申请/专利权人：山西省智慧交通研究院有限公司;山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司)

申请日：2021-06-06

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN113255811B

主分类号：G06F18/25

分类号：G06F18/25;G06Q10/0639;G06Q10/20;G06Q50/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2024.01.26#著录事项变更;2024.01.26#专利申请权的转移;2021.08.31#实质审查的生效;2021.08.13#公开

摘要：本发明公开了一种基于BIM的梁式桥多源异构数据融合决策系统，包括运维基础数据单元、BIM可视模型单元、病害智能采集单元、病害养护追踪单元、技术状况评定单元、结构监测预警单元、荷载试验分析单元、承载能力测试单元、养护投资决策单元、虚拟现实论证单元及云服务器和客户端。本发明针对梁式桥养护过程中的养护维修和加固处治方案决策问题，综合应用病害调查、监测预警、检测分析、承载能力检算的多源异构数据，做出科学的养护投资方案，指导科学养护管理。

主权项：1.一种基于BIM的梁式桥多源异构数据融合决策系统，其特征在于，包括：运维基础数据单元、BIM可视模型单元、病害智能采集单元、病害养护追踪单元、技术状况评定单元、结构监测预警单元、荷载试验分析单元、承载能力测试单元、养护投资决策单元、虚拟现实论证单元及云服务器和客户端；所述的运维基础数据单元，包括《公路桥涵养护规范》，JTGH11-2004，附录A桥梁基本部内容，用于养护投资决策计算的年度每公里收费额、是否重载路段、是否大件运输通道信息；所述的BIM可视模型单元，应用轻量化技术根据实际尺寸形象化展示桥梁结构，将病害的三维信息转化为二维信息展示，展示不同构件的技术状况评定等级，展示监测预警感知系统以及实时数据，展示荷载试验布载方案以及对应的结构响应，展示荷载试验采集的振型和频率；所述的病害的三维信息转化为二维信息展示，实现将病害位置描述中的结构面归属信息及坐标信息与BIM模型结合，准确定位病害在模型中所属的结构面以及具体的位置，实现漫游查看；所述病害智能采集单元，包括结构解析标准、位置描述标准、特征描述标准、影像文件标准、评定模型库以及AI图像识别算法，评定模型库包括部件库、子部件库、病害类型库；所述病害养护追踪单元，建立不同时间属性病害的关联关系，用于现场检查时仅记录病害特性的变化提高现场检查效率，同时实现病害长度、宽度、面积、最大缝宽特性按照时间轴的发展跟踪及预测以对养护措施跟踪评价；所述技术状况评定单元，根据《公路桥梁技术状况评定标准》，JTGTH21-2011，根据病害的稳定性，对构件、部件、部位进行自动评分，并生成病害展开图和评定报告；所述结构监测预警单元，针对上部结构、下部结构技术状况评定分值低的梁式桥，针对性地部署变形、应变、基频测试原件，监测结构的力学行为变化，设置预警阈值对非正常响应进行预警；所述荷载试验分析单元，针对结构监测预警单元捕捉到承重构件刚度变化的或部分上部结构技术状况评定分值较低的梁式桥，依据《公路桥梁荷载试验规程》，JTGTJ21-01-2015，开展荷载试验，将检测方案和结果录入，自动计算校验系数，分析结构的刚度是否处于正常范围；所述承载能力测试单元，依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》，JTGTJ21-2011，针对结构变位或变形、应力超限的梁式桥，录入材质状况和状态参数数据，需要进行承载能力评定的结合荷载试验分析单元结果进行桥评定；所述养护投资决策单元，针对养护维修和加固处治，依据病害养护维修措施及结构加固处治措施可自动计算费用，基于层次分析法实现维修优先级排序，自动生成有限经费的合理分配方案，以及针对特殊目标的合理分配方案；所述病害养护维修措施，设定梁式桥不同类型的病害对应的维修方法、单价、单位；所述结构加固处治措施，设定梁式桥可选用的加固处治方案、单价、单位；所述基于层次分析法实现维修优先级排序，提供了一种优先级排序算法；所述虚拟现实论证单元，通过VR在虚拟现实中漫游查看桥梁表观病害，监测历史数据及分析结果，荷载试验分析计算结果，以及材质状况和状态参数，论证桥梁结构计划采取的加固处治方案；所述云服务器和客户端，用于网络储存以上数据实现实时调取，并通过WEB客户端和移动客户端与用户实现友好交互；所述的养护投资决策单元，具体算法如下：针对更正性养护经费SⅡ，用于已发生明显病害影响运营安全的桥梁维修，包含加固的合理分配，满足以下必要条件：技术状况为四类及五类的桥梁，以及三类桥中上部结构评分低于40分或下部结构评分低于60分的桥梁必须维修；假设路网中桥梁总数为n，集合为A；既是特殊结构桥和特大桥，又评定结果为四类和五类的情况，为集合A1；除A1以外的四类和五类桥梁，为集合A2；既是特殊结构桥和特大桥，又评定结果为三类的情况，为交集A3；除A3以外的三类桥梁，为集合A4；除A1、A3以外的特殊结构桥和特大桥，为集合A5；其他情况为集合A6；各集合的维修优先级A1＞A2＞A3、A4＞A5＞A6，其中A1、A2必修，A3应修，A4宜修，该集合中存在部分桥梁优先级高于A3，投入总经费SⅡ；A5、A6选择性维修，投入总经费为条件性养护经费SⅠ，用于还没有发生明显病害影响运营安全的桥梁维修；假设集合Ai中元素的数量为xi，xi≥0，i＝1～6，元素桥梁为aij，桥梁aij的维修经费为sij，维修状态为cij，值为1时表示确定维修，值为0时表示确定不维修，集合Ai中桥梁维修费用为养护时按下式执行： 为确定A3、A4中元素的维修状态cij，依据决策指标层次及权重进行维修优先级评价指标计算；指标Py的权重为Wy，y为决策指标编号，桥梁aij各决策指标Py的取值为py-ij，则桥梁aij的维修优先级评分为Iij＝20∑Wypy-ij，值域为0～100；当存在指定决策指标不参与评价时，引入决策指标Py使用状态参数dy，当参与评价时值为1，不参与评价时值为0，y为决策指标编号，初始权重为W0-y，计算权重A3、A4中元素维修优先级评分按从大到小顺序排列依次为J1，J2，……，对应的维修经费为s1，s2，……，当满足时，J△对应的桥梁维修状态为1，Δ＝1～m，A3、A4中其他元素的维修状态为0；对于考虑特殊要求的维修优先级评价指标计算，针对具体桥梁aij引入以下参数：分值贡献指标： 或 表示桥梁aij总体上部结构技术状况评分每提高1分所需要的经费与路网中所有三类桥平均水平的比值；Dr-ij为桥梁aij的总体技术状况评分，SPCIr-ij为桥梁aij的上部结构技术状况评分；数量贡献指标： 表示桥梁aij维修所需要的经费与路网中所有三类桥平均水平的比值；长度贡献指标： 表示桥梁aij每延米维修所需要的经费与路网中所有三类桥平均水平的比值；设特定养护目标参与系数为eα、eβ、eγ，当需要满足养护目标时其值为1，不需要时其值为0；则桥梁aij的维修优先级评分按式计算：Iij＝20[1+min{Wy}eααij+eββij+eγγij]∑Wypy-ij。

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