CN113705024A - 一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统及方法 - Google Patents

一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统及方法，属于钢结构仿真领域，所述系统包括：钢结构体模型库、动态模型仿真模块、仿真有效性判定模块、钢结构实时数据采集模块；所述方法包括：存储钢结构体模型；执行动态模型仿真，得到模型仿真结果；采集实时数据；进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果；判断所述有效性判定结果是否为有效；若判定结果为有效，则结束钢结构质量评估过程；若判定结果为无效，则利用所述实时数据重新进行动态模型仿真，得到实时更新的模型仿真结果。本申请解决了在构件、工序、环境等因素上的偏差累积，而最终发生仿真结构较大的偏离甚至是失效的问题。

Description

一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统及方法
技术领域
本申请属于钢结构仿真领域，具体涉及一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统及方法。
背景技术
现有技术中，对于建筑物的钢结构体，在真正施工前，一般需要建立钢结构体模型，基于该模型可以对钢结构体的完整施工进程逐步进行仿真和分析，从而评估钢结构体的质量状况等级。
但是，由于建筑物钢结构体的结构规模庞大，构件数量众多，作业工序多、作业时空跨度大，施工现场环境变化等因素，因此在实际施工过程中，利用上述钢结构体模型仿真和分析获得的质量状况等级，往往由于实际施工过程中，在构件、工序、环境等因素上的偏差累积，而最终发生较大的偏离甚至是失效。
发明内容
针对以上技术不足，本申请提出一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统及方法。
第一方面，本申请提出一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统，包括：钢结构体模型库、动态模型仿真模块、仿真有效性判定模块、钢结构实时数据采集模块；
所述钢结构体模型库、动态模型仿真模块、仿真有效性判定模块依次顺序相连接，所述钢结构实时数据采集模块分别与所述动态模型仿真模块以及仿真有效性判定模块相连接；
所述钢结构体模型库用于存储所述钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
所述动态模型仿真模块用于利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到模型仿真结果，并接收所述钢结构实时数据采集模块传递过来的实时数据，利用实时数据重新进行动态模型仿真，得到实时更新的模型仿真结果；
所述钢结构实时数据采集模块用于从建筑物钢结构的实际施工过程中采集实时数据，并将所述实时数据传递给所述仿真有效性判定模块，根据所述仿真有效性判定模块的判定结果，将实时数据发送到所述动态模型仿真模块；
所述仿真有效性判定模块用于根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果，若判定结果为有效，则告知所述钢结构实时数据采集模块，不需要发送所述实时数据到所述动态模型仿真模块；若判定结果为无效，则告知所述钢结构实时数据采集模块，需要发送实时数据到所述动态模型仿真模块。
所述施工场景的三维空间模型具有空间几何属性、空间物理属性以及空间功能属性；
所述结构体的三维结构模型具有结构几何属性、结构物理属性和结构功能属性。
所述动态模型仿真包括施工结构动态仿真、钢结构稳定性仿真、碰撞干涉仿真；所述模型仿真结果对应包括：施工结构动态仿真结果、钢结构稳定性仿真结果、碰撞干涉仿真结果；
所述模型仿真有效性包括：结构仿真有效性以及碰撞干涉仿真有效性。
所述结构仿真有效性指根据所述施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据的结构匹配程度，判断模型仿真有效性。
所述碰撞干涉仿真有效性指根据所述实时数据，进行碰撞干涉判定，适配所述碰撞干涉仿真结果，判断模型仿真的有效性。
所述实时数据包括实时结构数据、实时工序数据、实时场景数据。
所述实时结构数据指实际施工过程中钢结构体的实时结构状态的数据；
所述实时工序数据指实际施工过程中每一步工序的实际执行状态的记录数据；
所述实时场景数据指实际施工过程中覆盖钢结构体的有效空间内的环境和空间状态数据。
所述结构匹配程度采用匹配程度矩阵P进行表征，所述匹配程度矩阵P中的每一个值均由1或者0组成，1代表某项数据的仿真结果与实时数据相匹配，0代表某项数据的仿真结果与实时数据不匹配。
第二部分，本申请提出一种基于参数有效性的钢结构质量评估方法，包括如下步骤：存储钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到模型仿真结果；
从建筑物钢结构的实际施工过程中采集实时数据；
根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果；
判断所述有效性判定结果是否为有效；
若判定结果为有效，则结束钢结构质量评估过程；
若判定结果为无效，则利用所述实时数据重新进行动态模型仿真，得到实时更新的模型仿真结果。
所述判断所述有效性判定结果是否为有效，具体过程包括如下步骤：
根据所述施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据的结构匹配程度，判断模型仿真有效性；
根据所述实时数据，进行碰撞干涉判定，适配所述碰撞干涉仿真结果，判断模型仿真的有效性。
所述根据所述施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据的结构匹配程度，判断模型仿真有效性，过程如下：
将施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据进行比较，得到比较结果；
将所述比较结果组成匹配程度矩阵P；
判断所述匹配程度矩阵P中是否存在0；
若所述匹配程度矩阵P中存在0，则说明整体仿真结果与所述实时数据不匹配，需要采用0对应那项实时数据值重新进行仿真过程；
若所述匹配程度矩阵P中不存在0，则认为整体仿真结果与所述实时数据匹配，不需要重新进行仿真。
有益技术效果：
本申请提出一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统及方法，在钢结构体模型基础上，进行动态模型仿真，基于实时参数进行模型仿真有效性的判定，执行动态模型调整，从而实现钢结构体的质量状态评估调整。本申请解决了在构件、工序、环境等因素上的偏差累积，而最终发生仿真结构较大的偏离甚至是失效的问题。
附图说明
图1为本申请实施例的一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统原理框图；
图2为本申请实施例的一种基于参数有效性的钢结构质量评估方法流程图；
图3为本申请实施例的判断所述有效性判定结果是否为有效流程图；
图4为本申请实施例的按照匹配程度判断模型仿真有效性流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
第一方面，本申请提出一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统，如图1所示，包括：钢结构体模型库、动态模型仿真模块、仿真有效性判定模块、钢结构实时数据采集模块；
所述钢结构体模型库、动态模型仿真模块、仿真有效性判定模块依次顺序相连接，所述钢结构实时数据采集模块分别与所述动态模型仿真模块以及仿真有效性判定模块相连接；
所述钢结构体模型库用于存储所述钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
所述动态模型仿真模块用于利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到模型仿真结果，并接收所述钢结构实时数据采集模块传递过来的实时数据，利用实时数据重新进行动态模型仿真，得到实时更新的模型仿真结果；
所述钢结构实时数据采集模块用于从建筑物钢结构的实际施工过程中采集实时数据，并将所述实时数据传递给所述仿真有效性判定模块，根据所述仿真有效性判定模块的判定结果，将实时数据发送到所述动态模型仿真模块；
所述仿真有效性判定模块用于根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果，若判定结果为有效，则告知所述钢结构实时数据采集模块，不需要发送所述实时数据到所述动态模型仿真模块；若判定结果为无效，则告知所述钢结构实时数据采集模块，需要发送实时数据到所述动态模型仿真模块。
所述施工场景的三维空间模型具有空间几何属性、空间物理属性以及空间功能属性；
所述结构体的三维结构模型具有结构几何属性、结构物理属性和结构功能属性。
所述动态模型仿真包括施工结构动态仿真、钢结构稳定性仿真、碰撞干涉仿真；所述模型仿真结果对应包括：施工结构动态仿真结果、钢结构稳定性仿真结果、碰撞干涉仿真结果；
所述模型仿真有效性包括：结构仿真有效性以及碰撞干涉仿真有效性。
所述结构仿真有效性指根据所述施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据的结构匹配程度，判断模型仿真有效性。
所述碰撞干涉仿真有效性指根据所述实时数据，进行碰撞干涉判定，适配所述碰撞干涉仿真结果，判断模型仿真的有效性。
所述实时数据包括实时结构数据、实时工序数据、实时场景数据。
所述实时结构数据指实际施工过程中钢结构体的实时结构状态的数据；
所述结构匹配程度采用匹配程度矩阵P进行表征，所述匹配程度矩阵P中的每一个值均由1或者0组成，1代表某项数据的仿真结果与实时数据相匹配，0代表某项数据的仿真结果与实时数据不匹配。
所述判断模型仿真有效性即为判断所述匹配程度矩阵P中是否存在0，若存在0则说明整体仿真结果与所述实时数据不匹配，需要采用0对应那项实时数据值重新进行仿真过程，若所述匹配程度矩阵P中不存在0，则认为整体仿真结果与所述实时数据匹配，不需要重新进行仿真。
在具体应用中，若实时数据中钢结构体的种类数据改变，那么该项数据对应匹配程度矩阵P中的值为0，若实时数据中钢结构测量值落入预先设定的阈值范围之内，则该项数据对应匹配程度矩阵P中的值为1，若实时数据中钢结构测量值落入预先设定的阈值范围之外，则该项数据对应匹配程度矩阵P中的值为0。
所述实时工序数据指实际施工过程中每一步工序的实际执行状态的记录数据；
在具体应用中，若所述工序的实际执行状态的记录数据与所述仿真结果对应的数据不一致，则在所述匹配程度矩阵P中的值为0，若所述工序的实际执行状态的记录数据与所述仿真结果对应的数据一致，则在所述匹配程度矩阵P中的值为1。值得注意的是，所述实时工序数据只要不一致，就需要重新进行仿真，以便保证仿真结果的准确性。
所述实时场景数据指实际施工过程中覆盖钢结构体的有效空间内的环境和空间状态数据。
同样地，在具体应用中，若环境和空间状态数据与仿真时所用的数据不一致，则在所述匹配程度矩阵P中的值为0，若环境和空间状态数据与仿真时所用的数据一致，则在所述匹配程度矩阵P中的值为1。值得注意的是，所述实时场景数据也是同样的，只要不一致，就需要重新进行仿真，以便保证仿真结果的准确性。
第二方面，本申请提出一种基于参数有效性的钢结构质量评估方法，如图2所示，包括如下步骤：
步骤S1：存储钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
步骤S2：利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到模型仿真结果；
步骤S3：从建筑物钢结构的实际施工过程中采集实时数据；
步骤S4：根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果；
步骤S5：判断所述有效性判定结果是否为有效；
步骤S6：若判定结果为有效，则结束钢结构质量评估过程；
步骤S7：若判定结果为无效，则转到步骤S2，利用所述实时数据重新进行动态模型仿真，得到实时更新的模型仿真结果。
所述判断所述有效性判定结果是否为有效，具体过程包括如下步骤，如图3所示，其中S5.1与S5.2不分先后顺序：
步骤S5.1：根据所述施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据的结构匹配程度，判断模型仿真有效性；
步骤S5.2：根据所述实时数据，进行碰撞干涉判定，适配所述碰撞干涉仿真结果，判断模型仿真的有效性。
所述根据所述施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据的结构匹配程度，判断模型仿真有效性，如图4所示，过程如下：
步骤S5.1.1：将施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据进行比较，得到比较结果；
步骤S5.1.2：将所述比较结果组成匹配程度矩阵P；
步骤S5.1.3：判断所述匹配程度矩阵P中是否存在0；
步骤S5.1.4：若所述匹配程度矩阵P中存在0，则说明整体仿真结果与所述实时数据不匹配，需要采用对应那项实时数据值重新进行仿真过程；
步骤S5.1.5：若所述匹配程度矩阵P中不存在0，则认为整体仿真结果与所述实时数据匹配，不需要重新进行仿真。
实施例1：
针对跨度大的钢结构体质量评估，因为大跨度，其结构容易产生变形，故在对其进行钢结构质量评估中需要考虑实时采集变形监测数据，所述变形监测数据包括：横梁拱度测量值、横梁横向水平弯曲测量值、屋架绝对变形测量值，所述变形监测数据属于实时结构状态的数据中测量值。
存储跨度大的钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到跨度大的钢结构体模型仿真结果；
从跨度大的钢结构体的实际施工过程中采集实时数据；
根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果；
横梁拱度测量值，拱度是轻微凸度、拱形或曲度上部结构支架的各变形值之和，即为应设置的预拱度。本实施例建筑物屋盖有7榀大型钢结构屋架组成，分别编号为1~7号在每榀屋架下横梁和竖梁连接点附近设置监测点，预先设定的阈值范围为[-1°，1°]，若仿真结构对应横梁拱度的仿真值1~7号分别为：26、38.1、55.6、57.5、62、41.9、26.5。
实时数据中横梁拱度测量值1~7号分别为：26.4、39.4、55.87、57.85、62.2、42.7、26.69。
对比仿真值与实时数据测量值发现，2号测量值与仿真值相差为1.3，相差数据较大，已经大于预设定范围，故所述匹配程度矩阵P为[0 1 0 0 0 0 0]。存在一个0，则说明整体仿真结果与所述实时数据不匹配，需要重新进行仿真过程。
同样的横梁横向水平弯曲测量值、屋架绝对变形测量值也按照同样的方式机型钢结构质量评估。
实施例2：
针对地铁不锈钢车体的钢结构进行质量评估；
存储地铁不锈钢车体的钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到地铁不锈钢车体的钢结构体模型仿真结果；
从地铁不锈钢车体的钢结构体的实际施工过程中采集实时数据；
根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果；
地铁的车顶是由车顶弯梁、车顶边梁以及两个空调平台焊接而成的，其骨架外面安置不锈钢波纹顶板和侧顶板，车顶是无纵梁结构，使得车体的纵向力需要通过波纹顶板进行传递，进行仿真是其选择厚度为0.8mm的SUS 301L-MT不锈钢材料，车顶边梁采用厚度为3mm的矩形钢，不朽钢材料为SUS 301L-MT，位于侧顶板的弯梁厚度为2mm，而波纹顶板处的弯梁厚度为1.5mm，不锈钢材料均为SUS 301L-ST。而具体实施工程中，侧顶板的弯梁没有采用不锈钢材料均为SUS 301L-ST，而是采用了SUS 301L-MT不锈钢材料，那么当采集到此实时数据时，实时数据中钢结构体的种类数据改变，那么该项数据对应匹配程度矩阵P中的值为0，需要采用SUS 301L-MT不锈钢作为顶板的弯梁重新进行仿真，重新得到新的仿真结果。
实施例3：
针对一座跨越两座山峰之间的高架桥进行钢结构质量评估；
存储高架桥钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到高架桥钢结构体模型仿真结果；
从高架桥钢结构构体实际施工过程中采集实时数据；
根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果；
本实施例开始仿真时考虑到高架桥位于两座山峰之间，其湿度很大，其范围为60%~90%之间，其在钢结构表面涂的防锈漆也应该对应可以承受60%~90%这样一个湿度范围，然而，在实际施工过程中，实时数据采集过程中，经常存在湿度达到100%的情况，故实时数据中空间状态数据与仿真时的数据不一致，则在所述匹配程度矩阵P中的值为0，就需要重新进行仿真，以便保证仿真结果的准确性。
有关所述碰撞干涉仿真有效性，只要实时数据中有影响到碰撞干涉的，都需要进行重新仿真，碰撞干涉为本领域技术人员的公知技术，本申请不再赘述。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于参数有效性的钢结构质量评估系统，其特征在于，包括：钢结构体模型库、动态模型仿真模块、仿真有效性判定模块、钢结构实时数据采集模块；
所述钢结构体模型库、动态模型仿真模块、仿真有效性判定模块依次顺序相连接，所述钢结构实时数据采集模块分别与所述动态模型仿真模块以及仿真有效性判定模块相连接；
所述钢结构体模型库用于存储所述钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
所述动态模型仿真模块用于利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到模型仿真结果，并接收所述钢结构实时数据采集模块传递过来的实时数据，利用实时数据重新进行动态模型仿真，得到实时更新的模型仿真结果；
所述钢结构实时数据采集模块用于从建筑物钢结构的实际施工过程中采集实时数据，并将所述实时数据传递给所述仿真有效性判定模块，根据所述仿真有效性判定模块的判定结果，将实时数据发送到所述动态模型仿真模块；
所述仿真有效性判定模块用于根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果，若判定结果为有效，则告知所述钢结构实时数据采集模块，不需要发送所述实时数据到所述动态模型仿真模块；若判定结果为无效，则告知所述钢结构实时数据采集模块，需要发送实时数据到所述动态模型仿真模块。
2.如权利要求1所述的基于参数有效性的钢结构质量评估系统，其特征在于，包括：所述施工场景的三维空间模型具有空间几何属性、空间物理属性以及空间功能属性；
所述结构体的三维结构模型具有结构几何属性、结构物理属性和结构功能属性。
3.如权利要求1所述的基于参数有效性的钢结构质量评估系统，其特征在于，所述动态模型仿真包括施工结构动态仿真、钢结构稳定性仿真、碰撞干涉仿真；所述模型仿真结果对应包括：施工结构动态仿真结果、钢结构稳定性仿真结果、碰撞干涉仿真结果；
所述模型仿真有效性包括：结构仿真有效性以及碰撞干涉仿真有效性。
4.如权利要求3所述的基于参数有效性的钢结构质量评估系统，其特征在于，所述结构仿真有效性指根据所述施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据的结构匹配程度，判断模型仿真有效性。
5.如权利要求3所述的基于参数有效性的钢结构质量评估系统，其特征在于，所述碰撞干涉仿真有效性指根据所述实时数据，进行碰撞干涉判定，适配所述碰撞干涉仿真结果，判断模型仿真的有效性。
6.如权利要求5所述的基于参数有效性的钢结构质量评估系统，其特征在于，所述实时数据包括实时结构数据、实时工序数据、实时场景数据。
7.如权利要求6所述的基于参数有效性的钢结构质量评估系统，其特征在于，所述实时结构数据指实际施工过程中钢结构体的实时结构状态的数据；
所述实时工序数据指实际施工过程中每一步工序的实际执行状态的记录数据；
所述实时场景数据指实际施工过程中覆盖钢结构体的有效空间内的环境和空间状态数据。
8.如权利要求4所述的基于参数有效性的钢结构质量评估系统，其特征在于，所述结构匹配程度采用匹配程度矩阵P进行表征，所述匹配程度矩阵P中的每一个值均由1或者0组成，1代表某项数据的仿真结果与实时数据相匹配，0代表某项数据的仿真结果与实时数据不匹配。
9.一种基于参数有效性的钢结构质量评估方法，其特征在于，包括如下步骤：存储钢结构体模型，所述钢结构体模型包括：施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型；
利用所述施工场景的三维空间模型以及结构体的三维结构模型执行动态模型仿真，得到模型仿真结果；所述动态模型仿真包括施工结构动态仿真、钢结构稳定性仿真、碰撞干涉仿真；所述模型仿真结果对应包括：施工结构动态仿真结果、钢结构稳定性仿真结果、碰撞干涉仿真结果；
从建筑物钢结构的实际施工过程中采集实时数据；
根据所述实时数据对所述模型仿真结果进行模型仿真有效性的判定，得到有效性判定结果；
判断所述有效性判定结果是否为有效；
若判定结果为有效，则结束钢结构质量评估过程；
若判定结果为无效，则利用所述实时数据重新进行动态模型仿真，得到实时更新的模型仿真结果。
10.根据权利要求9所述的基于参数有效性的钢结构质量评估方法，其特征在于，所述判断所述有效性判定结果是否为有效，具体过程包括如下步骤：
根据所述施工结构动态仿真结果以及钢结构稳定性仿真结果与所述实时数据的结构匹配程度，判断模型仿真有效性；
根据所述实时数据，进行碰撞干涉判定，适配所述碰撞干涉仿真结果，判断模型仿真的有效性。
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