一种装配式桥梁数字孪生系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种装配式桥梁数字孪生系统及方法，包括物理实体模块、数字孪生体、感知控制模块、数据管理模块、应用服务模块共五类模块，此类技术面向墩、梁、基础、防撞墙以及湿接缝、支座、桥面铺装的全装配，从工厂到现场装配建立构件级、部品级和体系级数字孪生体，基于物联网技术开展上述施工过程的监控，并将监测结果实时传输至数字孪生体，得到物理实体的数字孪生系统，在此基础上针对预制装配式桥施工建造过程进行预测和科学决策。本发明专利技术为预制装配式桥梁智慧建造提供了方案指导。装配式桥梁智慧建造提供了方案指导。装配式桥梁智慧建造提供了方案指导。

【技术实现步骤摘要】
一种装配式桥梁数字孪生系统及方法


[0001]本专利技术属于桥梁建设的施工监控领域，具体涉及一种装配式桥梁数字孪生系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，伴随着我国经济、技术、装备制造业快速发展，我国桥梁建设工业化水平得到一个质的提升，桥梁施工开始突破传统桥梁工业化模式，生产工厂化与现场施工装配化相结合的生产模式得以快速发展。传统桥梁建设行业中，人为因素对质量好坏的占比很大，因此对质量的把控很难严格做到统一。装配式桥梁施工虽然具有很多的优点，但是在构件的预制、运输、拼接安装等环节具有严格的要求。现有的装配式桥梁可以做到节约施工成本，提高施工效率，并有效规避施工风险。传统BIM在装配式桥梁施工中的管理主要是对施工过程中信息的采集与归纳，没有对桥梁本身进行结构上的分析来对施工过程进行一个后续的预测。而本次专利则主要通过建立一种新的数字孪生来有效进行施工管理，有效提高施工效率，实现多方面协同合作，把控施工质量，实现信息化施工管理，从而实现了解过去、监测现在，预测未来(王永,齐成龙.基于BIM+GIS技术的预制装配式桥墩全生命周期解决方案[J].市政技术,2021,39(04):63
‑
67.DOI:10.19922/j.1009
‑
7767.2021.04.063.)。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要通过BIM技术来实现面向各种装配式构件的BIM搭建，然后从工厂到现场装配建立构件级、部件级和体系级的数字孪生体，通过物联网技术来实现对施工过程中各个构件的监控，使构件从独立的个体之间建立一个整体的联系，进而实现对施工过程一个整体的监控，并将这些监测的数据实时传输至数字孪生体，从而建立数字孪生系统，主要用处在于了解过去、监测现在，预测未来，通过数字孪生系统来达到对桥梁施工过程中的质量把控和进程把控，以解决现有装配式桥梁施工阶段产生的问题无法及时的反馈和解决以及预测施工时可能发生的危害，提高桥梁施工数据的准确度和运营管理单位的参与度，解决档案管理和查询工作的冗杂性和离散性，提高面对施工紧急问题以及制定施工方案时的决策效率。
[0004]本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。
[0005]一种装配式桥梁数字孪生系统，用于装配式桥梁的智能化建造，包括物理实体模块、孪生模型模块、感知控制模块、数据管理模块、服务应用模块；
[0006]所述物理实体模块用于表现桥梁结构；
[0007]所述数字孪生体用于对物理实体模块的几何、物理、行为、规则方面的特征进行刻画；
[0008]所述感知控制模块用于实时监测装配式桥梁的构件施工状态并将监测数据采集传输至数据管理模块，还用于传输用户通过服务应用模块发出的指令来调控构件的施工状态；
[0009]所述数据管理模块用于存储和管理数据，以及提供数据接口；
[0010]所述服务应用模块调用孪生模型模块的模型信息及其计算分析结果，呈现对装配式桥梁的施工状态、管理项目档案、呈现除物理实体模块之外其他模块的数据或结果、指导施工和应急抢险。
[0011]进一步地，所述孪生模型模块融合装配式桥梁的三维信息模型、分析计算模型、行为演化模型；
[0012]进一步地，所述三维信息模型是针对装配式桥梁构件以及周围地理环境所建立的三维信息模型；
[0013]所述分析计算模型用于对装配式桥梁钢筋内部进行受力分析，对钢筋受力状态进行误差值分析。
[0014]所述行为演化模型以分析计算模型为基础，使用深度学习算法挖掘物理实体运行数据和分析计算模型结果数据中的规律，结合三维信息模型的可视化特点，实现对装配式桥梁物理实体施工健康状况的监测和预测。
[0015]进一步地，所述感知控制模块通过无人机实时采集监测装配式构件的施工时的数据。
[0016]进一步地，所述感知控制模块对装配式构件施工时通过采5G通讯网络和物联网技术开展装配式构件施工状态的监测，将监测到的信息传入分析计算模型中进行荷载效应的有限元分析。
[0017]进一步地，所述数据管理模块采用关系数据库模型搭建，用于接收和存储隧道的运行监控数据、孪生模型模块的计算分析与模拟数据，并为孪生模型模块调用和处理数据提供数据接口、为服务应用模块调用数据和向感知控制模块发送指令提供接口。
[0018]进一步地，所述服务应用模块采用B/S架构。
[0019]进一步地，所述服务应用模块通过数据管理模块调用孪生模型模块的三维信息模型及其计算分析结果、感知控制模块的施工监控数据，并将施工监控数据在可视化界面中呈现，同时针对不同监控指标设置报警阈值。
[0020]进一步地，用户通过服务应用模块监控装配式桥梁物理实体的真实施工状态，当需要调整时，在服务应用模块触发相应的指令，指令通过感知控制模块的网络传输设备传输并调控机电设备的运行状态；用户通过服务应用模块的警示信息及时或预先发现装配式桥梁施工中的问题，决策并采取处治方案，将决策结果和处治结果存入数据管理模块。
[0021]本专利技术所述桥梁，是指交通基础设施桥梁和相关城市公用设施中的桥梁，包括但不限于铁路桥、公路桥、公铁两用桥、人行桥、运水桥(渡槽)及其他专用桥梁(如通过管道、电缆等)。
[0022]实现所述的一种装配式桥梁数字孪生系统的方法，包括以下步骤：
[0023]S1、建立三维可视化的地质信息模型，根据综合工程地质收集施工所需要的地质参数；
[0024]S2、根据地质信息模型和装配式桥梁的信息，构建装配式桥梁信息模型；
[0025]S3、建立与装配式桥梁信息模型相对应的分析计算模型，对荷载效应进行有限元分析；
[0026]S4、实时监测和收集桥梁施工建造数据；
[0027]S5、采集装配式桥梁施工数据，建立桥梁的施工预测模型，将预测模型数据与现有施工状态进行对比，对预测模型进行修整调整；
[0028]S6、实现项目全智能化施工管理，对施工状态进行预测同时及时反馈将会出现的问题进行修正。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0030]提升装配式桥梁施工管理的信息化水平，提高装配式桥梁施工监测的准确度和可靠性，实现装配式桥梁智能化施工管理。
附图说明
[0031]图1为实施例一种装配式桥梁数字孪生系统的智能建造方法流程图；
[0032]图2为实施例装配式桥梁数字孪生系统的模块组成结构示意图；
[0033]图3为实施例数字孪生体模块的模型构建流程关系示意图。
具体实施方式
[0034]下面将参照附图更详细的描述本专利技术的示例性实施例，然而可以明白的是我们可以通过各种各样的形式来实现本专利技术而不单单被这里阐述的示例性实施例所限制；提供本实施例是为了可以更加清晰的理解本专利技术而且将本专利技术的范围详细的阐述给本领域的工作人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0035]实施例1
[0036]一种基于智能建造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装配式桥梁数字孪生系统，用于装配式桥梁的智能化建造，其特征是：包括物理实体模块、孪生模型模块、感知控制模块、数据管理模块、服务应用模块；所述物理实体模块用于表现桥梁结构；所述数字孪生体用于对物理实体模块的几何、物理、行为、规则方面的特征进行刻画；所述感知控制模块用于实时监测装配式桥梁的构件施工状态并将监测数据采集传输至数据管理模块，还用于传输用户通过服务应用模块发出的指令来调控构件的施工状态；所述数据管理模块用于存储和管理数据以及提供数据接口；所述服务应用模块调用孪生模型模块的模型信息及其计算分析结果，呈现对装配式桥梁的施工状态、管理项目档案、呈现除物理实体模块之外其他模块的数据或结果。2.根据权利要求1所述的一种装配式桥梁数字孪生系统，其特征是：所述孪生模型模块融合装配式桥梁的三维信息模型、分析计算模型、行为演化模型。3.根据权利要求2所述的一种装配式桥梁数字孪生系统，其特征是：所述三维信息模型是针对装配式桥梁构件以及周围地理环境所建立的三维信息模型；所述分析计算模型用于对装配式桥梁钢筋内部进行受力分析，对钢筋受力状态进行误差值分析。所述行为演化模型以分析计算模型为基础，使用深度学习算法挖掘物理实体运行数据和分析计算模型结果数据中的规律，结合三维信息模型的可视化特点，实现对装配式桥梁物理实体施工健康状况的监测和预测。4.根据权利要求1所述的一种装配式桥梁数字孪生系统，其特征是：所述感知控制模块通过无人机实时采集监测装配式构件的施工时的数据。5.根据权利要求1所述的一种装配式桥梁数字孪生系统，其特征是：所述感知控制模块对装配式构件施工时通过5G通讯网络和物联网技术开展装配式构件施工状态的监测，将监测到的信息传入分析计算模型中进行荷载效应的有限元分析。6.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建春，左仝，宋晓凯，黄浩志，黄航，曹耀文，郭贵川，陈颖，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：