基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)的老舊磚房變形監(jiān)測(cè)信息集成與表達(dá)

田亞洪 譚曉晶 楊成標(biāo)

BIM 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于強(qiáng)大的可視化和信息集成管理能力，其既可以作為監(jiān)測(cè)信息管理和共享平臺(tái)，也能提高結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)信息的可讀性[1]。但由于BIM軟件眾多，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模型需要采用統(tǒng)一的文件格式以降低建模成本。IFC 標(biāo)準(zhǔn)是BIM 應(yīng)用最為成熟的一種建筑業(yè)公共的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，是BIM 軟件進(jìn)行信息交換的共同語(yǔ)言。因此，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何將IFC 標(biāo)準(zhǔn)與BIM 有效結(jié)合起來(lái)。

基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)具有公開(kāi)性和中性機(jī)制的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究基于IFC 的拓展應(yīng)用。目前已經(jīng)有關(guān)于IFC 工程信息集成、共享平臺(tái)的研究，也有學(xué)者提出了基于IFC 的N 維建筑信息模型系統(tǒng)構(gòu)件方法[2]。雖然IFC 應(yīng)用研究已取得了一定成果，但在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域還需進(jìn)行各類型傳感器和數(shù)據(jù)的描述，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的集成與表達(dá)。

本文首先建立監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的BIM 模型，將傳感器相關(guān)參數(shù)添加到圖元，導(dǎo)出為IFC 文件，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入該IFC文件，以得到集成了監(jiān)測(cè)信息的IFC文件，從而實(shí)現(xiàn)基于BIM的監(jiān)測(cè)信息集成與展示。

1.IFC 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成

IFC 標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)IFC 實(shí)體、屬性及實(shí)體關(guān)系三個(gè)方面的內(nèi)容來(lái)組織和表達(dá)工程信息。因此，首先需要確定表達(dá)監(jiān)測(cè)信息所需要的IFC實(shí)體、屬性及實(shí)體關(guān)系。IFC 標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)“層”的概念組織工程信息，包括四個(gè)功能層構(gòu)成：資源層（Resource layer）、核心層（Core layer）、共享層（Interoperability layer）和領(lǐng)域?qū)樱―omain layer）[3]。其中，資源層定義IFC 標(biāo)準(zhǔn)中描述模型的基本信息；核心層位于資源層之上，定義了IFC 信息模型的基本框架；共享層位于核心層之上，定義多個(gè)領(lǐng)域中的共用概念和對(duì)象；領(lǐng)域?qū)游挥贗FC 標(biāo)準(zhǔn)的最頂層，定義了各專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)模型。

2.監(jiān)測(cè)信息模型

2.1 工程概況

某單位辦公樓建于20 世紀(jì)70 年代，為4 層磚混結(jié)構(gòu)，局部5 層，層高均為3.3m，建筑面積約為2900m2。該建筑材料為燒結(jié)粘土磚，強(qiáng)度為MU7.5，混合砂漿砌筑，強(qiáng)度為M2.5。建筑構(gòu)造有圈梁，無(wú)構(gòu)造柱，墻體轉(zhuǎn)角處設(shè)置有鋼筋網(wǎng)片，過(guò)梁與墻體交接處有素混凝土梁墊。該建筑樓板為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。

圖1 建筑物外觀

2.2 建筑BIM 建模

根據(jù)IFC 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)BIM模型通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)成員的描述，將數(shù)據(jù)成員及類型與IFC 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型建立映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息在BIM 模型中的集成與表達(dá)。

因此，首先需完成建筑BIM 建模。建模過(guò)程主要有以下步驟：

2.2.1 建筑復(fù)圖

（1）對(duì)辦公樓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，如測(cè)量門窗尺寸，位置、房屋軸線尺寸等，獲取建筑幾何信息；

（2）根據(jù)測(cè)量信息，完成建筑圖形CAD 繪制。

2.2.2 結(jié)構(gòu)建模

根據(jù)建筑圖形信息，采用盈建科軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模。

2.2.3 IFC 模型文件

通過(guò)盈建科軟件，生成IFC模型文件。

2.2.4 IFC 數(shù)據(jù)修改

根據(jù)IFC 語(yǔ)法，在已生成的IFC 文件中添加傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，再生成新的含有監(jiān)測(cè)信息的IFC 模型文件。

2.2.5 BIM 建模

將新生成的IFC 文件導(dǎo)入Revit 軟件中，并完成傳感器圖元等信息修改，生成含有監(jiān)測(cè)信息的BIM 模型。

3.建筑變形監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備

為了降低監(jiān)測(cè)成本，老舊磚混建筑僅采用高精度傾角傳感器來(lái)完成其變形監(jiān)測(cè)。傾角傳感器的性能參數(shù)如表1 所示。

表1 高精度雙軸傾角傳感器性能參數(shù)

3.2 測(cè)點(diǎn)信息

在該建筑屋頂布設(shè)了4 個(gè)傾角傳感器測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置如圖3 和圖4 所示。

圖2 雙軸傾角傳感器

圖3 測(cè)點(diǎn)位置示意圖

圖4 各測(cè)點(diǎn)布置實(shí)物圖

4.監(jiān)測(cè)信息展示

在集成了變形監(jiān)測(cè)信息的Revit 模型上，每個(gè)測(cè)點(diǎn)均嵌入了傳感器的傾斜變形數(shù)據(jù)，可以展示每個(gè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)信息。選取24 小時(shí)的傾斜信息如圖5 所示。

圖5 BIM 模型監(jiān)測(cè)信息展示

從圖5 可以得出，建筑物傾角變化波動(dòng)最明顯的時(shí)間段為9 點(diǎn)至16 點(diǎn)。說(shuō)明該時(shí)間段辦公樓人員活動(dòng)最頻繁，外界影響最大。每個(gè)測(cè)點(diǎn)最大變化情況和建筑水平變形情況如圖6 和表2 所示。監(jiān)測(cè)的建筑傾角變化最大值為0.111°，相對(duì)水位位移最大值為23.25mm，滿足《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50292-2015 對(duì)于建筑物側(cè)向位移要求。

圖6 建筑傾斜示意圖

表2 建筑傾斜變形監(jiān)測(cè)情況

5.結(jié)論

本項(xiàng)目以一棟老舊磚混結(jié)構(gòu)辦公樓為實(shí)施對(duì)象，將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)信息通過(guò)IFC 標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)集成到BIM 模型中，建立了基于BIM模型的監(jiān)測(cè)信息可視化方法，主要成果如下：

（1）對(duì)IFC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傾角傳感器的屬性集擴(kuò)展，建立建筑BIM 模型與含有監(jiān)測(cè)信息的IFC 參數(shù)的映射關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)基于BIM 模型的監(jiān)測(cè)信息可視化，提高監(jiān)測(cè)信息的解釋效率。

（2）通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)老舊磚房在時(shí)間段9 點(diǎn)至16 點(diǎn)的變形較為明顯，最大相對(duì)水平位移量為23.25mm。采用傾角傳感器的低成本監(jiān)測(cè)方法可行，該方法可為同類工程提供參考。