基于IFC 標準的老舊磚房變形監(jiān)測信息集成與表達

田亞洪 譚曉晶 楊成標

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

基于IFC 標準具有公開性和中性機制的特點，國內(nèi)外學者研究基于IFC 的拓展應用。目前已經(jīng)有關(guān)于IFC 工程信息集成、共享平臺的研究，也有學者提出了基于IFC 的N 維建筑信息模型系統(tǒng)構(gòu)件方法[2]。雖然IFC 應用研究已取得了一定成果，但在結(jié)構(gòu)監(jiān)測領(lǐng)域還需進行各類型傳感器和數(shù)據(jù)的描述，以實現(xiàn)監(jiān)測信息的集成與表達。

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

1.IFC 標準構(gòu)成

IFC 標準是通過IFC 實體、屬性及實體關(guān)系三個方面的內(nèi)容來組織和表達工程信息。因此，首先需要確定表達監(jiān)測信息所需要的IFC實體、屬性及實體關(guān)系。IFC 標準通過“層”的概念組織工程信息，包括四個功能層構(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 標準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，定義多個領(lǐng)域中的共用概念和對象；領(lǐng)域?qū)游挥贗FC 標準的最頂層，定義了各專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)模型。

2.監(jiān)測信息模型

2.1 工程概況

某單位辦公樓建于20 世紀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，強度為MU7.5，混合砂漿砌筑，強度為M2.5。建筑構(gòu)造有圈梁，無構(gòu)造柱，墻體轉(zhuǎn)角處設(shè)置有鋼筋網(wǎng)片，過梁與墻體交接處有素混凝土梁墊。該建筑樓板為預應力混凝土空心板。

圖1 建筑物外觀

2.2 建筑BIM 建模

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

因此，首先需完成建筑BIM 建模。建模過程主要有以下步驟：

2.2.1 建筑復圖

（1）對辦公樓進行現(xiàn)場測量，如測量門窗尺寸，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，采用盈建科軟件進行結(jié)構(gòu)建模。

2.2.3 IFC 模型文件

通過盈建科軟件，生成IFC模型文件。

2.2.4 IFC 數(shù)據(jù)修改

根據(jù)IFC 語法，在已生成的IFC 文件中添加傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，再生成新的含有監(jiān)測信息的IFC 模型文件。

2.2.5 BIM 建模

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

3.建筑變形監(jiān)測

3.1 監(jiān)測設(shè)備

為了降低監(jiān)測成本，老舊磚混建筑僅采用高精度傾角傳感器來完成其變形監(jiān)測。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 測點信息

在該建筑屋頂布設(shè)了4 個傾角傳感器測點，測點位置如圖3 和圖4 所示。

圖2 雙軸傾角傳感器

圖3 測點位置示意圖

圖4 各測點布置實物圖

4.監(jiān)測信息展示

在集成了變形監(jiān)測信息的Revit 模型上，每個測點均嵌入了傳感器的傾斜變形數(shù)據(jù)，可以展示每個測點的監(jiān)測信息。選取24 小時的傾斜信息如圖5 所示。

圖5 BIM 模型監(jiān)測信息展示

從圖5 可以得出，建筑物傾角變化波動最明顯的時間段為9 點至16 點。說明該時間段辦公樓人員活動最頻繁，外界影響最大。每個測點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)測的建筑傾角變化最大值為0.111°，相對水位位移最大值為23.25mm，滿足《民用建筑可靠性鑒定標準》GB50292-2015 對于建筑物側(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)測情況

5.結(jié)論

本項目以一棟老舊磚混結(jié)構(gòu)辦公樓為實施對象，將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測信息通過IFC 標準表達集成到BIM 模型中，建立了基于BIM模型的監(jiān)測信息可視化方法，主要成果如下：

（1）對IFC 標準進行傾角傳感器的屬性集擴展，建立建筑BIM 模型與含有監(jiān)測信息的IFC 參數(shù)的映射關(guān)系，可實現(xiàn)基于BIM 模型的監(jiān)測信息可視化，提高監(jiān)測信息的解釋效率。

（2）通過監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)老舊磚房在時間段9 點至16 點的變形較為明顯，最大相對水平位移量為23.25mm。采用傾角傳感器的低成本監(jiān)測方法可行，該方法可為同類工程提供參考。