基于IFC 标准的老旧砖房变形监测信息集成与表达

田亚洪 谭晓晶 杨成标

BIM 技术优点在于强大的可视化和信息集成管理能力，其既可以作为监测信息管理和共享平台，也能提高结构健康监测信息的可读性[1]。但由于BIM软件众多，监测系统的模型需要采用统一的文件格式以降低建模成本。IFC 标准是BIM 应用最为成熟的一种建筑业公共的数据标准，是BIM 软件进行信息交换的共同语言。因此，结构健康监测的关键点在于如何将IFC 标准与BIM 有效结合起来。

基于IFC 标准具有公开性和中性机制的特点，国内外学者研究基于IFC 的拓展应用。目前已经有关于IFC 工程信息集成、共享平台的研究，也有学者提出了基于IFC 的N 维建筑信息模型系统构件方法[2]。虽然IFC 应用研究已取得了一定成果，但在结构监测领域还需进行各类型传感器和数据的描述，以实现监测信息的集成与表达。

本文首先建立监测结构的BIM 模型，将传感器相关参数添加到图元，导出为IFC 文件，并将监测数据批量导入该IFC文件，以得到集成了监测信息的IFC文件，从而实现基于BIM的监测信息集成与展示。

1.IFC 标准构成

IFC 标准是通过IFC 实体、属性及实体关系三个方面的内容来组织和表达工程信息。因此，首先需要确定表达监测信息所需要的IFC实体、属性及实体关系。IFC 标准通过“层”的概念组织工程信息，包括四个功能层构成：资源层（Resource layer）、核心层（Core layer）、共享层（Interoperability layer）和领域层（Domain layer）[3]。其中，资源层定义IFC 标准中描述模型的基本信息；核心层位于资源层之上，定义了IFC 信息模型的基本框架；共享层位于核心层之上，定义多个领域中的共用概念和对象；领域层位于IFC 标准的最顶层，定义了各专业领域的数据模型。

2.监测信息模型

2.1 工程概况

某单位办公楼建于20 世纪70 年代，为4 层砖混结构，局部5 层，层高均为3.3m，建筑面积约为2900m2。该建筑材料为烧结粘土砖，强度为MU7.5，混合砂浆砌筑，强度为M2.5。建筑构造有圈梁，无构造柱，墙体转角处设置有钢筋网片，过梁与墙体交接处有素混凝土梁垫。该建筑楼板为预应力混凝土空心板。

图1 建筑物外观

2.2 建筑BIM 建模

根据IFC 标准的规定，结构健康监测BIM模型通过传感器数据成员的描述，将数据成员及类型与IFC 标准的数据模型建立映射关系，从而实现监测信息在BIM 模型中的集成与表达。

因此，首先需完成建筑BIM 建模。建模过程主要有以下步骤：

2.2.1 建筑复图

（1）对办公楼进行现场测量，如测量门窗尺寸，位置、房屋轴线尺寸等，获取建筑几何信息；

（2）根据测量信息，完成建筑图形CAD 绘制。

2.2.2 结构建模

根据建筑图形信息，采用盈建科软件进行结构建模。

2.2.3 IFC 模型文件

通过盈建科软件，生成IFC模型文件。

2.2.4 IFC 数据修改

根据IFC 语法，在已生成的IFC 文件中添加传感器监测数据，再生成新的含有监测信息的IFC 模型文件。

2.2.5 BIM 建模

将新生成的IFC 文件导入Revit 软件中，并完成传感器图元等信息修改，生成含有监测信息的BIM 模型。

3.建筑变形监测

3.1 监测设备

为了降低监测成本，老旧砖混建筑仅采用高精度倾角传感器来完成其变形监测。倾角传感器的性能参数如表1 所示。

表1 高精度双轴倾角传感器性能参数

3.2 测点信息

在该建筑屋顶布设了4 个倾角传感器测点，测点位置如图3 和图4 所示。

图2 双轴倾角传感器

图3 测点位置示意图

图4 各测点布置实物图

4.监测信息展示

在集成了变形监测信息的Revit 模型上，每个测点均嵌入了传感器的倾斜变形数据，可以展示每个测点的监测信息。选取24 小时的倾斜信息如图5 所示。

图5 BIM 模型监测信息展示

从图5 可以得出，建筑物倾角变化波动最明显的时间段为9 点至16 点。说明该时间段办公楼人员活动最频繁，外界影响最大。每个测点最大变化情况和建筑水平变形情况如图6 和表2 所示。监测的建筑倾角变化最大值为0.111°，相对水位位移最大值为23.25mm，满足《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-2015 对于建筑物侧向位移要求。

图6 建筑倾斜示意图

表2 建筑倾斜变形监测情况

5.结论

本项目以一栋老旧砖混结构办公楼为实施对象，将结构健康监测信息通过IFC 标准表达集成到BIM 模型中，建立了基于BIM模型的监测信息可视化方法，主要成果如下：

（1）对IFC 标准进行倾角传感器的属性集扩展，建立建筑BIM 模型与含有监测信息的IFC 参数的映射关系，可实现基于BIM 模型的监测信息可视化，提高监测信息的解释效率。

（2）通过监测结果发现老旧砖房在时间段9 点至16 点的变形较为明显，最大相对水平位移量为23.25mm。采用倾角传感器的低成本监测方法可行，该方法可为同类工程提供参考。