一种基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，包括：运维基础数据单元、BIM可视模型单元、病害智能采集单元、病害养护追踪单元、技术状况评定单元、结构监测预警单元、养护投资决策单元、虚拟现实论证单元及云服务器和客户端，其中基于层次分析法的养护投资决策算法可实现网络级维修处治优先级排序，以可视化BIM模型为多源异构数据载体可将全寿命周期数据融合应用于机电设施故障维修与土建结构加固处治方案的研选，同时将VR虚拟现实应用于专家论证过程，实现了针对隧道基于大数据分析的科学养护决策。于大数据分析的科学养护决策。于大数据分析的科学养护决策。

【技术实现步骤摘要】
一种基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统


[0001]本专利技术属于隧道工程
，特别涉及一种基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统。

技术介绍

[0002]我国公路建设蓬勃发展，大量隧道工程应运而生。近年随着“智慧交通”的大力发展，公路隧道的病害调查、监测预警等基本上实现了信息化、智能化；然而，数据孤岛现象明显，基础信息、病害信息、监测检测信息等多源异构数据没有实现有机融合，导致数据利用效率低，结构运营状态识别不准确等问题。隧道的决策管理平台在特长隧道管养中较常见，但随着多省推行交通运输行业改革，省级的养护投资计划管理模式逐步实施，基于大数据的决策方法和平台是解决问题的核心。
[0003]BIM技术近年在隧道设计、施工中快速发展，然而由于养护过程繁长，涉及单位、人员众多，数字化程度低且存在数据孤岛现象，导致该技术在养护管理过程中应用极少。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，基于层次分析法的养护投资决策算法可实现网络级维修优先级排序，融合经常检查(修)、定期检查(修)等业务数据，为养护维修和加固处治的选择提供科学支撑，并且应用BIM模型作为数据载体，应用VR技术以虚拟现实场景加强专家对隧道结构病害、变形的认识，同时可查阅各类型档案参数，开展线上交流讨论，对平台建议的养护维修和加固处治方案进行论证，保障总体方案的合理性。
[0005]一种基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，包括：运维基础数据单元、BIM可视模型单元、病害智能采集单元、病害养护追踪单元、技术状况评定单元、结构监测预警单元、养护投资决策单元、虚拟现实论证单元及云服务器和客户端；
[0006]所述的运维基础数据单元，包括隧道基本状况信息，用于养护投资决策计算中涉及的年度每公里收费额、年度经常检查次数、年平均降水量信息；
[0007]所述技术状况评定单元，根据《公路隧道养护技术规范(JTG H12
‑
2015)》，根据病害的发展情况进行自动评分，并生成病害展开图和评定报告；
[0008]所述结构监测预警单元，针对衬砌渗漏水技术状况评定分值低的公路隧道部署变形、应变、测试原件，监测结构的力学行为变化，设置预警阈值对非正常响应进行预警；
[0009]所述养护投资决策单元，依据机电设施故障维修措施与土建结构加固处治措施自动计算费用，基于层次分析法实现维修优先级排序，自动生成有限经费的分配方案，以及针对特殊目标的分配方案；所述机电设施故障维修措施，设定隧道机电设施不同类型的故障及其对应的维修方法、单价、单位；所述土建结构加固处治措施，设定公路隧道加固处治方案、单价、单位；所述基于层次分析法实现维修优先级排序，针对机电设施维修与土建结构处治提供不同的优先级排序算法。
[0010]进一步的，所述的BIM可视模型单元，直接显示机电故障、病害信息、结构监测测点及技术状况评定结果，点击具体位置后查看对应的电子档案、材质状况和状态参数，支持VR漫游，实现在虚拟现实环境中论证隧道维修处治方案合理性；所述电子档案包括建设期、运营期、图纸和报告资料。
[0011]进一步的，所述的养护投资决策单元，针对故障维修和加固处治，以经常检查和检修、定期检查和检修信息为基础数据支撑，以技术状况评定单元计算结果为直接支撑，融合运维基础数据单元进行智能辅助决策；所述的养护投资决策单元，遵循以下过程：
[0012]将路网隧道分为必须进行维修处治的隧道和可能需要维修处治的隧道两类，机电设施故障维修优先级与土建结构加固处治优先级分别计算，其中：机电设施技术状况为4类或机电设施分项评定状况值为3时，必须维修；土建结构技术状况为4或5类，或洞口、洞门、衬砌、路面和吊顶及预埋件评定状况值为3或4时，必须维修；
[0013]所述的养护投资决策单元，基于层次分析法建立机电设施维修优先级评价指标体系与土建结构加固优先级评价指标体系包括安全性指标和重要性指标两类，其中:
[0014]机电设施安全性指标包括：年度每公里收费额、路线等级、隧道交通工程与附属设施配置等级和隧道长度；
[0015]机电设施重要性指标包括：隧道机电设施技术状况评价总分、运营年限、年度经常检查次数和是否有斜竖井指标；
[0016]土建结构安全性指标包括：年度每公里收费额、路线等级、隧道长度和隧道跨度；
[0017]土建结构重要性指标包括：隧道土建结构技术状况评价总分、运营年限、年度经常检查次数、围岩特性、年平均降水量和地下水发育程度；
[0018]所述的年度每公里收费额、路线等级、隧道长度、隧道跨度、运营年限、隧道交通工程与附属设施配置等级、年度经常检查次数、是否有斜竖井指标、围岩特性、年平均降水量、地下水发育程度均从运维基础数据单元获得；所述的机电设施技术状况评价总分、土建结构技术状况评价总分从技术状况评定单元获得；
[0019]所述的养护投资决策单元，针对机电设施，根据专家调查法确定的权重为重要性指标0.33，安全性指标0.67；根据层次分析法计算各指标权重：年度每公里收费额0.315、路线等级0.127、隧道交通工程与附属设施配置等级0.147、隧道长度0.081；隧道机电设施技术状况评价总分0.140、运营年限0.076、年度经常检查次数0.051、是否有斜竖井指标0.063；
[0020]针对土建结构，根据专家调查法确定的权重为重要性指标0.33，安全性指标0.67；根据层次分析法计算各指标权重：年度每公里收费额0.241、路线等级0.101、隧道长度0.107、隧道跨度0.221；隧道土建结构技术状况评价总分0.099、运营年限0.043、年度经常检查次数0.026、围岩特性0.066、年平均降水量0.040、地下水发育程度0.056；
[0021]所述的养护投资决策单元，选择的决策参数按照5标
·
度法确定取值，机电设施评价指标取值如下：
[0022]根据或计算结果，得到每公里收费额决策指标取值：5
‑
[2.5,+∞)，4
‑
[2.0，2.5)，3
‑
[1.5,2.0)，2
‑
[1.0，1.5)，1
‑
[0，1.5)；
[0023]路线等级决策指标取值：5
‑
高速公路，4
‑
一级公路，3
‑
二级公路，2
‑
三级公路，1
‑
四
级公路；
[0024]隧道交通工程与附属设施配置等级决策指标取值：5
‑
A+，4
‑
A，3
‑
B，2
‑
C，1
‑
D；
[0025]隧道长度分类指标取值：5
‑
特长隧道，4
‑
长隧道，3
‑
中隧道，2
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的公路隧道多源异构数据融合决策系统，其特征在于，包括：运维基础数据单元、BIM可视模型单元、病害智能采集单元、病害养护追踪单元、技术状况评定单元、结构监测预警单元、养护投资决策单元、虚拟现实论证单元及云服务器和客户端；所述的运维基础数据单元，包括隧道基本状况信息，用于养护投资决策计算中涉及的年度每公里收费额、年度经常检查次数、年平均降水量信息；所述技术状况评定单元，根据《公路隧道养护技术规范(JTG H12
‑
2015)》，根据病害的发展情况进行自动评分，并生成病害展开图和评定报告；所述结构监测预警单元，针对衬砌渗漏水技术状况评定分值低的公路隧道部署变形、应变、测试原件，监测结构的力学行为变化，设置预警阈值对非正常响应进行预警；所述养护投资决策单元，依据机电设施故障维修措施与土建结构加固处治措施自动计算费用，基于层次分析法实现维修优先级排序，自动生成有限经费的分配方案，以及针对特殊目标的分配方案；所述机电设施故障维修措施，设定隧道机电设施不同类型的故障及其对应的维修方法、单价、单位；所述土建结构加固处治措施，设定公路隧道加固处治方案、单价、单位；所述基于层次分析法实现维修优先级排序，针对机电设施维修与土建结构处治提供不同的优先级排序算法。2.根据权利要求1所述的基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，其特征在于，所述的BIM可视模型单元，直接显示机电故障、病害信息、结构监测测点及技术状况评定结果，点击具体位置后查看对应的电子档案、材质状况和状态参数，支持VR漫游，实现在虚拟现实环境中论证隧道维修处治方案合理性；所述电子档案包括建设期、运营期、图纸和报告资料。3.根据权利要求2所述的基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，其特征在于，所述的养护投资决策单元，针对故障维修和加固处治，以经常检查和检修、定期检查和检修信息为基础数据支撑，以技术状况评定单元计算结果为直接支撑，融合运维基础数据单元进行智能辅助决策；所述的养护投资决策单元，遵循以下过程：将路网隧道分为必须进行维修处治的隧道和可能需要维修处治的隧道两类，机电设施故障维修优先级与土建结构加固处治优先级分别计算，其中：机电设施技术状况为4类或机电设施分项评定状况值为3时，必须维修；土建结构技术状况为4或5类，或洞口、洞门、衬砌、路面和吊顶及预埋件评定状况值为3或4时，必须维修；所述的养护投资决策单元，基于层次分析法建立机电设施维修优先级评价指标体系与土建结构加固优先级评价指标体系包括安全性指标和重要性指标两类，其中:机电设施安全性指标包括：年度每公里收费额、路线等级、隧道交通工程与附属设施配置等级和隧道长度；机电设施重要性指标包括：隧道机电设施技术状况评价总分、运营年限、年度经常检查次数和是否有斜竖井指标；土建结构安全性指标包括：年度每公里收费额、路线等级、隧道长度和隧道跨度；土建结构重要性指标包括：隧道土建结构技术状况评价总分、运营年限、年度经常检查次数、围岩特性、年平均降水量和地下水发育程度；所述的年度每公里收费额、路线等级、隧道长度、隧道跨度、运营年限、隧道交通工程与附属设施配置等级、年度经常检查次数、是否有斜竖井指标、围岩特性、年平均降水量、地下
水发育程度均从运维基础数据单元获得；所述的机电设施技术状况评价总分、土建结构技术状况评价总分从技术状况评定单元获得；所述的养护投资决策单元，针对机电设施，根据专家调查法确定的权重为重要性指标0.33，安全性指标0.67；根据层次分析法计算各指标权重：年度每公里收费额0.315、路线等级0.127、隧道交通工程与附属设施配置等级0.147、隧道长度0.081；隧道机电设施技术状况评价总分0.140、运营年限0.076、年度经常检查次数0.051、是否有斜竖井指标0.063；针对土建结构，根据专家调查法确定的权重为重要性指标0.33，安全性指标0.67；根据层次分析法计算各指标权重：年度每公里收费额0.241、路线等级0.101、隧道长度0.107、隧道跨度0.221；隧道土建结构技术状况评价总分0.099、运营年限0.043、年度经常检查次数0.026、围岩特性0.066、年平均降水量0.040、地下水发育程度0.056；所述的养护投资决策单元，选择的决策参数按照5标
·
度法确定取值，机电设施评价指标取值如下：根据或计算结果，得到每公里收费额决策指标取值：5
‑
[2.5,+∞)，4
‑
[2.0，2.5)，3
‑
[1.5,2.0)，2
‑
[1.0，1.5)，1
‑
[0，1.5)；路线等级决策指标取值：5
‑
高速公路，4
‑
一级公路，3
‑
二级公路，2
‑
三级公路，1
‑
四级公路；隧道交通工程与附属设施配置等级决策指标取值：5
‑
A+，4
‑
A，3
‑
B，2
‑
C，1
‑
D；隧道长度分类指标取值：5
‑
特长隧道，4
‑
长隧道，3
‑
中隧道，2
‑
短隧道；技术状况评价总分决策指标取值：5
‑
[84，92)，3
‑
[92，97)，2
‑
[97,100]；运营年限决策指标取值：5
‑
[30,+∞),4
‑
[20,30),3
‑
[10,20),4
‑
[5,10),5
‑
[0,5)；经常检查次数决策指标取值：5
‑
0，4
‑
[0，12)，3
‑
[12,24)，2
‑
[24,36),1
‑
[36,+∞)；是否有斜竖井决策指标取值：5
‑
设置斜竖井，1
‑
无斜竖井；土建结构评价指标取值如下：根据或计算结果，得到每公里收费额决策指标取值：5
‑
[2.5,+∞)，4
‑
[2.0，2.5)，3
‑
[1.5,2.0)，2
‑
[1.0，1.5)，1
‑
[0，1.5)；路线等级决策指标取值：5
‑
高速公路，4
‑
一级公路...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚广，张瑞，刘斌，张川川，王保生，赵晓晋，赵果萍，靳云梅，赵雪峰，何信，赵敏，
申请(专利权)人：山西省交通科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：