基于建筑信息模型技術的建筑健康監測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明的基于建筑信息模型技術的建筑健康監測系統涉及高層及超高層建筑的健康性能監測領域。
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【背景技術】
[0003]隨著社會迅速發展，大型商貿、辦公、民宅、娛樂高層和超高層建筑日益增多，其在節約土地、提升城市形象、拉動社會投資、擴大旅游商貿活動中起到重要作用，這時高層及超高層建筑的安全性能則顯得尤為重要。傳統的建筑僅僅依靠結構的抗力來抵抗突發事故，人為參與調控機會較少，而且當今社會自然環境復雜，地震、臺風、火災、恐怖襲擊、戰爭災害頻頻發生，巨大的外來力量瞬間對建筑實現致命損傷，同時高層建筑結構的設計使用年限基本都是十幾年以上，其在長期環境作用下，結構的疲勞效應、材料老化等都會對結構產生很大的影響，使得結構抗力下降，導致危機人們生命安全的災難。如果能通過對建筑的健康性能評價，準確有效的對建筑的健康狀態進行全周期的監測、評價，可以有效的減小災害帶來的損失。
[0004]傳統的對結構的健康監測時，監測人員基本是運用簡單的方法進行監測結構變化，例如目測法、發射光譜法、聲發射法、回彈法、滲漏試驗法、脈沖回波法、射線法等，這些都是對結構進行的周期性檢測。這些監測技術存在著很多缺陷，例如:整體性差，只是對結構的局部進行監測；安全性差，要人親自操作，不能在危險的地方工作；實時性差，要進過后期處理才能知道結構的狀態，不能實時的監測，效率較低；智能化程度低，先進技術綜合應用程度較低，室內人員不能對建筑信息充分共享，限制了人們生活的智能化，不能到達人們對生活方便快捷的需求；應急能力差，傳統的監測技術不能在突發事故災害情況下迅速檢測到建筑健康狀態及室內人員的信息，為應急救援工作帶來極大的不便；以及經濟性
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[0005]針對平面網絡結構建立、維護路由的開銷大，數據傳輸跳數多，適合小規模網絡的缺點，分簇網絡結構網絡具有能減少數據通信量、節省能耗、延長網絡生命周期、節點無需維護復雜的路由信息的特點，減少了網絡中路由控制信息的數量，應用分布式算法可以對系統變化作出快速反應，更加支持節點一點，適合大規模布網。
[0006]傳統技術在數據處理上有很大缺陷，如建筑信息的集成化程度低，不同時間、不同方法、不同工作人員測量得到的海量數據不能準確、快速、完整的整合，不能掌握建筑構件之間的邏輯關系；傳統數據分析存在定量分析不足、主觀因素過重、無法處理大量數據的弊端，不能及時有效的做出準確的分析評估。如果要改善這些缺陷，使監測系統真正的達到人們監測的需求，不僅僅是技術的提高，還要結合很多學科，例如現代傳感技術、數據傳輸技術、建筑信息模型技術、信號分析與處理技術、人工智能等。
[0007]本發明的基于建筑信息模型技術的建筑健康監測系統具有以下優點:(I)本發明結合了現代傳感技術、數據傳輸技術、建筑信息模型技術、信號分析與處理技術、人工智能等先進技術，系統的智能化程度高，可以方便、迅速、準確的建筑進行健康監測和分析評估；
(2)可以對結構進行實時監控，實時監測建筑的健康狀態；(3)可以根據監測結果對結構的損傷情況進行判斷，準確的得到損傷位置和程度；(4)可以根據評估結果對結構的運營情況及耐久性等進行進一步評估；(5)在實時監控中，當發生突發事件時，應急響應準確迅速，例如地震、臺風、火災、恐怖襲擊發生時，健康監測可以及時的發現結構的異常，并作出反應，從而提高人們生命財產安全性；(6)能提供建筑的核心基礎數據平臺，根據監測數據結果可以進行理論研究和試驗；(7)實現建筑的智能化，人們可以通過無線網絡訪問建筑的共享信息或通過個人賬號訪問私有空間的建筑信息，為方便日常生活和工作服務。
[0008]本發明提供一種高效、節能、高可用性和高可靠性的基于建筑信息模型技術的建筑健康監測系統，用于對高層或超高層建筑的管理，實現建筑綠色、可持續發展，實現對建筑內人員生命財產安全、快捷方便生活提供有力保障。
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【發明內容】
[0010]基于建筑信息模型技術的建筑健康監測系統由報警系統、復合探測子系統、指示燈子系統和遠程管理子系統組成。系統各單元通過總線進行信息交換，且在復合探測子系統與遠程管理子系統之間增設置無線通信節點。基于建筑信息模型技術的遠程管理子系統由網絡服務器、儲存建筑物信息的數據庫服務器、計算服務器和防火墻構成。儲存建筑物信息的數據庫服務器與建筑信息模型技術相結合，能提供建筑的核心基礎數據平臺，使得建筑的相關信息能夠進行共享和傳遞。計算服務器是一種數據計算工具，可以是具有數據分析與處理功能的計算機或超級計算機，能夠分析處理系統各單元傳來的建筑信息，反饋出建筑的健康狀態。復合探測子系統中的復合探測節點采用多跳分簇網絡結構，由匯聚節點、簇頭和簇成員構成；簇頭和簇成員探測節點包括傳感器模塊、數據采集模塊、單片機、定位模塊和電池自動充電模塊；傳感器模塊由加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、應力應變傳感器、溫度傳感器、壓電薄膜傳感器、風壓傳感器、風速儀、激光鉛直儀、裂縫儀和攝像頭組成；電池自動充電模塊分別與傳感器模塊、數據采集模塊、單片機、定位模塊相連，單片機與定位模塊和數據采集模塊相連接，復合探測節點布設在建筑的梁、柱、墻體、樓板的內部和外部，復合探測子系統中的各個復合探測節點按監測需求配置傳感器。報警系統與遠程管理子系統相連；指示燈子系統分別與復合探測子系統和遠程管理子系統相連接，它包括逃生指示燈系統和警示指示燈系統。報警系統與遠程管理子系統相連，遇到突發情況時，報警子系統向遠程管理系統發送預警指令。指示燈子系統由電池自動充電模塊、燈具和區域匯集器組成，指示燈子系統與復合探測子系統和遠程管理子系統相連接，包括逃生指示燈系統和警示指示燈系統。
[0011]建筑信息模型技術又稱BM技術，是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具，能在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中對各種項目的相關信息進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，基于BIM技術的遠程管理子系統實時接收系統各單元傳來的信息，通過分析比較接收的信息與數據庫中原有的信息，反饋出建筑的健康狀態和運行狀態。遠程管理系統與建筑信息模型技術相結合，能提供建筑的核心基礎數據平臺，可以隨時、快速、普遍訪問到的最新、最準確、最完整、最可靠的4D關聯的基礎數據庫，通過對海量信息的全過程統計分析，對建筑結構的運營情況和健康狀態進行分析評估，使各部門工作高效處理，達到對建筑最準確，最完善、監測和最有效管理。此外，在遇到緊急情況，通過建筑信息模型模型能清晰地呈現出建筑物內部緊急狀況的位置，遠程管理子系統提供最合適的救援路線和逃生方案，提高應急行動的成效。所以，無論從經濟效益、管理水平、信息交流、可持續發展任何一個角度，與【背景技術】相比，本發明都有著廣闊的應用前景。復合探測子系統中的復合探測節點布設在建筑的梁、柱、墻體、樓板的內部和外部，且采用多跳分簇網絡結構，能準確、全方位的監測建筑各部位的健康狀態和運作狀態。具有較高能量的探測節點作為簇頭，處理從簇成員接收到的數據，并將處理后的數據發送到匯聚節點，匯聚節點通過總線(可以采用EIB、ABB 1-bus)和無線通信節點(可以采用NFC技術、ZigBee技術、藍牙技術等)將數據傳輸給遠程控制系統；這種多跳分簇網絡結構能縮短通訊節點間發射距離、減少數據傳輸量，從而有效的降低通信能耗和平衡節點間的業務負載，達到綠色經濟的要求，同時，提高了網絡的可擴展性，更好的適應網絡規模的變化。增設的無線通信節點，防止總線斷裂而致使數據傳輸中斷，提高了系統全局工作的可靠性和可用性，同時實現對局部區域的無線網絡覆蓋，用戶可以通過通信終端(如手機、iPad、電腦)訪問建筑的共享信息；采用的無線通信技術應該具有能耗低、帶寬