一种基于BIM的实验室桥梁监测演示教学系统的制作方法

本发明涉及检测演示技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于bim的实验室桥梁监测演示教学系统。

背景技术：

目前，可视化技术是利用图像处理和图形学将抽象的数据转化为人们易于理解的图像或图形的技术。可视化的概念始于科学计算可视化，工作人员不仅需要以图形或图像这种形象直观的方式去描述数据，同时也需要了解数据的变化趋势从而对数据的走势进行预测，随着不同学科之间的交叉越来越多和计算机技术的快速发展，可视化已经不仅仅是指科学计算可视化，而且还包括工程领域数据的可视化。自20世纪起，随着科技的高速发展，各种新材料、新工艺不断涌现在土木工程行业，使得工程结构不断向复杂化、大型化发展，同时也使得结构的健康监测系统必然地向复杂化、大型化发展。监测数据在健康监测系统中具有十分重要的地位，是对结构受力状态、损伤程度和寿命评估的科学依据，对结构后续的维修和养护有十分重要的指导意义。但随着监测系统的大型化、复杂化，不同类型传感器采集的海量监测数据会实时地传输到监测系统中的数据采集子系统，导致工作人员对监测信息的理解、分析和处理产生困难。因此，提高监测数据的可视化水平，降低数据的理解难度是必要的。

bim的英文全称是buildinginformationmodeling,其概念最早是由charleseastman等人19世纪70代首次提出，是信息化技术应用于建筑业的直接体现。经过多年的发展bim技术的定义也有了更完备的定义。bim技术于2002年进入我国，国内学者也展开了大量的研究。广西科技大学邓朗妮教授团队开展了关于bim技术在设计阶段、施工阶段和运维阶段的全生命周期应用的研究，为解决cad传统排砖技术难以实现精细化管理的问题，利用bim核心软件revit为平台，建立砖的族文件，实现模拟排砖的快速化和自动化，减少工程成本，为提高用户体验，通过对bim核心软件的集成使用，实现基于bim模型的可视化仿真应用。为提高施工过程中的安全管理问题，以bim模型为基础，使用pathfinder软件实现对火灾模拟和安全预警的研究。利用二次开发技术，实现了基于revit的施工危险源安全管理，降低施工现场安全事故的发生并将bim技术应用与对工程质量管理中的研究。在设计阶段，学者们多利用revit软件碰撞检查的功能，对全专业的bim模型进行碰撞检查，提早发现设计中的盲区，减少设计变更，提高了不同专业之间的协调。bim在施工阶段的应用已经较为成熟，可实现施工场地优化布置、可视化施工交底、进度模拟和质量检查等，可以很好的辅助于施工过程，减少返工，提高经济效益。在运维阶段，很多学者将rfid技术与bim相结合应用于运维管理中，将动态信息集成到bim模型中，为构建识别、室内定位、人员逃生等提供良好支持。但由于运维管理需求不明确以及管理和技术水平不协调等问题导致运维阶段的bim研究还处在初级阶段，需要多专业之间的交叉。

综上，虽然bim技术在施工阶段的研究较为完备，但在设计阶段和运维阶段的研究还有很长的路需要走，集中的问题在于如何进行不同模型信息之间的交互和学科之间的交叉研究。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于bim的实验室桥梁监测演示教学系统。本发明主要利用一种基于bim的实验室桥梁监测演示教学系统，其特征在于，包括：数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、提供传感器图元所对应的监测数据的查看的监测数据管理模块以及用于提供实验室斜拉桥在revit中的三维模型并实现监测数据超出正常值的高亮显示的模型演示模块。

进一步地，所述数据采集模块设置在斜拉桥的斜拉索上，通过拉力传感器采集斜拉索的应变信息，并通过所述数据传输模块中的无线传输单元实时传输至设置在计算机终端的所述数据处理模块、所述监测数据管理模块以及所述模型演示模块。

更进一步地，所述监测数据管理模块包括：传感器节点操作单元、监测数据查看单元、监测曲线查看单元以及将数据导出为excel格式文件的监测数据导出单元。

进一步地，所述监测数据通过设置在实验室斜拉桥上每根斜拉索上的多个拉力传感器，通过在所述数据库中建立节点信息表，所述节点信息表为传感器编号、传感器父节点编号以及传感器名称，所述传感器编号和所述传感器父节点编号的数据类型为int，所述传感器名称的数据类型为nvarchar。

更进一步地，所述系统自动读入所述节点信息表的信息，并按照节点与父节点的顺序将传感器名称通过递归法绑定在treeview控件中，在所述监测数据查看单元中，实现对不同传感器节点数据的查看。

进一步地，当点击传感器节点时，所述系统自动连接所述数据库，查询并读取选定传感器对应的监测数据，并提取到内存中，通过datagridview控件实现可视化；所述监测曲线查看单元通过mschart，当用户选择相应的传感器节点时显示相应的监测数据曲线图；所述监测数据导出单元。

进一步地，所述模型演示模块预设预警阈值，所述预警阈值的通过在目标破坏形态下根据相关计算理论分别计算极限破坏状态临界条件下的斜拉索应变值和在循环载荷作用下发生疲劳破坏临界时的斜拉索应变值，最后取二者的较小值作为预警阈值；所述模型演示模块进而通过revit的二次开发，实现模型的高亮显示功能。

更进一步地，当检测到数据导入到所述系统后，获得的每一个传感器数据会与所述预警阈值进行对比，当应变数据小于所述预警阈值时系统安全，当应变数据大于所述预警阈值时，则在三维模型中进行高亮显示预警。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种基于bim技术的实验室桥梁监测演示教学系统，其目的是通过结合bim技术实现在实验室条件下桥梁检测信息的可视化，增强学生在学习过程中对于大型桥梁监测的认知能力和实践能力，克服在本科教学过程中不能到实际工程中参与实践学习的困难，丰富本科教学模式，为培养高素质人才奠定基础。同时本发明为教学提供了一个良好的实践平台，学生可通过该系统完成桥梁监测技术中从传感器布置到信息采集处理以及可视化显示的整个过程，极大的锻炼了学生的动手实践能力，解决了老师在授课过程中实例少讲解难的问题，可有效提高土木工程专业的授课效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体流程示意图。

图2是本系统传感器布置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-2所示，为本发明一种基于bim的实验室桥梁监测演示教学系统，包括：数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、提供传感器图元所对应的监测数据的查看的监测数据管理模块以及用于提供实验室斜拉桥在revit中的三维模型并实现监测数据超出正常值的高亮显示的模型演示模块。可以理解为在其它的实施方式中，所述的教学系统还可以包含如音频模块等。只要能够实现对数据的采集处理及获取即可。

作为一种优选的实施方式，所述数据采集模块设置在斜拉桥的斜拉索上，通过拉力传感器采集斜拉索的应变信息，并通过所述数据传输模块中的无线传输单元实时传输至设置在计算机终端的所述数据处理模块、所述监测数据管理模块以及所述模型演示模块。

在本实施方式中，所述监测数据管理模块包括：传感器节点操作单元、监测数据查看单元、监测曲线查看单元以及将数据导出为excel格式文件的监测数据导出单元。可以理解为在其它的实施方式中，所述检测数据管理模块还可以包含其它处理单元，主要能够满足能够将采集到的数据进行处理及管理即可。

作为一种优选的实施方式，所述监测数据通过设置在实验室斜拉桥上每根斜拉索上的多个拉力传感器，通过在所述数据库中建立节点信息表，所述节点信息表为传感器编号、传感器父节点编号以及传感器名称，所述传感器编号和所述传感器父节点编号的数据类型为int，所述传感器名称的数据类型为nvarchar。

在本实施方式中，所述系统自动读入所述节点信息表的信息，并按照节点与父节点的顺序将传感器名称通过递归法绑定在treeview控件中，在所述监测数据查看单元中，实现对不同传感器节点数据的查看。当点击传感器节点时，所述系统自动连接所述数据库，查询并读取选定传感器对应的监测数据，并提取到内存中，通过datagridview控件实现可视化；

优选的，作为优选的实施方式所述监测曲线查看单元通过mschart，当用户选择相应的传感器节点时显示相应的监测数据曲线图；所述监测数据导出单元。

作为一种优选的实施方式，所述模型演示模块预设预警阈值，所述预警阈值的通过在目标破坏形态下根据相关计算理论分别计算极限破坏状态临界条件下的斜拉索应变值和在循环载荷作用下发生疲劳破坏临界时的斜拉索应变值，最后取二者的较小值作为预警阈值；所述模型演示模块进而通过revit的二次开发，实现模型的高亮显示功能。

在本实施方式中，当检测到数据导入到所述系统后，获得的每一个传感器数据会与所述预警阈值进行对比，当应变数据小于所述预警阈值时系统安全，当应变数据大于所述预警阈值时，则在三维模型中进行高亮显示预警。

通过上述方式，可以通过数据采集模块实时获取实验室桥梁的监测数据，该系统主要通过在桥梁上布置光纤拉力传感器采集应变信息来实现对桥梁的实时监测，然后通过系统编程将采集的监测指标数据与设定的阈值进行数值对比，从而实现预警功能。程序会自动将每条数据与数据库中的阈值进行比较，如果超出阈值，会在三维模型中进行高亮显示。原始数据是结构健康监测的基础，通过对原始数据的记录和分析以实现对结构可靠性的评估，在进行安全性排查时原始数据也是重要的参考依据，该模块可让用户对原始的监测数据进行查看，可以调用每个测点的曲线图并对数据进行文件转存。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。