一种基于BIM技术的房屋安全监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于BIM技术的房屋安全监测系统及方法，属于房屋安全监测技术领域，构建房屋的BIM三维模型，将BIM三维模型精简化处理，实现了BIM三维模型的边界线化简；对获得的点云数据进行降噪预处理，以过滤掉点云数据中大量的噪声和杂点，实现了三维点云数据的优化；对优化后的三维点云数据进行累加处理，实现了规律信息线性化，使数据中隐藏的规律性信息凸显出来；采用一阶一元预测算法对房屋结构的三维点云数据进行预测分析，将房屋结构的三维点云数据的预测值与精简化处理后的BIM三维模型进行对比，反馈并及时修正房屋施工情况。反馈并及时修正房屋施工情况。反馈并及时修正房屋施工情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于BIM技术的房屋安全监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及房屋安全监测
，更具体地说，它涉及一种基于BIM技术的房屋安全监测系统及方法。

技术介绍

[0002]随着国民经济的不断发展，近年来各种高层建筑、桥梁大坝、高铁隧道等大型、超大型工程越来越多。这些工程项目规模巨大，结构形式复杂多样，施工周期长，施工过程的有效运转涉及不同行业的工程施工人员，机械设备及错综复杂的物资材料资源等，使得项目的进度管理变得愈加复杂与困难。因此，实时、高效、精细化的项目计划进度分析和预警机制对工程项目追求更高的社会效益和经济效益具有重要的意义。
[0003]结构健康监测系统是一个整合了现代传感器技术、通信技术、以及结构分析等技术的跨学科的平台。其所涉及的监测信息存在数据量大、数据类型繁多，同时存在监测信息交互性差、分析计算分离等问题。
[0004]建筑信息模型（BIM）利用数字化手段构建建筑物的三维模型，该模型中包含了工程项目的设计和施工中涉及的全部信息，设计团队、施工团队等不同行业的工作人员可以基于BIM进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本，以实现可持续发展。在工程项目进度计划管理方面，BIM施工进度管理系统能够按照项目计划管理要求对项目的施工进度进行建模，从而实现“虚拟建造”，通过将生成的抽象计划进度表利用数字化手段转换为可视化更强的三维模型，使得项目管理者和决策者能够直观地跟踪项目施工的全过程，获得了较为广泛的应用。然而目前BIM技术仍然被作为计划层面的静态管理工具，实际工程项目在执行过程中受到人为因素、气候因素、资源因素等内在、外在多种因素影响，不可避免地会出现计划偏离的问题，如果不能实时地对计划偏差信息进行处理，将导致误差积累，最终影响资金计划、材料供应和劳工等各方面，严重时甚至影响工程质量和安全。
[0005]例如现有技术中，专利文献CN113051637A公开了一种关于公共医疗建筑的BIM建模方法，属于BIM建模
，采用测绘设备对医院建设现场进行扫描，采集建筑的地基数据、建筑骨架数据、机电干管分布数据和周围环境情况，获取到现场的点云模型数据，并根据上述数据建立数据库；对获取的现场型数据进行处理分析，根据点云模型数据利用BIM软件对现场结构逆向建模，根据地基数据以及骨架数据划分建筑单元，根据现场每个建筑单元的点云模型对每个建筑单元建立BIM模型；建立医用设备的三维模型，基于医用设备使用要求，对公共医疗建筑进行分区建模，分区施工。但是该技术方案未对施工过程进行监测，从而不能及时反馈并及时修正房屋施工情况。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于BIM技术的房屋安全监测方法，包括如下步骤：S1、构建房屋的BIM三维模型，将BIM三维模型精简化处理后输入中央处理器；
S2、获取施工中的房屋结构的三维点云数据，将获取的房屋的三维点云数据输入中央处理器；S3、采用一阶一元预测算法对房屋结构的三维点云数据进行预测分析；S4、将房屋结构的三维点云数据的预测值与精简化处理后的BIM三维模型进行对比，反馈并及时修正房屋施工情况。
[0007]进一步地，步骤S2中，S21、利用激光雷达测量施工中的房屋结构的三维点云数据；S22、对所述三维点云数据进行降噪预处理，进行三维点云数据优化操作。
[0008]进一步地，步骤S22中，定义一个点云空间边界，设每一个点云数据x在该点云空间边界及其内部都有一个对应的值f(x)，若点云数据x在该点云空间边界外部，则f(x)<0；反之，则f(x)>0；若f(x)＝0，则表示该点云数据在点云空间边界上，令f(x)＝0的点云数据x构造出边界等值曲面，根据边界等值曲面的点云数据进行三维点云数据优化。
[0009]进一步地，步骤S3包括如下步骤：S31，将优化后的三维点云数据分解为若干个便于监控的子云数据，ｎ为子云数据的总个数：；进行累加处理，得到式（1）： （1）；其中，；步骤32，计算的紧邻均值序列：；其中如式（2）： （2）；步骤33，构建一阶线性方程，得式（3）： （3）；式中，ａ为发展系数；ｂ为预测参数；步骤34，求解式（3），得到新的预测序列，得式（4）： （4）；其中，
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（5）；根据式（1）至（5）计算得到表达式（6）： （6）；其中，为的预测值；步骤35，对式（6）计算得到的预测值进行累减运算得到三维点云数据的预测值： （7）。
[0010]进一步地，步骤S4中，分析比较房屋结构的三维点云数据的预测值与精简化处理后的BIM三维模型，获取三维点云数据的预测值和BIM三维模型之间的相对空间几何误差值E，当E大于允许空间几何误差值E0时，反馈并及时修正房屋施工情况，并重新扫描修正后的房屋点云数据，再次计算三维点云数据的预测值，直至E≤E0。
[0011]进一步地，步骤S1中，所述精简化处理包括：根据BIM三维模型的几何数据中多边形的顶点个数判断其是否由三角面构成，对由三角面构成的多边形进行三角面片合并，对合并后的多边形采用三点法进行边界线化简，对不是由三角面构成的多边形，直接对其进行边界线化简。
[0012]本专利技术还提出了一种基于BIM技术的房屋安全监测系统，用于实现房屋安全监测方法，包括：中央处理器，激光雷达，BIM三维模型构建单元和监测单元；所述BIM三维模型构建单元，用于构建房屋的BIM三维模型，将BIM三维模型精简化处理后输入中央处理器；所述激光雷达，用于测量施工中的房屋结构的三维点云数据；所述监测单元，用于获取所述三维点云数据，将获取的房屋的三维点云数据输入中央处理器；所述中央处理器，用于将采用一阶一元预测算法对房屋结构的三维点云数据进行预测分析，将房屋结构的三维点云数据的预测值与精简化处理后的BIM三维模型进行对比，反馈并及时修正房屋施工情况。
[0013]相比于现有技术，本专利技术具有如下有益技术效果：构建房屋的BIM三维模型，将BIM三维模型精简化处理，实现了BIM三维模型的边界线化简；对获得的点云数据进行降噪预处理，以过滤掉点云数据中大量的噪声和杂点，实现了三维点云数据的优化；对优化后的三维点云数据进行累加处理，实现了规律信息线性化，使数据中隐藏的规律性信息凸显出来；采用一阶一元预测算法对房屋结构的三维点云数据进行预测分析，将房屋结构的三维点云数据的预测值与精简化处理后的BIM三维模型进行对比，反馈并及时修正房屋施工情况。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术的基于BIM技术的房屋安全监测方法流程示意图；图2为本专利技术的基于BIM技术的房屋安全监测系统结构示意图。
具体实施方式
[0016]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于BIM技术的房屋安全监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建房屋的BIM三维模型，将BIM三维模型精简化处理后输入中央处理器；S2、获取施工中的房屋结构的三维点云数据，将获取的房屋的三维点云数据输入中央处理器；S3、采用一阶一元预测算法对房屋结构的三维点云数据进行预测分析；S4、将房屋结构的三维点云数据的预测值与精简化处理后的BIM三维模型进行对比，反馈并及时修正房屋施工情况。2.根据权利要求1所述的房屋安全监测方法，其特征在于，步骤S2中，S21、利用激光雷达测量施工中的房屋结构的三维点云数据；S22、对所述三维点云数据进行降噪预处理，进行三维点云数据优化操作。3.根据权利要求2所述的房屋安全监测方法，其特征在于，步骤S22中，定义一个点云空间边界，设每一个点云数据x在该点云空间边界及其内部都有一个对应的值f(x)，若点云数据x在该点云空间边界外部，则f(x)<0；反之，则f(x)>0；若f(x)＝0，则表示该点云数据在点云空间边界上，令f(x)＝0的点云数据x构造出边界等值曲面，根据边界等值曲面的点云数据进行三维点云数据优化。4.根据权利要求1所述的房屋安全监测方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：S31，将优化后的三维点云数据分解为若干个便于监控的子云数据，ｎ为子云数据的总个数：；进行累加处理，得到式（1）： （1）；其中，；步骤32，计算的紧邻均值序列：；其中如式（2）： （2）；步骤33，构建一阶线性方程，得式（3）： （3）；式中，ａ为发展系数；ｂ为预测参数；步骤34，求解式（3），得到新的预测序列，得式（4）： （4）；其中，
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【专利技术属性】
技术研发人员：童文华，涨涨，江成龙，查书利，周钦，
申请(专利权)人：浙江中浩应用工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：