綜合BIM結(jié)合表面圖像分析的鋼結(jié)構(gòu)無損檢測方法

田 坤

（中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司長沙設(shè)計院，湖南 長沙 410018）

作為綠色可持續(xù)建筑產(chǎn)品的載體，綠色建筑可以促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。建筑傾斜、裂縫、坍塌等事故在地震中時有發(fā)生，有效的地震區(qū)域綠色建筑傾斜檢測方法對保證建筑安全具有重要意義。

1 綜合BIM結(jié)合表面圖像分析的鋼結(jié)構(gòu)無損檢測方法

1.1 實(shí)施建筑鋼結(jié)構(gòu)無損檢測的方法有以下幾種

首先實(shí)施小波分解，設(shè)置預(yù)處理閾值，選擇保留模值不低于閾值的變換系數(shù)，然后采用降噪技術(shù)對建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測圖像進(jìn)行降噪。利用紅外成像技術(shù)進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，提高了檢測圖像的清晰度，檢測出鋼結(jié)構(gòu)缺陷的邊緣，并完成了建筑鋼結(jié)構(gòu)的無損檢測。

1）小波基的選取，小波的時頻定位特性因圖像之間的差異而有所不同。對建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測圖像進(jìn)行缺陷分析時，需要對圖像進(jìn)行基于小波基的合理分析。雙正交小波基不僅具有規(guī)則性、支撐性、高階消失矩性等優(yōu)點(diǎn)，而且具有較好的對稱性和線性相位特性。

2）分解層數(shù)的選取，在將本模型用于建筑鋼結(jié)構(gòu)中的無損檢測時，小波分解層的選取，是一個關(guān)鍵性的問題。其中應(yīng)根據(jù)最小信號噪聲的標(biāo)準(zhǔn)，來進(jìn)行信號分解層數(shù)的準(zhǔn)確選擇。若SNR≥20，則C=4分解層數(shù)，否則C=5。為了提高NDT的實(shí)時性，將分割層設(shè)置為C=4。

3）閾值的判定，經(jīng)小波變換后，建筑物鋼結(jié)構(gòu)檢測圖像中的噪聲信號值分布均勻，信號幅值較小，但檢測信號仍存在較大的問題，主要表現(xiàn)為小波系數(shù)的聚集。

4）小波消噪，對建筑物鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測時，若噪聲信號與有效信號在同一頻帶內(nèi)，必須將噪聲信號及其小波系數(shù)重置為零，再進(jìn)行零通小波處理。根據(jù)相關(guān)公式，再將信號還原為一定的值，從而實(shí)現(xiàn)了小噪聲。

5）形態(tài)學(xué)處理，對形狀采取膨脹處理方法，可以有效增加檢測圖像中對于鋼結(jié)構(gòu)檢測目標(biāo)的邊緣像素。腐蝕性處理和擴(kuò)展性處理正好相反，某些類型的像素可能被移除到需要檢測的邊界上。經(jīng)膨脹、腐蝕處理后，確保鋼結(jié)構(gòu)檢測圖象清晰。

6）鋼結(jié)構(gòu)檢測圖像缺陷邊緣檢測，在鋼構(gòu)的相關(guān)檢測圖像中，缺陷邊緣的提取質(zhì)量與缺陷區(qū)域的大小密切的關(guān)系。采用紅外跟蹤技術(shù)，利用旋轉(zhuǎn)跟蹤方法對鋼結(jié)構(gòu)缺陷邊緣進(jìn)行檢測，然后根據(jù)缺陷邊緣圖像的復(fù)原變化率依次提取缺陷邊緣。

1.2 基于BIM的地震區(qū)綠色施工建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測模型

基于無損測試方法對小波基和分解層的選取結(jié)果，構(gòu)成了BIM數(shù)據(jù)層的基本結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上確定閾值，去除小波噪聲，并進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，完成了BIM模型的技術(shù)層次結(jié)構(gòu)?；贐IM的地震帶綠色建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測模型由應(yīng)用層、數(shù)據(jù)交換層、技術(shù)層和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層三層組成，其中應(yīng)用層主要是對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測。利用該模型，可對綠色建筑鋼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行全面控制、無損檢測與維修，提高鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量。

其中，應(yīng)用管理主要用于震區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計、施工和綠色建筑管理，數(shù)據(jù)管理主要從終端設(shè)備層和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。建立云端服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)信息共享與處理。信息的共享和處理完成后，移動設(shè)備和手持終端設(shè)備將用作BIM數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布Ｈ绻夹g(shù)層是綠色建筑，則在施工當(dāng)中采用復(fù)雜的建筑技術(shù)策略，對項目進(jìn)行全面有效的分析、管理和準(zhǔn)備、設(shè)計、竣工和運(yùn)行，為在抗震區(qū)創(chuàng)建綠色建筑鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估技術(shù)層，該層主要用于整個項目生命周期中綠色項目的無損檢查，材料管理和其他過程，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層主要轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理，非結(jié)構(gòu)化信息管理流程數(shù)據(jù)和CAD文件數(shù)據(jù)等。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 檢測準(zhǔn)確率對比

該方法適用于16個裂縫結(jié)構(gòu)、8個綠色建筑中的鋼結(jié)構(gòu)和8個合格結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)了質(zhì)量脆弱性評估方法、建筑物自動檢測方法和無損檢測方法。在對同一鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測時，檢測結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)完全一致，有效檢測率為100%。對16處開裂結(jié)構(gòu)和8處合格結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量易損評估，9處不合格。兩次檢測未確認(rèn)，兩次檢驗(yàn)結(jié)果均不正確，鋼結(jié)構(gòu)有效檢驗(yàn)次數(shù)為7+4=11次，有效檢測率為45.8%，建筑物自動檢驗(yàn)方法對16處結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行了12次檢驗(yàn)，8處合格檢驗(yàn)中有5處不合格，但該方法對7處有效檢驗(yàn)中，有效檢驗(yàn)率為29.2%。結(jié)果表明，該方法具有較高的有效識別率，達(dá)到了實(shí)際鋼的無損檢測要求。

2.2 檢測深度與相對誤差對比

在實(shí)驗(yàn)中，確定了一個實(shí)際的探測深度為1500mm的目標(biāo)，該方法可以達(dá)到1499mm，比其它兩種方法分別提高23mm和91mm。該方法的相對誤差只有-0.0007%，與其它兩種方法相比，誤差較小。

3 結(jié)語

建筑業(yè)信息化和綠色建筑業(yè)的結(jié)合是未來建筑業(yè)整體發(fā)展的方向，通過建筑業(yè)信息化可以推動綠色建筑業(yè)高效發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，將 BIM技術(shù)與表面圖像分析相結(jié)合，提出了一種綜合完整的鋼結(jié)構(gòu)無損檢測方法，并利用小波分解去除建筑物中鋼結(jié)構(gòu)檢測圖像中的噪聲。