BIM现浇桥梁支架安全智能监控系统的应用

现浇梁上部施工是安全、质量重点监控部位，因支架受过大荷载作用产生异常变形而产生失稳垮塌现象[1]最为常见，特别是在本工程支架施工体量大的情况下，采用常规桥梁安全监控效率低、步骤复杂、重复工作多[2]，对支架预压及沉降观测实时监控与观测是质量安全保障的关键。现浇桥梁施工时支架预压及沉降观测安全监控一直是桥梁建设领域的监测难点，为解决现浇桥梁支架施工的快速精确监控预压及沉降观测问题，特开发现浇桥梁支架安全监控系统。

1 关键技术

在承载部位设置系统测量点，顺桥向布置，每个特征断面的底板中线、底板边线、悬臂端各布置监测点[3]，同时对应在基础上布设监测点。每个监测点采用IOT物联网监控设备（智能应力应变传感器），通过网络与后台的现浇桥梁支架BIM数据模型关联，在该数据模型基础上实现项目所有支架建库以及安全监测信息实时更新。

通过BIM“工程级”三维轻量化驱动引擎，建立以物联网传感设备为基础，实现监测信息智能采集、数据智能处理的安全管理BIM平台，达到实时安全监测、自动化预警报知和精准应急处置目的。

2 系统集成技术

2.1 模型创建与轻量化处理

先利用BIM技术进行三维参数化建模，将现状支架的各种信息以统一的集成模型形式表达出来，方便后期工程项目的集成化和信息的完全共享。

综合考虑，选型基于WebGL（全写Web Graphics Library）的三维引擎。通过HTML脚本本身实现Web交互式三维动画的制作，无需任何浏览器插件支持；利用后台的图形硬件加速功能对图形渲染展示，通过统一标准的跨平台OpenGL接口，Web开发人员就能以系统显卡在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型，还能创建复杂的导航和数据视觉化。

以WebGL技术为基础研发BIM模型转换软件，支持标准的BIM格式（IFC格式）数据到三维模型的自动转化并实现BIM模型属性数据的导出，支持大数量的BIM模型发布[4]。现浇桥梁支架BIM工程模型通过轻量化处理后，在浏览器中即可查看模型和工程图，而无需其他插件或下载，实现BIM模型数据轻量化共享。见图1。

图1 平台浏览器查看模型效果

2.2 BIM/IOT系统集成

前端监测IOT设备是现浇桥梁支架安全监控系统的前端触角，主要针对工程监测需求进行系统设计，完成现浇桥梁支架应力形变等信息的实时监测。通过项目工区现场安装监测结构应力形变的物联网IOT设备，利用无线4G网络传输方式，将数据传输到云平台数据库。在系统前端通过读取后台数据库，实现数据集成与分析。

每联现浇梁架体搭好后，选择每跨下最不利界面设置IOT监测设备，将施工预压、浇筑、拆模全过程杆件受力情况实时传送至系统，通过系统集成实现BIM模型与现浇桥梁支架IOT应力形变监测数据的可视化展示。见图2和图3。

图2 IOT设备监测信息展示

图3 平台信息查询展示

3 监控系统功能框架

现浇桥梁支架安全监控平台共4个业务功能模块，分别是结构监控管理模块、数据统计分析模块、用户权限管理模块、移动运用管理模块。通过现浇桥梁支架监控系统的前端传感器，针对现浇桥梁支架工程监测需求进行系统设计，实现现浇桥梁支架结构形变应力等信息的实时监测。见图4。

3.1 结构应力形变设备列表

系统界面中每一个数据条目对应一个IOT设备。其中不同色彩表示当前设备监控状态：白色为应力形变监测值是正常状态，黄色为当前设备监测到异常的应力形变值。同时，可以对设备进行过滤展示，在设备过滤框中，定义三个设备过滤条件分别是：监控设备位置、关联监控设备及监控设备状态。通过以上三个过滤条件，可以在列表框中仅显示关注的IOT设备。见图5。

图4 平台功能模块展示

图5 监控设备查询列表

3.2 轻量化BIM三维浏览

轻量化好的BIM工程模型可以集成到现浇桥梁支架安全监控系统中，通过轻量化BIM模型浏览器，实现在Web端对BIM的浏览查看，信息数据查询及模型交互。

在BIM模型浏览器中，每一个闪烁热点代表一个IOT应力应变设备信息。通过不色彩表达当前系统中，设备的不同运行状态绿色为应力形变值正常，黄色为应力形变值异常。通过放置光标到热点可以看到当前此设备的现场照片及IOT设备相关功能描述。见图6。

图6 IOT设备模型上展示

3.3 数据统计分析

可以查询当前系统IOT设备的历史数据。根据年、月、日进行数据查询，也可以设定某个时间段区间进行数据查询并将数据以不同图形方式进行展示，如：柱状图、面积图、直线图等。见图7。

图7 监测历史数据汇总查看

3.4 移动端运用管理

现场管理人员可通过移动端实时收集项目现场的结构监控报警事项。用户可以查看“结构应力形变监控”列表显示当前系统关联的IOT设备及相应运行状态；也可以打开BIM浏览器界面，定位当前选择的IOT设备位置。通过模型上的热点，可以访问当前IOT设备详细的设备信息与历史运行数据状态。见图8。

图8 移动查看展示

4 结语

针对桥梁支架开发的“现浇桥梁支架安全监控系统”以“BIM+物联网”技术为依托，以大量的实际经验为基础，成功的完成了系统的开发任务并顺利应用到济南东客站综合交通枢纽道路施工二标段实际项目当中，完全代替了原人工检测手段，节约人力成本近百万元并利用BIM技术真实还原了现场监控情况，真正实现了现场智慧化信息集成管理，提高了项目风险管理效率，为项目成功建设奠定了坚实的基础。