站，确保像元大小符合精度要求；

(5)明显特征点可作为标靶使用。

本发明的基于BIM的钢结构变形监测方法一实施例中，步骤S1，获取钢结构的现场点云模型，包括：

按规划好的测站布置图布设三维扫描仪，根据现场实际情况适当调整测站的三维扫描仪的位置；

对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型。

在此，扫描过程中严格保证三维扫描仪的稳定，避免车辆、施工等引起的地面振动；避免扬尘、烟雾等对三维扫描仪的数据采集质量造成的不良影响。可如图2所示，得到钢结构的现场点云模型。

本发明的基于BIM的钢结构变形监测方法一实施例中，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描之后，还包括：

每一测站的三维扫描仪扫描结束后，在三维扫描仪上检查扫描质量，对缺失和异常数据重新扫描。

本发明的基于BIM的钢结构变形监测方法一实施例中，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描之后，还包括：

三维扫描仪的扫描作业结束后，检查扫描得到的点云数据覆盖范围完整性，对缺失和异常数据应及时补测。

本发明的基于BIM的钢结构变形监测方法一实施例中，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型，包括：

根据施工工序及对变形监测的要求，设置相应的数据采集频率；

基于所述数据采集频率，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型。

综上所述，本发明的核心原理是：通过将三维激光扫描技术与BIM技术相结合，将三维扫描的实景复制模型与BIM理论模型相对比，快速精准的找出建筑实体变形情况与理论分析的差异，总结施工过程中建筑构件变形规律，为后续施工控制提供可靠的理论依据，及时在过程中调整施工措施，提高结构安全性。

通常，钢结构在施工过程中的实际变形与理论变形存在出入，尤其是悬挑钢结构的变形并非严格按照理论情况是竖向线性变形的，线性变形之外还可能存在扭转变形、横向变形等，而这种变形情况，利用传统的单点监测方法由于其数据采集点有限而很难实施或实施代价较大。采用本发明的方法不仅可以更全面监测建筑变形，在表现形式上也更直观，更准确。

本发明通过将三维激光扫描技术与BIM技术相结合，实现对建筑物施工过程进行整体连续监测，更快速、全面的体现建筑物的整体状态，为施工过程变形控制提供可靠的保障，同时提高社会及经济效益。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于BIM的钢结构变形监测方法，其特征在于，包括：

获取钢结构的现场点云模型；

将现场点云模型与BIM模型进行对比，以通过色谱的形式，表达出包括变形值超出理论允许偏差范围的钢结构的位置、钢结构的变形形式、理论偏差大于预设阈值的钢结构位置的监测结果，将监测结果反馈给现场，并对现场采取相对应的控制措施；

根据所述监测结果，判定是否对所述钢结构增加监测频次，根据多次监测结果，总结钢结构的变形规律，并预测钢结构的后续变形趋势，并基于所述变形规律和后续变形趋势及时调整施工措施。

2.如权利要求1所述的基于BIM的钢结构变形监测方法，其特征在于，获取钢结构的现场点云模型，包括：

按规划好的测站布置图布设三维扫描仪，根据现场实际情况适当调整测站的三维扫描仪的位置；

对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型。

3.如权利要求2所述的基于BIM的钢结构变形监测方法，其特征在于，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型，包括：

扫描过程中保证三维扫描仪的稳定，避免车辆、施工等引起的地面振动。

4.如权利要求2所述的基于BIM的钢结构变形监测方法，其特征在于，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型，包括：

避免扬尘、烟雾等对三维扫描仪的数据采集质量造成的不良影响。

5.如权利要求2所述的基于BIM的钢结构变形监测方法，其特征在于，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描之后，还包括：

每一测站的三维扫描仪扫描结束后，在三维扫描仪上检查扫描质量，对缺失和异常数据重新扫描。

6.如权利要求2所述的基于BIM的钢结构变形监测方法，其特征在于，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描之后，还包括：

三维扫描仪的扫描作业结束后，检查扫描得到的点云数据覆盖范围完整性，对缺失和异常数据应及时补测。

7.如权利要求2所述的基于BIM的钢结构变形监测方法，其特征在于，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型，包括：

根据施工工序及对变形监测的要求，设置相应的数据采集频率；

基于所述数据采集频率，对设有标靶的三维扫描仪进行标靶的识别与精确扫描，以获得获取钢结构的现场点云模型。

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