BIM現(xiàn)澆橋梁支架安全智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)澆梁上部施工是安全、質(zhì)量重點監(jiān)控部位，因支架受過大荷載作用產(chǎn)生異常變形而產(chǎn)生失穩(wěn)垮塌現(xiàn)象[1]最為常見，特別是在本工程支架施工體量大的情況下，采用常規(guī)橋梁安全監(jiān)控效率低、步驟復(fù)雜、重復(fù)工作多[2]，對支架預(yù)壓及沉降觀測實時監(jiān)控與觀測是質(zhì)量安全保障的關(guān)鍵?，F(xiàn)澆橋梁施工時支架預(yù)壓及沉降觀測安全監(jiān)控一直是橋梁建設(shè)領(lǐng)域的監(jiān)測難點，為解決現(xiàn)澆橋梁支架施工的快速精確監(jiān)控預(yù)壓及沉降觀測問題，特開發(fā)現(xiàn)澆橋梁支架安全監(jiān)控系統(tǒng)。

1 關(guān)鍵技術(shù)

在承載部位設(shè)置系統(tǒng)測量點，順橋向布置，每個特征斷面的底板中線、底板邊線、懸臂端各布置監(jiān)測點[3]，同時對應(yīng)在基礎(chǔ)上布設(shè)監(jiān)測點。每個監(jiān)測點采用IOT物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備（智能應(yīng)力應(yīng)變傳感器），通過網(wǎng)絡(luò)與后臺的現(xiàn)澆橋梁支架BIM數(shù)據(jù)模型關(guān)聯(lián)，在該數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上實現(xiàn)項目所有支架建庫以及安全監(jiān)測信息實時更新。

通過BIM“工程級”三維輕量化驅(qū)動引擎，建立以物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備為基礎(chǔ)，實現(xiàn)監(jiān)測信息智能采集、數(shù)據(jù)智能處理的安全管理BIM平臺，達到實時安全監(jiān)測、自動化預(yù)警報知和精準應(yīng)急處置目的。

2 系統(tǒng)集成技術(shù)

2.1 模型創(chuàng)建與輕量化處理

先利用BIM技術(shù)進行三維參數(shù)化建模，將現(xiàn)狀支架的各種信息以統(tǒng)一的集成模型形式表達出來，方便后期工程項目的集成化和信息的完全共享。

綜合考慮，選型基于WebGL（全寫Web Graphics Library）的三維引擎。通過HTML腳本本身實現(xiàn)Web交互式三維動畫的制作，無需任何瀏覽器插件支持；利用后臺的圖形硬件加速功能對圖形渲染展示，通過統(tǒng)一標準的跨平臺OpenGL接口，Web開發(fā)人員就能以系統(tǒng)顯卡在瀏覽器里更流暢地展示3D場景和模型，還能創(chuàng)建復(fù)雜的導(dǎo)航和數(shù)據(jù)視覺化。

以WebGL技術(shù)為基礎(chǔ)研發(fā)BIM模型轉(zhuǎn)換軟件，支持標準的BIM格式（IFC格式）數(shù)據(jù)到三維模型的自動轉(zhuǎn)化并實現(xiàn)BIM模型屬性數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，支持大數(shù)量的BIM模型發(fā)布[4]。現(xiàn)澆橋梁支架BIM工程模型通過輕量化處理后，在瀏覽器中即可查看模型和工程圖，而無需其他插件或下載，實現(xiàn)BIM模型數(shù)據(jù)輕量化共享。見圖1。

圖1 平臺瀏覽器查看模型效果

2.2 BIM/IOT系統(tǒng)集成

前端監(jiān)測IOT設(shè)備是現(xiàn)澆橋梁支架安全監(jiān)控系統(tǒng)的前端觸角，主要針對工程監(jiān)測需求進行系統(tǒng)設(shè)計，完成現(xiàn)澆橋梁支架應(yīng)力形變等信息的實時監(jiān)測。通過項目工區(qū)現(xiàn)場安裝監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變的物聯(lián)網(wǎng)IOT設(shè)備，利用無線4G網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_數(shù)據(jù)庫。在系統(tǒng)前端通過讀取后臺數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與分析。

每聯(lián)現(xiàn)澆梁架體搭好后，選擇每跨下最不利界面設(shè)置IOT監(jiān)測設(shè)備，將施工預(yù)壓、澆筑、拆模全過程桿件受力情況實時傳送至系統(tǒng)，通過系統(tǒng)集成實現(xiàn)BIM模型與現(xiàn)澆橋梁支架IOT應(yīng)力形變監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化展示。見圖2和圖3。

圖2 IOT設(shè)備監(jiān)測信息展示

圖3 平臺信息查詢展示

3 監(jiān)控系統(tǒng)功能框架

現(xiàn)澆橋梁支架安全監(jiān)控平臺共4個業(yè)務(wù)功能模塊，分別是結(jié)構(gòu)監(jiān)控管理模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊、用戶權(quán)限管理模塊、移動運用管理模塊。通過現(xiàn)澆橋梁支架監(jiān)控系統(tǒng)的前端傳感器，針對現(xiàn)澆橋梁支架工程監(jiān)測需求進行系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)現(xiàn)澆橋梁支架結(jié)構(gòu)形變應(yīng)力等信息的實時監(jiān)測。見圖4。

3.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變設(shè)備列表

系統(tǒng)界面中每一個數(shù)據(jù)條目對應(yīng)一個IOT設(shè)備。其中不同色彩表示當前設(shè)備監(jiān)控狀態(tài)：白色為應(yīng)力形變監(jiān)測值是正常狀態(tài)，黃色為當前設(shè)備監(jiān)測到異常的應(yīng)力形變值。同時，可以對設(shè)備進行過濾展示，在設(shè)備過濾框中，定義三個設(shè)備過濾條件分別是：監(jiān)控設(shè)備位置、關(guān)聯(lián)監(jiān)控設(shè)備及監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。通過以上三個過濾條件，可以在列表框中僅顯示關(guān)注的IOT設(shè)備。見圖5。

圖4 平臺功能模塊展示

圖5 監(jiān)控設(shè)備查詢列表

3.2 輕量化BIM三維瀏覽

輕量化好的BIM工程模型可以集成到現(xiàn)澆橋梁支架安全監(jiān)控系統(tǒng)中，通過輕量化BIM模型瀏覽器，實現(xiàn)在Web端對BIM的瀏覽查看，信息數(shù)據(jù)查詢及模型交互。

在BIM模型瀏覽器中，每一個閃爍熱點代表一個IOT應(yīng)力應(yīng)變設(shè)備信息。通過不色彩表達當前系統(tǒng)中，設(shè)備的不同運行狀態(tài)綠色為應(yīng)力形變值正常，黃色為應(yīng)力形變值異常。通過放置光標到熱點可以看到當前此設(shè)備的現(xiàn)場照片及IOT設(shè)備相關(guān)功能描述。見圖6。

圖6 IOT設(shè)備模型上展示

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

可以查詢當前系統(tǒng)IOT設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)年、月、日進行數(shù)據(jù)查詢，也可以設(shè)定某個時間段區(qū)間進行數(shù)據(jù)查詢并將數(shù)據(jù)以不同圖形方式進行展示，如：柱狀圖、面積圖、直線圖等。見圖7。

圖7 監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)匯總查看

3.4 移動端運用管理

現(xiàn)場管理人員可通過移動端實時收集項目現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)監(jiān)控報警事項。用戶可以查看“結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變監(jiān)控”列表顯示當前系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的IOT設(shè)備及相應(yīng)運行狀態(tài)；也可以打開BIM瀏覽器界面，定位當前選擇的IOT設(shè)備位置。通過模型上的熱點，可以訪問當前IOT設(shè)備詳細的設(shè)備信息與歷史運行數(shù)據(jù)狀態(tài)。見圖8。

圖8 移動查看展示

4 結(jié)語

針對橋梁支架開發(fā)的“現(xiàn)澆橋梁支架安全監(jiān)控系統(tǒng)”以“BIM+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)為依托，以大量的實際經(jīng)驗為基礎(chǔ)，成功的完成了系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)并順利應(yīng)用到濟南東客站綜合交通樞紐道路施工二標段實際項目當中，完全代替了原人工檢測手段，節(jié)約人力成本近百萬元并利用BIM技術(shù)真實還原了現(xiàn)場監(jiān)控情況，真正實現(xiàn)了現(xiàn)場智慧化信息集成管理，提高了項目風(fēng)險管理效率，為項目成功建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。