基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统技术方案

本发明专利技术公开了基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，包括地震波数据采集系统、结构健康状况数据分析系统和结构安全预警反馈系统；地震波数据采集系统对地震波数据和结构的实时状态参数进行采集；结构健康状况数据分析系统对采集到的数据进行筛选分析和结构损伤识别；结构安全预警反馈系统根据结构损伤数据，依次完成结构损伤智能判断、灾情警报、最优逃生路径生成和逃生指示，结构安全预警反馈系统包括BIM信息模型平台模块。本发明专利技术能够全自动实时监测、实时反馈结构安全状况和及时规划出逃生路径，可实现建筑结构监测、警报和灾后救援、修复一体化，具有智能化、时效化和准确化的特点。确化的特点。确化的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统


[0001]本专利技术属于灾后应急处理领域，特别涉及了一种建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统。

技术介绍

[0002]地震有突发性、破坏性、不可预测和频率较高的特点。它作为一种自然灾害，易造成各类建(构)筑物坍塌、设施设备损害、交通通讯中断以及其他生命线工程破坏，进而导致人类生命与财产的损失，土木结构工程由于地震、火灾、飓风或各种长期荷载作用下会发生损伤，导致结构发生破坏或使用性能降低,埋下严重的安全隐患，进而造成人员财产的损伤。
[0003]然而，现阶段结构健康监测对结构健康状态的评价缺乏通用有效的损伤量化指标、数据多且复杂、成本高。此外，当地震灾害发生时，缺乏有效的逃生路径指引、后期灾后救援、修复工作效率低以及未能实现监测救援数据共享。因此，如何有效提高建筑结构损伤监测、灾情警报、逃生指示一体化，对于灾后救援具有重大的意义。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，包括地震波数据采集系统、结构健康状况数据分析系统和结构安全预警反馈系统；所述地震波数据采集系统对地震波数据和结构的实时状态参数进行采集；所述结构健康状况数据分析系统对采集到的数据进行筛选分析和结构损伤识别；所述结构安全预警反馈系统根据结构损伤数据，依次完成结构损伤智能判断、灾情警报、最优逃生路径生成和逃生指示，结构安全预警反馈系统包括BIM信息模型平台模块，通过BIM信息模型平台模块直观地在BIM模型上显示建筑结构损伤部位，并在BIM平台上显示逃生路径。
[0007]进一步地，所述地震波数据采集系统包括地声传感探头、电磁传感探头、位移传感器、加速度传感器和监视器。
[0008]进一步地，所述地震波数据采集系统中的各传感器采用神经网络拓扑优化方法，建立建筑物的空间三维有限元模型，对其进行有限元模态分析，取得传感器优化布置计算所需节点的各阶振型—位移模态数据，从而实现传感器的最优化布置路径。
[0009]进一步地，所述结构健康状况数据分析系统包括数据筛选分析模块和基于BP神经网络的结构探伤模块；所述数据筛选分析模块采用主成分分析法，对采集到的数据进行筛选；所述基于BP神经网络的结构探伤模块利用建立的BP神经网络对建筑结构进行损伤定位和损伤程度的识别。
[0010]进一步地，所述结构安全预警反馈系统还包括逃生路径生成模块，所述逃生路径
生成模块基于蚁群算法进行疏散路径规划，生成优化逃生路径。
[0011]进一步地，所述基于蚁群算法进行疏散路径规划的方法如下：
[0012]将建筑物在BIM模型中室内空间抽象为节点集V和通道集E组成G(V,E)的网络拓扑图，在节点集V中的节点分为普通节点和障碍节点，障碍节点表示不能通过的节点；通道集E中的通道E
ij
表示两个节点之间的有效通道；
[0013]将所有被疏散人员作为蚁群，则被疏散人员行进策略如下：
[0014][0015]其中，为被疏散人员k从节点i向节点j移动的概率；a
k
为被疏散人员k下一步允许选择的节点集合；α是信息启发因子，表示通道的相对重要性，反映了被疏散人员行进过程中所积累的信息浓度在疏散过程中的作用程度；β是期望启发因子，表示能见度的相对重要性，反映了被疏散人员行进过程中启发信息在其选择通道路径中的受重视程度；η
ij
(t)为启发式信息函数，表示被疏散人员从节点i向节点j转移的期望程度；Γ
ij
(t)为通道E
ij
上的信息素。
[0016]进一步地，所述启发式信息函数η
ij
(t)的表达式：
[0017][0018]其中，d
ij
为两个节点之间的距离。
[0019]进一步地，所述信息素更新规则如下：
[0020]Γ
ij
(t+1)＝(1
‑
Φ
ij
)Γ
ij
(t)+ΔΓ
ij
(t)
[0021]其中，Γ
ij
(t+1)为下一时刻的信息素，Φ
ij
为信息蒸发系数，ΔΓ
ij
(t)为信息素增量。
[0022]进一步地，其中m为蚁群规模，即被疏散人员数，为被疏散人员k通过通道E
ij
时信息素的贡献量，其表达式如下：
[0023][0024]其中，P为所有被疏散人员产生的信息浓度总量。
[0025]进一步地，所述结构安全预警反馈系统还包括报警反馈模块，报警反馈模块通过网络平台与公共报警服务平台联通，当建筑结构部位发生损伤或破坏时及时通知公共报警服务平台前往现场救援和灾后定位节点损伤部位修复；报警反馈模块还将建筑结构损伤情况和生成的最优逃生路径发送至用户手机客户端。
[0026]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0027]本专利技术将结构损伤数据与BIM信息模型平台准确化对应，使结构健康状况的监测
更加便捷化、信息化和可视化，实现全自动监测。本专利技术采用主成分分析法对地震波数据采集系统采集地震信息及数据进行筛选分析，进一步提高了数据信息的准确性与时效性。本专利技术基于蚁群算法和BIM信息模型平台，及时规划出逃生路径，更加智能化。本专利技术实现建筑结构监测、警报和灾后救援、修复一体化。
附图说明
[0028]图1是本专利技术系统基本组成框图；
[0029]图2是结构健康监测结果示意图；
[0030]图3是蚁群算法流程图；
[0031]图4是四层建筑物逃生路径示意图。
具体实施方式
[0032]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0033]本专利技术设计了一种基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，如图1所示，包括地震波数据采集系统、结构健康状况数据分析系统和结构安全预警反馈系统；所述地震波数据采集系统对地震波数据和结构的实时状态参数进行采集；所述结构健康状况数据分析系统对采集到的数据进行筛选分析和结构损伤识别；所述结构安全预警反馈系统根据结构损伤数据，依次完成结构损伤智能判断、灾情警报、最优逃生路径生成和逃生指示。
[0034]一、地震波数据采集系统包括：
[0035]地声传感探头、电磁传感探头：实时对临震、震时、震后的地声、电磁辐射，以及地温和地震振动数据进行采集和记录；
[0036]位移传感器、加速度传感器：建筑结构的状态参数(如变形、固有频率、振型)进行采集；
[0037]监视器：监视建筑内部动态画面；
[0038]地声传感探头、电磁传感探头、位移传感器、加速度传感器和监视器采用神经网络拓扑优化方法，建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，其特征在于：包括地震波数据采集系统、结构健康状况数据分析系统和结构安全预警反馈系统；所述地震波数据采集系统对地震波数据和结构的实时状态参数进行采集；所述结构健康状况数据分析系统对采集到的数据进行筛选分析和结构损伤识别；所述结构安全预警反馈系统根据结构损伤数据，依次完成结构损伤智能判断、灾情警报、最优逃生路径生成和逃生指示，结构安全预警反馈系统包括BIM信息模型平台模块，通过BIM信息模型平台模块直观地在BIM模型上显示建筑结构损伤部位，并在BIM平台上显示逃生路径。2.根据权利要求1所述基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，其特征在于：所述地震波数据采集系统包括地声传感探头、电磁传感探头、位移传感器、加速度传感器和监视器。3.根据权利要求2所述基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，其特征在于：所述地震波数据采集系统中的各传感器采用神经网络拓扑优化方法，建立建筑物的空间三维有限元模型，对其进行有限元模态分析，取得传感器优化布置计算所需节点的各阶振型—位移模态数据，从而实现传感器的最优化布置路径。4.根据权利要求1所述基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，其特征在于：所述结构健康状况数据分析系统包括数据筛选分析模块和基于BP神经网络的结构探伤模块；所述数据筛选分析模块采用主成分分析法，对采集到的数据进行筛选；所述基于BP神经网络的结构探伤模块利用建立的BP神经网络对建筑结构进行损伤定位和损伤程度的识别。5.根据权利要求1所述基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，其特征在于：所述结构安全预警反馈系统还包括逃生路径生成模块，所述逃生路径生成模块基于蚁群算法进行疏散路径规划，生成优化逃生路径。6.根据权利要求5所述基于BIM平台的建筑灾后疏散动态逃生路线优化系统，其特征在于：所述基于蚁群算法进行疏散路径规划的方法如下：将建筑物在BIM模型中室内空间抽象为节点集V和通道集E组成G(V,E)的网络拓扑图，在节点集V中的节点分为普通节点和障碍节点，障碍节点表示不能通过的节点；通道集E中的通道E
ij
表示两个节点之间的有效通道；将所有被疏散人员作为蚁群，则被疏散...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮思涵，陈忠范，冯岩，丁小蒙，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：