基于FEA与BIM的建筑施工监测方法及监测预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FEA与BIM的建筑施工监测方法及监测预警系统，涉及建筑工程施工过程监测技术领域，建立一体化BIM三维模块，建立建筑基坑模型、建筑基础模型和上部结构模型共同作用的有限元模块并进行模拟计算，确定监测点位置，在监测点位置处实时布设传感器；建立监测数据库，将传感器监测到的数据传输至监测数据库；通过BIM二次开发建立数据接口，将监测数据库中的数据通过数据接口整合到一体化BIM三维模块中形成BIM集成模块；在BIM集成模块的基础上开发监测预警模块。监测预警系统将基坑、基础与上部结构工程的监测数据实时上传至数据库，实现建筑工程从地基基础到上部结构的施工全过程的一体化监测。的施工全过程的一体化监测。的施工全过程的一体化监测。

【技术实现步骤摘要】
基于FEA与BIM的建筑施工监测方法及监测预警系统


[0001]本专利技术涉及建筑工程施工过程监测
，更具体的说是涉及一种基于FEA与BIM的建筑施工监测方法及监测预警系统。

技术介绍

[0002]现代高层建筑、大型商业体等工程建设，主体工程分为基坑工程、基础工程和上部结构工程三大部分。为了确保建筑建设全过程的质量安全，对建设过程进行实时监测至关重要。基坑施工过程中对支护结构、基坑位移变化等监测数据反馈，可有效指导施工进程，保障施工安全；上部结构监测要建立在基础与上部结构共同作用的基础上才能准确反映结构的变化情况。在建筑工程施工过程中，地质、水文、荷载等条件会随工程进展不断发生变化，而现有的监测方法仅能实现对基坑工程、基础工程、上部结构工程的单独监测，无法反映三者之间的相互影响，缺乏工程进展全程中对三者的一体化监测。
[0003]有限元分析方法(FEA，Finite Element Analysis)是通过数学近似方法模拟真实物理系统(几何和载荷工况)，利用简单而又相互作用的元素(即单元)，将有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。使用FEA技术，对拟建工程进行数值模拟施工，既能验证设计的合理性，同时发现施工中可能存在的问题，在实际施工过程中进行调整。建筑信息模型(BIM，Building Information Modeling)核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为模型提供完整且与实际情况一致的建筑工程信息库，借助建筑工程信息的三维模型，提高建筑工程的信息集成化程度。
[0004]因此，如何将FEA与BIM技术高度融合，实现建筑工程施工全过程的质量、安全监控，实现建筑工程全过程一体化监测是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于FEA与BIM的建筑施工监测方法及监测预警系统，将FEA与BIM技术高度融合，实现建筑工程施工全过程的质量、安全监控，实现建设工程全过程一体化监测。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于FEA与BIM的建筑施工监测方法，具体步骤包括：
[0008]S1：建立一体化BIM三维模块，所述一体化BIM三维模块包括数字地质模型、建筑基坑模型、建筑基础模型和上部结构模型；
[0009]S2：建立建筑基坑模型、建筑基础模型和上部结构模型共同作用的有限元模型并进行模拟计算，确定应力、应变处关键节点；
[0010]S3：根据所述关键节点，确定监测点位置，在所述监测点位置处实时的布设传感器；
[0011]S4：建立监测数据库，将所述传感器监测到的数据传输至所述监测数据库；
[0012]S5：通过BIM二次开发建立数据接口，将监测数据库中的数据通过所述数据接口整
合到一体化BIM三维模块中形成BIM集成模块；
[0013]S6：在所述BIM集成模块的基础上开发监测预警模块，对监测数据进行分析与处理。
[0014]二次开发的BIM集成模块实现了监测点坐标与监测数据等相关工程信息在三维模型上的显示，并可以直接在模型中直观获取各个监测点的坐标位置及监测数据等信息。
[0015]优选的，S1中，采用BIM技术结合地质勘查数据建立数字地质模型，依据建筑设计图纸，在数字地质模型的基础之上建立地质、基坑、基础、上部结构的一体化BIM三维模块。
[0016]其中，数字地质模型包含地层、岩性、断层、节理、地下水等信息，实现了地质信息的数字化和三维可视化，方便工程人员直观获取地质信息以及进行设计优化。一体化BIM三维模块在数字地质模型的基础上整合了建筑基坑、建筑基础和上部结构模型，实现了各阶段建筑信息的三维可视化。在地质体三维模型的基础上建立的基坑模型，包括基坑的围护结构和支撑体系，可以直接导出基坑工程总体的挖填方量以及各个土层的挖填方工程量；基础和上部结构模型提供包括建筑基础和上部结构的基础埋深及持力层、结构形式、混凝土与钢筋工程量等工程信息，为施工组织设计以及优化施工方案提供了参考。
[0017]优选的，所述传感器包括位移传感器、地下水位传感器和应力
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应变传感器，将所述位移传感器、所述地下水位传感器、所述应力
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应变传感器分别连接至无线发射盒，通过5G技术将监测到的数据高速传输至监测数据库，所述监测数据库包含实时监测数据与历史监测数据。
[0018]对工程进行有限元仿真模拟，得出模型的应力应变关系，结合现行相关规范使得监测点的布置更加科学、合理、经济，更加符合本工程的实际情况，可针对模拟得出的结果对设计以及施工工序进行优化。同时，结合相关施工规范和有限元模拟得出的应力应变较大处关键节点，在基坑工程的建设过程中实时的布设应力
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应变传感器、位移传感器、地下水位传感器等高精度传感器，将传感器接收的数据通过基于5G的无线发射盒上传至监测数据库，实现监测数据的实时储存与上传，可在监测数据库中调用、查看各监测点数据及其变化趋势。
[0019]优选的，S6中，所述对监测数据进行分析与处理，包括：当数据超过设置的阈值区间或有破坏的变化趋势时发出警报，并在BIM集成模块显示该监测点的坐标位置及数据信息。
[0020]通过监测预警模块对监测到的数据进行分析，得到数据的变化趋势，当数据超过设置的阈值或有破坏的变化趋势时向管理人员发出警报，并在BIM模型中突出显示该监测点的坐标位置，以便管理人员及时做出相应措施，避免安全事故的发生。
[0021]优选的，一种基于FEA与BIM的建筑施工监测预警系统，包括：
[0022]一体化BIM三维模块，用于对建筑基坑、建筑基础和上部结构的三维可视化；
[0023]有限元模块，用于对建筑基坑模型、建筑基础模型和上部结构模型进行数值模拟计算，确定应力、应变处关键节点；
[0024]监测点坐标模块，用于根据所述关键节点确定监测点坐标的位置；
[0025]传感器模块，用于实时监测建筑基坑、建筑基础和上部结构施工过程中的数据，并将数据传输至监测数据库；
[0026]监测数据库，用于接收监测到的数据并储存；
[0027]数据接口，用于对所述监测数据库中的数据进行传输；
[0028]BIM集成模块，用于获取监测点位置及对应的监测数据信息；
[0029]监测预警模块，用于对监测数据进行分析与处理。
[0030]优选的，所述一体化BIM三维模块采用BIM技术结合地质勘查数据建立数字地质模型，依据建筑设计图纸，在所述数字地质模型的基础之上建立地质、基坑、基础、上部结构的一体化BIM三维模块。
[0031]优选的，所述传感器模块包括位移传感器、地下水位传感器和应力
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应变传感器，将所述位移传感器、所述地下水位传感器、所述应力
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应变传感器分别连接至无线发射盒，通过5G技术将监测到的数据高速传输至监测数据库，所述监测数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FEA与BIM的建筑施工监测方法，其特征在于，具体步骤包括：S1：建立一体化BIM三维模块，所述一体化BIM三维模块包括数字地质模型、建筑基坑模型、建筑基础模型和上部结构模型；S2：建立建筑基坑模型、建筑基础模型和上部结构模型共同作用的有限元模块并进行模拟计算，确定应力、应变处关键节点；S3：根据所述关键节点，确定监测点位置，在所述监测点位置处实时的布设传感器；S4：建立监测数据库，将所述传感器监测到的数据传输至所述监测数据库；S5：通过BIM二次开发建立数据接口，将监测数据库中的数据通过所述数据接口整合到一体化BIM三维模块中形成BIM集成模块；S6：在所述BIM集成模块的基础上开发监测预警模块，对监测数据进行分析与处理。2.根据权利要求1所述的一种基于FEA与BIM的建筑施工监测方法，其特征在于，S1中，采用BIM技术结合地质勘查数据建立数字地质模块，依据建筑设计图纸，在数字地质模块的基础之上建立地质、基坑、基础、上部结构的一体化BIM三维模块。3.根据权利要求1所述的一种基于FEA与BIM的建筑施工监测方法，其特征在于，所述传感器包括位移传感器、地下水位传感器和应力
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应变传感器，将所述位移传感器、所述地下水位传感器、所述应力
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应变传感器分别连接至无线发射盒，通过5G技术将监测到的数据高速传输至监测数据库，所述监测数据库包含实时监测数据与历史监测数据。4.根据权利要求1所述的一种基于FEA与BIM的建筑施工监测方法，其特征在于，S6中，所述对监测数据进行分析与处理，包括：当数据超过设置的阈值区间或有破坏的变化趋势时发出警报，并在BIM集成模块显示该监测点的坐标位置及数据信息。5.一种基于F...

【专利技术属性】
技术研发人员：程峰，黄志焯，黄治华，杨彦鑫，杨柏，杨德欢，吴迪，陈爱军，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：