装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种装配式建筑结构的全生命周期预测与监测方法及系统，属于智慧建筑领域。所述全生命周期预测与监测方法包括数据收集、施工参数预测、监测管理及参数分析，其中，施工参数预测与监测管理根据所收集数据通过机器学习完成，参数分析根据施工参数预测与监测管理的结果进行，分析后的决策数据再对所收集的数据进行补充和更新，在装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测过程中循环进行。本发明专利技术构建了用于装配式建筑结构施工过程的节点参数预测模型以及用于装配式建筑结构后期运维的节点参数监测模型，充分发挥了装配式建筑结构生产方式的优势，提高了装配式建筑结构的生产效率，及时预警失效周期进行灾害预防，延长了使用寿命。延长了使用寿命。延长了使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测方法及系统


[0001]本专利技术属于智慧建筑领域，具体涉及一种装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测方法及系统。

技术介绍

[0002]装配式混凝土结构体系是建筑工业化的生产方式，广泛应用在房屋建筑、桥梁工程和市政工程等领域，发挥着不可替代的作用。装配式建筑结构的施工过程及后期运维与传统的建筑结构都不相同。施工过程通过大量预制备的构件进行现场装配及浇筑，可以节约人工、缩短周期，但如何合理安排施工现场的物、料、人、材，决定了所达到的效果；在装配式建筑结构全生命周期的后期运维过程中，尚不清楚装配节点的失效周期、确切的影响因素等，缺少准确的安全评估。
[0003]现有技术中，在装配式建筑结构的施工现场，对人力资源、原料及预制构件、设备与施工机械等，一般根据专家经验进行适当调配，人为因素占据重要因素，存在极大的不稳定性，另外也因人工经验的局限性出现机器闲置、构件储存不当等问题，无法真正提高装配式建筑生产方式的效率；同时，后期运维过程尚无全面的、针对装配式建筑结构的节点预测或监测，无法对装配式建筑结构进行全生命周期的安全评估，导致无法预知建筑的失效点从而带来经济损失，甚至危害生命，无法真正发挥装配式建筑结构的优点。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本专利技术旨在提供一种装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测方法及系统，以提高装配式建筑结构的生产效率，及时预警失效周期进行灾害预防，延长使用寿命。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测方法，分为施工阶段与运维阶段；
[0007]其中，施工阶段包括：
[0008]步骤S1，根据装配式建筑结构的建筑图纸基于Revit程序构建建筑信息模型BIM模型和有限元模型，并读取结构构件及装配式结构数据，作为收集的初始数据，并存储在数据集Z中；
[0009]步骤S2，对数据集Z进行数据处理；
[0010]步骤S3，根据处理后的数据集Z及施工管理历史数据库中的数据，进行施工参数混合计算，得到施工布局优化管控参数，并将管控参数反馈给BIM模型，对BIM模型进行实时的动态更新；
[0011]步骤S4，在施工过程中，在关键节点处布设监测传感器，传感器实时采集装配式建筑结构已施工部分的结构及力学参数，将动态监测的数据进行数据存储；同时启动三维激光扫描仪，获取建筑数据并构建结构模型；将上述实时监测的结构及力学参数、结构模型同
时发送给数据集Z；在建筑结构完工前，再次转入步骤S2；建筑结构全部完工后，则进入运维阶段；
[0012]步骤S5，根据历史数据库，构建危险预测模型，再将所收集的数据输入危险预测模型中，对施工过程进行实时监测，并将所监测的结果反馈给BIM模型和有限元模型，对BIM模型和有限元模型进行实时的动态更新；
[0013]步骤S6，对所述动态更新后的BIM模型和有限元模型进行可视化分析，得到决策管理数据，并将决策管理数据反馈给数据集Z，转入步骤S2；
[0014]运维阶段包括：
[0015]步骤S7，启动气象地质类探测仪，实时收集气象地质数据并修复结构，实时记录结构修复数据，同时收集BIM模型和有限元模型参数、装配式结构参数、传感器实时监测参数、三维激光扫描仪扫描数据存储在数据集Z中；调用步骤S2对数据集Z进行数据处理后，再调用步骤S5和步骤S6,对装配式建筑结构进行实时监测；
[0016]步骤S8，云端根据气象地质数据，结合现存的历史灾害数据库，进行结构的灾害预测及灾后修复，当临近发生破坏时，云端提前做出预测反馈给运营者，预防灾难发生并进行危机干预；
[0017]步骤S9，云端根据所接收的结构数据实时更新BIM模型和有限元模型；在装配式建筑结构全生命周期的后期运维阶段，随着实体建筑结构的变化而带来BIM模型和有限元模型的变化，按预定时间间隔获取BIM和有限元模型生成的结构图片；对所述结构图片进行参数分析，通过分水岭算法找出微小不可视裂缝并确定其深度及位置，检测建筑挠度、裂缝变化，进行实时的安全评估。
[0018]上述方案中，所述步骤S3施工布局，包括对人员、机械设备及物资材料的分配及调用；所述混合计算，根据不同的神经网络构建N个装配式建筑施工模型，将所述数据集Z分为训练集、测试集，对所构建的N个装配式建筑施工模型进行训练；通过多种算法对参数进行计算得到多个预测结果，取多个结果的平均值，作为最优结果。
[0019]上述方案中，所述步骤S4中监测传感器，包括力传感器和位移传感器。
[0020]上述方案中，施工过程中，在预设第一类关键位置处预埋力传感器，在预设第二类关键位置处预埋位移传感器，并根据力传感器和位移传感器的监测数据计算相应位置处的实时力学参数和结构参数；同时，计算有限元模型中相同位置处的孪生力学参数和结构参数，通过实时力学参数和结构参数对所述孪生力学参数和结构参数进行校准，以保证有限元模型的准确性。
[0021]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测系统，所述系统包括：BIM模型和有限元模型构建模块、节点传感器、三维激光扫描仪、气象地质类探测仪、数据收集模块、数据处理模块、施工参数优化模块、危险预测模型构建模块、模型动态更新模块、可视化分析模块及决策管理模块；其中，
[0022]所述BIM模型和有限元模型构建模块用于根据装配式建筑结构的建筑图纸基于Revit程序构建BIM模型和有限元模型，并读取结构构件及装配式结构数据，发送给数据收集模块；
[0023]所述节点传感器在施工过程中布设于建筑结构内部，用于收集结构的力学参数及结构参数，并发送给数据收集模块；
[0024]所述三维激光扫描仪用于对建筑结构进行三维扫描并将扫描数据发送给数据收集模块；
[0025]所述气象地质类探测仪用于施工完成后收集环境中的气象地质数据，并将所述气象地质数据及记录的根据该气象地质数据进行结构修复后的修复数据发送给数据收集模块；
[0026]所述数据收集模块用于收集并更新数据，将数据存储在数据集Z中，发送给数据处理模块；
[0027]所述数据处理模块用于对数据集Z进行数据处理；
[0028]所述施工参数优化模块用于根据处理后的数据集Z及施工管理历史数据库中的数据，进行施工参数混合计算，得到施工布局优化管控参数，并将管控参数反馈给模型动态更新模块；
[0029]所述危险预测模型构建模块用于根据历史数据库，构建危险预测模型，再将所收集的数据输入危险预测模型中，对施工过程进行实时监测，并将监测结果反馈给模型动态更新模块；
[0030]所述模型动态更新模块用于读取BIM模型和有限元模型，并根据所接收的管控参数和监测结果对BIM模型模型进行实时的动态更新，根据监测结果对有限元模型进行实时的动态更新，将更新后的数据发送给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测方法，其特征在于，分为施工阶段与运维阶段；其中，施工阶段包括：步骤S1，根据装配式建筑结构的建筑图纸基于Revit程序构建建筑信息模型BIM和有限元模型，并读取结构构件及装配式结构数据，作为收集的初始数据，并存储在数据集Z中；步骤S2，对数据集Z进行数据处理；步骤S3，根据处理后的数据集Z及施工管理历史数据库中的数据，进行施工参数混合计算，得到施工布局优化管控参数，并将管控参数反馈给BIM模型，对BIM模型进行实时的动态更新；步骤S4，在施工过程中，在关键节点处布设监测传感器，传感器实时采集装配式建筑结构已施工部分的结构及力学参数，将动态监测的数据进行数据存储；同时启动三维激光扫描仪，获取建筑数据并构建结构模型；将上述实时监测的结构及力学参数、结构模型同时发送给数据集Z；在建筑结构完工前，再次转入步骤S2；建筑结构全部完工后，则进入运维阶段；步骤S5，根据历史数据库，构建危险预测模型，再将所收集的数据输入危险预测模型中，对施工过程进行实时监测，并将所监测的结果反馈给BIM模型和有限元模型，对BIM模型和有限元模型进行实时的动态更新；步骤S6，对所述动态更新后的BIM模型和有限元模型进行可视化分析，得到决策管理数据，并将决策管理数据反馈给数据集Z，转入步骤S2；运维阶段包括：步骤S7，启动气象地质类探测仪，实时收集气象地质数据并修复结构，实时记录结构修复数据，同时收集BIM模型和有限元模型参数、装配式结构参数、传感器实时监测参数、三维激光扫描仪扫描数据存储在数据集Z中；调用步骤S2对数据集Z进行数据处理后，再调用步骤S5和步骤S6,对装配式建筑结构进行实时监测；步骤S8，云端根据气象地质数据，结合现存的历史灾害数据库，进行结构的灾害预测及灾后修复，当临近发生破坏时，云端提前做出预测反馈给运营者，预防灾难发生并进行危机干预；步骤S9，云端根据所接收的结构数据实时更新BIM模型和有限元模型；在装配式建筑结构全生命周期的后期运维阶段，随着实体建筑结构的变化而带来BIM模型和有限元模型的变化，按预定时间间隔获取BIM模型和有限元模型生成的结构图片；对所述结构图片进行参数分析，通过分水岭算法找出微小不可视裂缝并确定其深度及位置，检测建筑挠度、裂缝变化，进行实时的安全评估。2.根据权利要求1所述的装配式建筑结构的全生命周期参数预测与监测方法，其特征在于，所述步骤S3施工布局，包括对人员、机械设备及物资材料的分配及调用；所述混合计算，根据不同的神经网络构建N个装配式建筑施工模型，将所述数据集Z分为训练集、测试集，对所构建的N个装配式建筑施工模型进行训练；通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健新，赵茜娅，翟越洋，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：