CN112750200A - 一种基于bim技术的桥梁病害实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM技术的桥梁病害实现方法及装置，包括：利用参数化的建模方法建立桥梁结构总装模型并进行构件划分；在总装模型中，搭建资源表，并导入整理好的裂缝和其他病害参数表；分别建立裂缝及其他病害模型，将裂缝和其他病害参数与对应的模型通过公式进行关联，形成参数化病害模型；赋予参数化病害模型相应的属性包，并将模型封装成标准模型模板；在总装模型中，将标准模型模板映射至资源表，编制自动实例化程序，自动调用参数表中的参数至相应的模型，自动生成对应位置的模型；对总装模型中生成的裂缝和其他病害模型进行归类和分析。本发明可使病害成果得到直观的展示、并能实现独立病害的单独管理以及病害的自动归类。

Description

一种基于BIM技术的桥梁病害实现方法及装置

技术领域

本发明涉及桥梁检测领域，特别是涉及一种基于BIM技术的桥梁病害实现方法及装置。

背景技术

在公路领域，桥梁是确保公路交通运输顺畅的重要组成部分，而桥梁在进入运营期后，由于设计施工质量水平不一、服役环境复杂、养护处置不当、公路交通量和行车密度增大等原因，桥梁病害问题难以完全避免，对桥梁的正常使用和耐久性造成很大影响。因此有必要对桥梁结构进行定期检测和特殊检查，及时发现结构病害，为后续的桥梁维修加固提供可靠的数据支撑，以保证桥梁在服役期内正常运营。

目前，很多学者针对桥梁病害实现和管理方法做了相关研究，冯良平等(CN201010228137-基于CAD的桥梁病害管理系统及桥梁病害管理维护方法)基于二维CAD软件，实现了桥梁病害的检查、记录、处理及评估预测等工作；刘炳林等(CN201910519705-桥梁病害示意图的生成方法和装置)根据检测文本所属的桥梁构件，确定检测文本对应的展开图，根据检测文本自动生成桥梁病害示意图；吴学毅等(CN201310221947-一种基于三维可视化技术的桥梁病害标记方法)通过建立桥梁三维模型，根据现场获取的病害位置信息，通过选择三维模型中的病害构件的面生成二维平面图，并在二维平面图上实现桥梁病害的标记和展示。

然而已有的桥梁病害记录、统计和显示方法，仍存在较多不足，具体如下：

1、病害展示最终成果仍以二维图例展示，不够直观；

2、病害无属性等相关信息，并且属性不可以自定义拓展，不利于进行病害归类管理；

3、生成的病害图例仅作为显示图形，无法根据具体情况实现病害参数化驱动、病害分布情况统计和病害基于部件的管理等功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种桥梁病害实现方法及装置，使其可使病害成果得到直观的展示、并能实现独立病害的单独管理以及病害的自动归类。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于BIM技术的桥梁病害实现方法，包括：

S1：利用参数化的建模方法建立桥梁结构总装模型并进行构件划分，并预设好总体基准坐标系和各局部参考坐标系；

S2：在建立好的桥梁结构总装模型中，搭建资源表，并将整理好的裂缝和其他病害参数表并导入资源表中；

S3：以参考三维空间坐标系作为输入条件，分别建立裂缝及其他病害模型，将裂缝和其他病害参数与对应的模型通过公式进行关联，形成参数化病害模型；

S4：根据病害属性定制化需求，完成产品自定义属性拓展，并根据不同的病害类型设定不同的专业化属性包；赋予已经建立的参数化病害模型相应的属性包，并将模型封装成裂缝和其他病害标准模型模板；

S5：在建立好的桥梁结构总装模型中，将裂缝和其他病害标准模型模板分别映射至资源表，编制自动实例化程序，自动调用裂缝和其他病害参数表中的参数至相应的模型，根据设置规则数量、输入条件、参数及属性信息，自动生成对应位置的模型，同时自动在模型属性栏中填写相应的信息；

S6：通过筛选参数、属性要素信息，对桥梁结构总装模型中生成的裂缝和其他病害模型进行归类和分析，实现病害构件化管理和可视化归类分析功能，并具备输出二维投影展开图和/或定制化统计图表功能。

作为本发明进一步地改进，所述S1中：所述桥梁结构总装模型依据桥梁设计资料、《公路桥梁技术状况评定标准》、实际现场检测和养护需求建立；所述总体基准坐标系是用于项目总体模型定位、作为建立局部参考坐标系的参考和校核病害空间位置使用；所述局部参考坐标系是作为建立结构各面病害的输入条件使用；对于曲面，局部参考坐标系的某一轴系方向应平行于该曲面的展开平面方向。

进一步地，所述S2中：在所述裂缝和其他病害参数表中，裂缝病害参数表应包含但不限于如下参数或属性：裂缝起点X坐标、裂缝起点Y坐标、裂缝终点X坐标、裂缝终点Y坐标、裂缝长度、裂缝深度、裂缝走向、检查项目和裂缝位置；其他病害参数表应包含但不限于如下参数或属性：病害X坐标、病害Y坐标、病害类型、病害位置。

进一步地，所述S3中：建立的裂缝模型应满足读取参数表中参数的要求，通过公式实现裂缝模型的参数化驱动，使用规则通过参数中起终点X、Y坐标的方向自动判别裂缝走向，并通过规则随机或根据设定生成不同类型的裂缝走势形状；建立的其他病害模型应满足读取参数表中参数的要求，通过公式实现病害模型的参数化驱动，建立多选参数，根据参数表中信息选择相应的病害类型，利用规则实现不同病害的图例形状调用。

进一步地，所述S3中：利用规则实现病害类型选择功能，根据病害实际情况自行进行智能判别，并实现利用规则达到检查病害特征及部件检查、提醒、警告功能。

进一步地，所述S5中：所述资源表是用来调用病害参数表、裂缝和其他病害标准模型模板的配置文件，通过可视化编程程序进行调用；所述可视化编程程序用于链接参数表和标准模型模板参数及属性的映射关系、选择对应需要附加的预设拓展属性包、界面化选择模型实例化位置和输入条件、调用附加规则。

进一步地，所述S6具体为：

S61：调取病害模型参数、规则和属性要素信息，筛选出需要分析的病害模型并在桥梁结构总装模型中进行空间定位和显示，消隐其他不关注病害模型；

S62：病害结构树整理，将同类病害归类至同一树下；

S63：利用规则检查病害是否存在误输参数、裂缝长度或宽度过大、病害面积过大问题，并对超出结构面的错误病害条件进行警告提示；

S64：是否修改或更新病害，若存在模型更新或修正，返回S61步骤，如为否则继续进行下一步骤；

S65：对筛选病害模型生成属性和参数清单表，进一步设定横竖轴对比或输出条件，生成柱状图、饼状图和/或表单类分析统计数据；

S66：将筛选的模型清单反馈至病害模型，将结构面展开并投影病害，输出二维病害展开图。

本发明还提供了一种基于BIM技术的桥梁病害实现装置，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法。

通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

1、运用本发明所述的一种基于BIM技术的桥梁病害实现方法，解决了二维病害展示不够直观的问题，在三维模型上通过读取病害要素表自动生成病害模型，可以清晰定位病害所属桥梁构件或部件空间位置。

2、生成的病害模型属性可以自定义拓展，且拓展属性信息和参数集与病害要素表参数化关联，后续进行病害修正或者调整只需修改病害要素表信息，已经生成的三维病害模型即可自动修改与要素表信息同步更新，避免重复录入工作。

3、生成的病害模型均为独立构件，可通过筛选属性和参数进行归类分析并生成柱状图、饼状图及表单等统计数据。进而将筛选的模型清单反馈至模型，输出二维病害投影图。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明一种基于BIM技术的桥梁病害实现方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中的BIM模型和对应病害示意图；

图3为病害统计分析流程示意图；

图4为本发明实施例中左幅顶板裂缝纵桥向分布情况图；

图5为本发明实施例中左幅箱外第二跨裂缝展开二维示意图。

具体实施方式

下面结合典型实例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的刚构桥实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种基于BIM技术的桥梁病害实现方法，其基本思想是：访问BIM数据的语义信息和几何信息属性包，部署自定义属性包到模型数据库，并附加到桥梁结构及病害模型。按照相关需求快速建立桥梁结构总装模型，整理裂缝和其他病害参数表，建立裂缝及其他病害标准模型模板，通过资源表将参数表与标准模型模板进行关联，利用自动化编程程序，依据结构模型以总体基准坐标系和局部参考坐标系作为输入条件，生成桥梁结构病害模型。通过筛选属性和参数对病害进行归类分析和统计，进而将筛选的模型输出为二维病害投影图。

如图1所示，以刚构桥作为实施例的基于BIM技术的桥梁病害实现方法具体如下：

S1：依据本实例刚构桥设计资料、《公路桥梁技术状况评定标准》和实际现场检测和养护需求，利用满足桥梁结构模型快速建立、便于后期参数调整等要求、规范固定参数建立标准化模板、便于修改和调用的参数化建模方法快速建立刚构桥结构总装模型，并进行构件划分，并预设好总体基准坐标系和各局部参考坐标系。

其中本刚构桥实例上部结构箱梁横断面为单箱单室型，箱梁底下缘及底板上缘均采用二次抛物线变化，箱梁单幅有2个悬臂浇筑“T”构，每个“T”构单侧有9个悬臂施工节段，最大悬臂施工长度为30.5m，其中墩顶0#号块长9m，1#～2#号块段长均为3m，3#～9#号块段长均为3.5m，边跨现浇段长为3.8m，中跨合龙段长为2m。因此本实例左幅桥梁结构划分按照施工节段从小桩号到大桩号划分为TP.L.1-1’—TP.L.1-10’、TP.L.2-1—TP.L.2-9、TP.L.2-10’—TP.L.2-1’、TP.L.3-1—TP.L.3-10、TP.L.1-0、TP.L.2-0共41个节段。同理右幅划分为TP.R.1-1’—TP.R.1-10’、TP.R.2-1—TP.R.2-9、TP.R.2-10’—TP.R.2-1’、TP.R.3-1—TP.R.3-10、TP.R.1-0、TP.R.2-0共41个节段。

本实例刚构桥结构模型中建立的总体基准坐标系是用于项目总体模型定位、作为建立局部参考坐标系的参考和校核病害空间位置使用；局部参考坐标系是作为建立结构各面病害的输入条件使用，特别地对于刚构桥箱梁底下缘及底板上缘曲面，局部坐标系的某一轴系方向应平行于该曲面的展开平面方向。

S2：按照检测人员记录习惯，分别整理裂缝病害参数表和其他病害参数表。其中裂缝病害参数表包含裂缝起点X坐标、裂缝起点Y坐标、裂缝终点X坐标、裂缝终点Y坐标、裂缝长度、裂缝深度、裂缝走向、裂缝颜色、裂缝类型、检查项目和裂缝位置等参数和属性。其中病害参数表应包括病害X坐标、病害Y坐标、病害类型、病害位置等参数和属性，本桥病害类型包括破损、蜂窝麻面、网状裂缝、碳化、锈蚀胀裂、渗水、孔洞、冻融、和白皙。

在建立好的桥梁结构总装模型中，搭建资源表并导入整理好的裂缝病害参数表和其他病害参数表。

S3：以参考三维空间坐标系作为输入条件，分别建立裂缝及其他病害模型。其中裂缝模型应满足读取参数表中参数的要求，通过公式实现裂缝模型的参数化驱动，使用规则通过参数中起终点X、Y坐标的方向自动判别裂缝走向，对于本实例，裂缝走向根据起终点X、Y坐标方向与局部参考坐标系的夹角分为纵向裂缝、斜向裂缝和竖向裂缝。通过规则实现基于不同的裂缝宽度范围对裂缝展示不同的颜色，对于本实例，裂缝颜色根据裂缝宽度区分为3种不同颜色，红色表示裂缝宽度在0-0.2mm范围内，蓝色表示裂缝宽度在0.2-0.5mm宽度范围内，黄色代表裂缝宽度在0.5mm以上。为了裂缝表现自然，通过规则随机生成不同类型的裂缝走势形状。其中其他病害模型应满足读取参数表中参数的要求，通过公式实现病害模型的参数化驱动，建立多选参数，根据参数表中信息选择相应的病害类型，利用规则实现不同病害的图例形状调用。

将裂缝和其他病害参数与对应的模型通过公式进行关联，达到病害参数化的目的；利用规则实现病害类型选择等功能，根据病害实际情况自行进行智能判别，对于本实例，对宽度超过0.5mm的裂缝进行弹窗提醒，对于裂缝或其他病害超出模型面范围的进行警告提示。

S4：根据病害属性定制化需求，完成产品自定义属性拓展，并根据不同的病害类型设定不同的专业化属性包。在创建的属性拓展集下添加相应的属性列表，包括属性名称、属性类型。属性类型包括但不限于字符串、整数型、布尔型、日期、实数、体积、面积、长度、角度、百分比等。针对本实例，属性类型主要包括字符串(String)、长度(Length)、日期(Date)、和面积(Area)。裂缝病害属性包中应包含的属性如表1所示，其他病害属性包中应包含的属性如表2所示，考虑到编程兼容性，属性名称为英文。

表1.实施例裂缝病害拓展属性表

属性含义	属性名称	属性类型
			名称	Name	String
工程部位	Location	String
			裂缝编码	CrackCode	String
描述	Description	String
			照片编号	PhotoNumber	String
裂缝长度	CrackLength	Length
			裂缝深度	CrackDepth	Length
裂缝类型	CrackType	String
			检测日期	TestingDate	Date
检测人员	TestingPersonnel	String
			检测单位	DetectionUnit	String

表2.实施例其他病害拓展属性表

赋予已经建立的参数化病害模型相应的属性包，并将模型封装成裂缝和其他病害标准模型模板。

S5：在建立好的刚构桥结构总装模型中，将裂缝和其他病害标准模型模板分别映射至资源表，编程自动实例化程序，自动调用裂缝和其他病害参数表中的参数至相应的模型，根据设置规则数量、输入条件、参数及属性信息，自动生成对应位置的模型，同时自动在模型属性栏中填写相应的信息。生成模型如图2所示，对于本刚构桥实例，共包括裂缝967条，其中左幅箱梁外侧裂缝108条，左幅箱梁内侧裂缝330条，右幅箱梁外侧裂缝83条，右幅箱梁内侧裂缝425条，右幅下部结构裂缝21条。

S6：利用参数、设定规则、属性等要素信息，对总装模型中生成的裂缝和其他病害模型进行归类和分析，实现病害构件化管理和可视化归类分析等功能，并具备输出二维展开图、定制化统计图表等功能。病害归类的目的是便于病害进阶分析和管理，可自定义选择归类病害所属构件或部件输出二维展开图、统计报表等，如图3所示，具体说明如下：

S61：调取病害模型参数、规则和属性等要素信息，筛选出需要分析的病害模型并在既有结构模型(总装模型)中进行空间定位和显示。本实例以裂缝作为说明，以工程部位(病害所依附节段)和病害Length属性作为筛选条件，消隐其他不关注病害模型；

S62：病害结构树整理，将同类裂缝病害归类至同一树下；

S63：利用规则检查裂缝病害是否存在误输参数、裂缝长度或宽度过大、病害面积过大等问题，并对超出结构面的错误病害警告做出处理；

S64：是否修改或更新病害，若存在模型更新或修正，返回S61步骤，如为否则继续进行下一步骤；

S65：对筛选的裂缝病害模型生成属性和参数清单表，进一步设定横竖轴等对比或输出条件，生成柱状分析图如图4所示；

S66：将筛选的裂缝模型清单反馈至模型，将结构面展开并投影裂缝病害，输出二维裂缝展开图如图5所示。

另外，本实施例还提供了一种基于BIM技术的桥梁病害实现装置，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法。由于硬件部分的装置属于本领域的惯常技术，在此不再展开描述。

综上所述，本发明实现了在三维模型上利用自动化方法，读取病害空间位置信息及要素表自动生成三维模型(三维病害模型)，每个病害作为单独的管理单元，具有独立的模型(而不是上述的在模型上挂载照片)。除了病害的自动化建模外，每个病害模型均为独立构件，通过拓展属性信息和参数集实现病害的自动归类，且生成的病害模型与病害空间位置信息及要素表互相关联。即通过读取病害信息，比如空间的X\Y\Z坐标和其他病害信息(如横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝)，自动生成三维病害模型，并且随时可以扩展病害的属性信息(如加入检测人员、检测日期等)，并且这些信息都是互相关联的。修改了表的内容(如更改了病害的X坐标，或者更改了检测人员的姓名)，病害的X坐标和对应的检测人员的参数也会变更。同理，修改模型，表格也会相应驱动变更与模型保持一致。此外，可通过筛选属性和参数进行归类分析(比如病害类型、病害检测时间)并生成柱状图、饼状图及表单等统计数据。进而将筛选的模型清单反馈至模型，输出二维病害投影图(将三维模型直接投影生成二维病害图)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于BIM技术的桥梁病害实现方法，其特征在于，包括：

S1：利用参数化的建模方法建立桥梁结构总装模型并进行构件划分，并预设好总体基准坐标系和各局部参考坐标系；

S2：在建立好的桥梁结构总装模型中，搭建资源表，并将整理好的裂缝和其他病害参数表并导入资源表中；

S3：以参考三维空间坐标系作为输入条件，分别建立裂缝及其他病害模型，将裂缝和其他病害参数与对应的模型通过公式进行关联，形成参数化病害模型；

S4：根据病害属性定制化需求，完成产品自定义属性拓展，并根据不同的病害类型设定不同的专业化属性包；赋予已经建立的参数化病害模型相应的属性包，并将模型封装成裂缝和其他病害标准模型模板；

S5：在建立好的桥梁结构总装模型中，将裂缝和其他病害标准模型模板分别映射至资源表，编制自动实例化程序，自动调用裂缝和其他病害参数表中的参数至相应的模型，根据设置规则数量、输入条件、参数及属性信息，自动生成对应位置的模型，同时自动在模型属性栏中填写相应的信息；

S6：通过筛选参数、属性要素信息，对桥梁结构总装模型中生成的裂缝和其他病害模型进行归类和分析，实现病害构件化管理和可视化归类分析功能，并具备输出二维投影展开图和/或定制化统计图表功能。

2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法，其特征在于，所述S1中：

所述桥梁结构总装模型依据桥梁设计资料、《公路桥梁技术状况评定标准》、实际现场检测和养护需求建立；所述总体基准坐标系是用于项目总体模型定位、作为建立局部参考坐标系的参考和校核病害空间位置使用；所述局部参考坐标系是作为建立结构各面病害的输入条件使用；对于曲面，局部参考坐标系的某一轴系方向应平行于该曲面的展开平面方向。

3.根据权利要求1所述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法，其特征在于，所述S2中：

在所述裂缝和其他病害参数表中，裂缝病害参数表应包含但不限于如下参数或属性：裂缝起点X坐标、裂缝起点Y坐标、裂缝终点X坐标、裂缝终点Y坐标、裂缝长度、裂缝深度、裂缝走向、检查项目和裂缝位置；其他病害参数表应包含但不限于如下参数或属性：病害X坐标、病害Y坐标、病害类型、病害位置。

4.根据权利要求1所述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法，其特征在于，所述S3中：

建立的裂缝模型应满足读取参数表中参数的要求，通过公式实现裂缝模型的参数化驱动，使用规则通过参数中起终点X、Y坐标的方向自动判别裂缝走向，并通过规则随机或根据设定生成不同类型的裂缝走势形状；

建立的其他病害模型应满足读取参数表中参数的要求，通过公式实现病害模型的参数化驱动，建立多选参数，根据参数表中信息选择相应的病害类型，利用规则实现不同病害的图例形状调用。

5.根据权利要求1所述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法，其特征在于，所述S3中：

利用规则实现病害类型选择功能，根据病害实际情况自行进行智能判别，并实现利用规则达到检查病害特征及部件检查、提醒、警告功能。

6.根据权利要求1所述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法，其特征在于，所述S5中：

所述资源表是用来调用病害参数表、裂缝和其他病害标准模型模板的配置文件，通过可视化编程程序进行调用；

所述可视化编程程序用于链接参数表和标准模型模板参数及属性的映射关系、选择对应需要附加的预设拓展属性包、界面化选择模型实例化位置和输入条件、调用附加规则。

7.根据权利要求1所述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法，其特征在于，所述S6具体为：

S61：调取病害模型参数、规则和属性要素信息，筛选出需要分析的病害模型并在桥梁结构总装模型中进行空间定位和显示，消隐其他不关注病害模型；

S62：病害结构树整理，将同类病害归类至同一树下；

S63：利用规则检查病害是否存在误输参数、裂缝长度或宽度过大、病害面积过大问题，并对超出结构面的错误病害条件进行警告提示；

S64：是否修改或更新病害，若存在模型更新或修正，返回S61步骤，如为否则继续进行下一步骤；

S65：对筛选病害模型生成属性和参数清单表，进一步设定横竖轴对比或输出条件，生成柱状图、饼状图和/或表单类分析统计数据；

S66：将筛选的模型清单反馈至病害模型，将结构面展开并投影病害，输出二维病害展开图。

8.一种基于BIM技术的桥梁病害实现装置，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至7任意一项所述的基于BIM技术的桥梁病害实现方法。

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