本发明涉及BIM技术信息化施工技术领域，尤其涉及一种基于BIM平台实施时变有限元施工力学模拟进行安全预警的方法。
背景技术：
BIM是土木工程，水利工程等行业设计、施工和维护信息化管理不可缺少的平台。但至目前，其无法与施工现场相衔接，不能直接为施工管理创造效益。本项发明，即将BIM技术直接应用于钢结构网架液压提升的施工管理中，作为其安全提升的预警技术。
传统的液压提升监测方案，采用小幅提升，人工测量、复核提升的平衡状态，逐步调整钢结构网架的空间姿态，以保持整个网架在提升过程受力平衡。这种方法，虽然能够最终满足施工需求，但时效性较差，现场人力、机械资源耗费较多。尤其是紧急突发状况时，无法及时评估钢结构网架的受力状态，影响了现场应急措施的准备。
时变有限元力学分析是指结构的受荷特征随着结构内外环境特征的改变而相应产生的变化。本次发明主要针对钢结构网架不均匀提升（异步提升），通过时变有限元力学模拟、分析相应时段钢结构网架的力学特征，若发现其受荷状况将影响整个提升过程的安全，则直接进行预警，以便提升作业人员及时作出调整。
技术实现要素：
为了弥补项目部在钢结构网架液压提升过程中对其受力状况不能及时监测预警的不足，本司发明公开了一种基于BIM钢结构网架液压提升时变有限元分析的方法。
本发明首先根据BIM管理平台上提供的实时钢结构网架液压提升三维模型和相应的物理属性，建立时变有限元数学模型；其后，通过实时监测的应力-应变数据，对模型进行验证，完成时变钢结构网架液压提升受力云图；第三，将时变受力云图实时反馈至BIM施工管理平台，在钢结构网架液压提升虚拟三维模型上显示其实时力学状态；最后，对钢结构网架液压提升过程的受力状态进行分析，对超过安全临界的区域进行预警，以使现场施工人员作出安全预案，进行相应调整。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：其步骤为（1）将实时钢结构液压提升BIM三维模型导入有限元计算软件。根据施工图设置模型属性，建立时变有限元模型;（2）利用实测应力-应变检测结果对有限元数值模拟进行验证,生成时变施工过程力学云图;（3）将时变施工过程力学云图反馈至BIM三维模型，显示相应阶段钢结构网架液压提升的受力状态；（4）对模型内超过稳定状态的区域进行分析、预警，以便现场及时调整；若出现重大安全隐患，施工管理部门可及时做出相应地应急措施。
为了进一步改进技术方案，步骤（1）的实时钢结构液压升降BIM模型导入有限元计算软件时，须进行建立满足整个提升过程有限元模拟的网格剖分系统；模型各构件的物理属性由施工图确定。
为了进一步改进技术方案，步骤（1）的实时钢结构液压升降BIM模型导入有限元计算软件时，须进行建立满足整个监测过程有限元模拟的网格剖分系统，才能满足提升过程实时模拟的需求，不至于因网格剖分使得有限元计算因无法收敛模拟失败；模型各构件的物理属性由施工图确定。
为了进一步改进技术方案，步骤（3）中的时变力学云图由步骤（2）模拟获得；并通过数据结构的自动转换，实时导入BIM模型，在实时钢结构网架虚拟三维模型上显示其时变受力状况；数据结构的自动转化，基于Revit的二次开发，将虚拟三维模拟与有限元模型的网格剖分统一。
为了进一步改进技术方案，步骤（4）在BIM模型基础上对时变钢结构液压提升时变力学云图与理想平衡提升的力学云图进行对比、分析，评价其稳定性状况，对不均匀提升导致的受力状态突变及时预警。
为了进一步改进技术方案，本发明所述步骤（1）中的实时三维钢结构网架提升空间数据，由施工现场布设的现代测绘系统实时采集、无线传输回主计算机建立的钢结构网架虚拟三维模型提供。这套系统，与现场液压提升同步，时效性较强，且节省现场大量的人工测量以及操作员工、机械作业的等待时间。
为了进一步改进方案，本发明所述步骤（2）在步骤（1）所建立的空间网格基础上重新进行空间网格划分，以满足有限元计算时迭代、收敛的需要，同时提升计算效率。
为了进一步改进技术方案，本发明所述步骤（1）（3），BIM与FEM数据的传输，通过利用C#编写程序对Revit进行二次开发实现。
为了进一步改进技术方案，本发明所述步骤（2）的实时验证，是建于试提升基础上调整物理参数基础之上，在实际提升过程中，只要不与实测数据产生明显差异，一般不对物理参数进行调整；同时，实测的应力-应变数据通过无线传输，由BIM平台收集，自动生成验证曲线。
为了进一步改进技术方案，本发明所述步骤（4）中的安全预警基于Revit的二次开发，利用C#语言编写图形界面，对安全隐患区域的范围，荷载变化情况进行放大显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明提供一种基于BIM的钢结构网架液压提升时变有限元分析的方法。本发明首先将生成提升过程中钢结构网架实时三维BIM模型，自动导入有限元模型中，重新进行网格划分和物理属性的设置，进行数值模拟分析。其后，通过实时监测的应力-应变数据进行验证，并将模拟结果实时反馈至BIM平台，在实时钢结构网架三维BIM模型上显示时变受力状态；最后，根据钢结构网架提升过程力学特征，对影响钢结构网架提升的安全、稳定问题及时进行预警。本发明具有实时、准确、可视化等优点，可及时对现场影响施工方案的情况进行预警。现场工作人员可通过反馈的力学特征、数据采取合适的方案对整个钢结构网架的提升进行调整。
附图说明
为了说明本发明的结构特征和技术要点，下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构特点作进一步详细的说明。
图1是本发明的工作流程图。
具体实施方式
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实施例，而不是全部的实施例。
附图1所述一种基于BIM的钢结构网架液压提升时变有限元分析的方法的一种实施例，本实施例包括以下步骤：
（1） 根据施工图，计算钢结构网架液压平衡提升过程的速度范围，模拟相应地虚拟三维空间，制定提升预案；进行钢结构网架预提升，记录相关应力-应变数据；
（2） 将实时钢结构液压提升BIM三维模型导入有限元计算软件。根据施工图设置模型属性，建立时变有限元模型;
（3） 利用实测应力-应变检测结果对有限元数值模拟进行验证,生成时变施工过程力学云图;
（4） 将时变施工过程力学云图反馈至BIM三维模型，显示相应阶段钢结构网架液压提升的受力状态；
（5） 对模型内超过稳定状态的区域进行分析、预警，以便现场及时调整；若出现重大安全隐患，施工管理部门可及时做出相应地应急措施。
利用BIM平台调用钢结构网架提升过程的实时三维空间数据，建立可视化三维模型。这种虚拟三维模型，随钢结构网架液压提升的时间变化，展现不同的空间姿态。
将三维可视化模型导入有限元分析软件中，对网格剖分进行适当调整，并设置物理属性，并利用试提升的应力-应变数据，对模型参数进行率定。本套网格剖分系统，尽可能考虑网架在提升过程过程的不平衡，因此在实际提升过程中不再重新进行网格剖分。
本实施例第（3）步中，根据实时三维可视化模型建立时变有限元模型，并利用实测的应力-应变数据对模型结果进行验证，若模型计算结果明显偏高实测应力-应变或计算直接崩溃则立即停止提升，对模型进行校核；若模型计算结果与实测应力-应变趋势相近时，则视为模型结果与实际过程一致；
本实施例第（4）步中，将验证过的提升过程模拟结果反馈至BIM模型，可实时展示钢结构液压提升过程中的受力状态；力学云图根据虚拟三维模型的网格剖分重新进行插值，分层摄色设定以中文显示便于现场管理者阅读、分析；
本实施例第（5）步，现场管理者根据虚拟三维模型的实时受力分析图，通过与预案中平衡提升力学状态进行比较，调取局部不均衡区域的数据，以确定提升过程的稳定、安全。对可能出现的安全隐患区域及时调整。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让相关人士能够据以实施，但以上所述内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。