本发明属于建筑信息技术领域，特别涉及一种基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策系统。
背景技术：
近年，随着“智慧交通”的大力发展，桥梁的病害调查、监测预警等基本上实现了信息化、智能化；然而，数据孤岛现象明显，基础信息、病害信息、监测检测信息等多源异构数据没有实现有机融合，导致数据利用效率低，结构运营状态识别不准确等问题。
桥梁的决策管理平台在大型桥梁管养中较常见；但随着多省推行交通运输行业改革，省级的养护投资计划管理模式逐步实施，省级桥梁统一管养的重心为普通结构形式的梁式桥，基于大数据的决策方法和平台是解决问题的核心。
bim技术近年在桥梁设计、施工中快速发展，然而由于养护过程繁长，涉及单位、人员众多，数字化程度低且存在数据孤岛现象，导致该技术在养护管理过程中应用极少；但bim可视化模型作为信息的载体，在技术层面上对于桥梁全寿命周期管控的各个阶段来说均是适用的。
技术实现要素：
本发明提供一种基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策系统，基于层次分析法的养护投资决策算法可实现网络级维修优先级排序，融合经常检查、定期检查、荷载试验、承载能力评定等业务数据，结合实际检查情况区分仅考虑表观病害的技术状况评定和考虑结构变形的技术状况评定，为养护维修和加固处治的选择提供科学支撑，并且应用bim模型作为数据载体，应用vr技术以虚拟现实场景加强专家对桥梁结构病害、变形的认识，同时可查阅各类型档案参数，开展线上交流讨论，对平台建议的养护维修和加固处治方案进行论证，保障总体方案的合理性。
技术方案如下：
一种基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策系统，包括：运维基础数据单元、bim可视模型单元、病害智能采集单元、病害养护追踪单元、技术状况评定单元、结构监测预警单元、荷载试验分析单元、承载能力测试单元、养护投资决策单元、虚拟现实论证单元及云服务器和客户端；
所述的运维基础数据单元，包括《公路桥涵养护规范》，jtgh11-2004，附录a桥梁基本部内容，用于养护投资决策计算的年度每公里收费额、是否重载路段、是否大件运输通道信息；
所述的bim可视模型单元，应用轻量化技术根据实际尺寸形象化展示桥梁结构，将病害的三维信息转化为二维信息展示，展示不同构件的技术状况评定等级，展示监测预警感知系统以及实时数据，展示荷载试验布载方案以及对应的结构响应，展示荷载试验采集的振型和频率；所述的病害的三维信息转化为二维信息展示，实现将病害位置描述中的结构面归属信息及坐标信息与bim模型结合，准确定位病害在模型中所属的结构面以及具体的位置，实现漫游查看；
所述病害智能采集单元，包括结构解析标准、位置描述标准、特征描述标准、影像文件标准、评定模型库以及ai图像识别算法，评定模型库包括部件库、子部件库、病害类型库；
所述病害养护追踪单元，建立不同时间属性病害的关联关系，用于现场检查时仅记录病害特性的变化提高现场检查效率，同时实现病害长度、宽度、面积、最大缝宽特性按照时间轴的发展跟踪及预测以对养护措施跟踪评价；
所述技术状况评定单元，根据《公路桥梁技术状况评定标准》，jtgth21-2011，根据病害的稳定性，对构件、部件、部位进行自动评分，并生成病害展开图和评定报告；
所述结构监测预警单元，针对上部结构、下部结构技术状况评定分值低的梁式桥，针对性地部署变形、应变、基频测试原件，监测结构的力学行为变化，设置预警阈值对非正常响应进行预警；
所述荷载试验分析单元，针对结构监测预警单元捕捉到承重构件刚度变化的或部分上部结构技术状况评定分值较低的梁式桥，依据《公路桥梁荷载试验规程》，jtg/tj21-01-2015，开展荷载试验，将检测方案和结果录入，自动计算校验系数，分析结构的刚度是否处于正常范围；
所述承载能力测试单元，依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》，jtg/tj21-2011，针对结构变位或变形、应力超限的梁式桥，录入材质状况和状态参数数据，需要进行承载能力评定的结合荷载试验分析单元结果进行桥评定；
所述养护投资决策单元，针对养护维修和加固处治，依据病害养护维修措施及结构加固处治措施可自动计算费用，基于层次分析法实现维修优先级排序，自动生成有限经费的合理分配方案，以及针对特殊目标的合理分配方案；所述病害养护维修措施，设定梁式桥不同类型的病害对应的维修方法、单价、单位；所述结构加固处治措施，设定梁式桥可选用的加固处治方案、单价、单位；所述基于层次分析法实现维修优先级排序，提供了一种优先级排序算法；
所述虚拟现实论证单元，通过vr在虚拟现实中漫游查看桥梁表观病害，监测历史数据及分析结果，荷载试验分析计算结果，以及材质状况和状态参数，论证桥梁结构计划采取的加固处治方案；
所述数据云服务器和客户端，用于网络储存以上数据实现实时调取，并通过web客户端和移动客户端与用户实现友好交互。
优选的，所述的bim可视模型单元，可直接显示病害信息、结构监测测点及测试最大值、荷载试验测试位置和校验系数、桥面实时车流及车型分类等信息并以颜色区分各构件技术状况评定结果，点击具体位置后查看对应的电子档案、材质状况和状态参数，支持vr漫游，实现在虚拟现实环境中论证桥梁结构的加固处治方案合理性；所述电子档案包括建设期、运营期等图纸、报告资料。
优选的，所述的病害养护追踪单元，通过在数据云服务器和客户端增加现场检测完成确认功能，检查是否所有历史病害均进行了追踪调查，并针对裂缝重点病害现场标记缝宽测试位置，融合经常检查、定期检查信息实现对病害发展状况的低频监测，为结构受力特性变化的判断提供数据支撑；通过对已养护维修病害的跟踪监测，实现对养护维修措施的跟踪评价，推荐好的、淘汰差的养护维修措施。
优选的，所述的技术状况评定单元，依据经常检查和定期检查的病害数据，结合病害养护追踪单元的低频监测数据，对病害性质进行判断后综合评价。
优选的，所述的养护投资决策单元，针对养护维修和加固处治，其中养护维修以经常检查、定期检查病害信息为基础数据支撑，以技术状况评定单元计算结果为直接支撑，融合运维基础数据单元进行智能辅助决策；加固处治在经常检查、定期检查表观病害基础上，融合结构监测预警单元及荷载试验分析单元，实现跨中挠度评定、结构变位评定；当构件的技术状况评定结构由跨中挠度和结构变位控制时，再融合承载能力测试单元的材质状况和状态参数数据，进行承载能力检算；所述的养护投资决策单元，遵循以下总体思路：加固处治优先级高于养护维修；总体、下部结构技术状况等级为四类、五类或上部结构为五类的桥梁，必须处治；所述的养护投资决策单元，基于层次分析法建立维修优先级评价指标体系，包括安全性指标和重要性指标两类；其中，安全性指标包括：年度每公里收费额、路线等级、桥梁位置、桥梁长度分类；重要性指标包括：技术状况评价总分、上部结构评价得分、下部结构评价得分、桥面系评价得分、运营年限、特殊结构桥梁、年度经常检查次数、是否重载路段、是否大件运输通道；所述的年度每公里收费额、路线等级、桥梁位置、桥梁长度分类、运营年限、特殊结构桥梁、年度经常检查次数、是否重载路段、是否大件运输通道均从运维基础数据单元获得；所述的技术状况评价总分、上部结构评价得分、下部结构评价得分、桥面系评价得分均从技术状况评定单元获得；
所述的养护投资决策单元，根据专家调查法确定的权重为重要性指标0.33，安全性指标0.67；年度每公里收费额0.58、路线等级0.26、桥梁位置0.11、桥梁长度分类0.05；技术状况评价总分0.13、上结构评价得分0.23、下部结构评价得分0.11、桥面系评价得分0.03、运营年限0.07、特殊结构桥梁0.04、年度经常检查次数0.05、是否重载路段0.10、是否大件运输通道0.24。
优选的，所述的养护投资决策单元，选择的决策参数按照5标度法确定取值，具体如下：
每公里收费额决策指标取值：5-[2.5， ∞)，4-[2.0，2.5)，3-[1.5，2.0)，2-[1.0，1.5)，1-[0，1.5)；
路线等级决策指标取值：5-高速公路，4-一级公路，3-二级公路，2-三级公路，1-四级公路；
桥梁位置决策指标取值：5-主线桥，4-辅道桥，3-匝道桥，2-天桥，1-其他；
桥梁长度分类指标取值：5-特大桥，4-大桥，3-中桥，2-小桥；
技术状况评价总分决策指标取值：5-[60，80)，3-[80，95)，1-[95，100]；
上部结构评价得分决策指标取值：5-[40，60)，4-[60，80)，2-[80，95)，1-[95，100]；
下部结构评价得分决策指标取值：5-[60，80)，3-[80，95)，1-[95，100]；
桥面系评价得分决策指标取值：5-[0，40)，4-[40，60)，3-[60，80)，2-[80，95)，1-[95，100]；
运营年限决策指标取值：5-[0，30)，4-[20，30)，3-[10，20)，4-[5，10)，5-[0，5)；
特殊结构桥梁决策指标取值：5-特殊结构桥梁，1-常规结构桥梁；
经常检查次数决策指标取值：5-0，4-[0，12)，3-[12，24)，2-[24，36)，1-[36， ∞)；
是否重载路段决策指标取值：5-是重载路段，1-非重载路段；
是否大件运输通道决策指标取值：5-是大件运输通道，1-非大件运输通道。
进一步的，所述的养护投资决策单元，支持指定决策指标不参与评价，以及特定养护目标，包括：更高的路网桥梁总体上部结构技术状况平均分、更低的三类及以下的桥梁数量占比、更低的三类及以下的桥梁长度占比可供选择。
进一步的，所述的养护投资决策单元，具体算法如下：
针对更正性养护经费sⅱ用于已发生明显病害影响运营安全的桥梁维修，包含加固的合理分配，满足以下必要条件：技术状况为四类及五类的桥梁，以及三类桥中上部结构评分低于40分或下部结构评分低于60分的桥梁必须维修；
假设路网中桥梁总数为n，集合为a；既是特殊结构桥和特大桥，又评定结果为四类和五类的情况，为集合a1；除a1以外的四类和五类桥梁，为集合a2；既是特殊结构桥和特大桥，又评定结果为三类的情况，为交集a3；除a3以外的三类桥梁，为集合a4；除a1、a3以外的特殊结构桥和特大桥，为集合a5；其他情况为集合a6；
各集合的维修优先级a1＞a2＞(a3、a4)＞a5＞a6，其中a1、a2必修，a3应修，a4宜修(该集合中可能存在部分桥梁优先级高于a3)，投入总经费sⅱ。a5、a6可修亦可不修，投入总经费为条件性养护经费si(用于还没有发生明显病害影响运营安全的桥梁维修)；
假设集合ai中元素的数量为xi(xi≥0)，i＝1～6，
为确定a3、a4中元素的维修状态cij，依据决策指标层次及权重进行维修优先级评价指标计算；指标py的权重为wy，y为决策指标编号，桥梁aij各决策指标py的取值为py-ij。则桥梁aij的维修优先级评分为iij＝20∑wypy-ij，值域为0～100；当存在指定决策指标不参与评价时，引入决策指标py使用状态参数dy(当参与评价时值为1，不参与评价时值为0)，y为决策指标编号，初始权重为w0-y，计算权重
a3、a4中元素维修优先级评分按从大到小顺序排列依次为j1，j2，……，对应的维修经费为s1，s2，……，当满足
对于考虑特殊要求的维修优先级评价指标计算，为方便计算，针对具体桥梁aij引入以下参数：
分值贡献指标：
表示桥梁aij总体(上部结构)技术状况评分每提高1分所需要的经费与路网中所有三类桥平均水平的比值；dr-ij为桥梁aij的总体技术状况评分，spcir-ij为桥梁aij的上部结构技术状况评分；
数量贡献指标：
表示桥梁aij维修所需要的经费与路网中所有三类桥平均水平的比值；
长度贡献指标：
表示桥梁aij每延米维修所需要的经费与路网中所有三类桥平均水平的比值；
设特定养护目标参与系数为eα、eβ、eγ，当需要满足养护目标时其值为1，不需要时其值为0；则桥梁aij的维修优先级评分按式计算：
iij＝20[1 min{wy}(eααij eββij eγγij)]∑wypy-ij
优选的，所述的虚拟现实论证单元，针对需要进行加固处治的桥梁支持任何时间、任何地点直观地了解桥梁的运营情况、查阅电子档案资料，并在平台中语音讨论，模拟专家现场论证场景。
本发明提供的基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策方法及平台具有以下优点：
(1)基于层次分析法的养护投资决策算法可实现网络级维修优先级排序，支持常规目标和特殊目标下的养护经费分配方案智能生成；
(2)融合经常检查、定期检查、荷载试验、承载能力评定等业务数据，结合实际检查情况区分仅考虑表观病害的技术状况评定和考虑结构变形的技术状况评定，为养护维修和加固处治的选择提供科学支撑；
(3)将bim模型作为数据载体，应用vr技术以虚拟现实场景加强专家对桥梁结构病害、变形的认识，同时可查阅各类型档案参数，开展线上交流讨论，对平台建议的养护维修和加固处治方案进行论证，保障总体方案的合理性。
附图说明
图1为基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策系统的整体结构图；
图2为基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策系统的总体步骤实施图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策系统进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1
如图2所示，本发明提供的基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策系统工作包含14步：
s1：应用web或移动客户端，对路网桥梁的运维基础数据进行维护；
s2：根据桥梁实际结构尺寸建立bim模型，结合技术状况评定需要划分构件，关联电子档案中的建设期、运营期等图纸、报告等资料；
s3：通过移动客户端进行现场新发现病害的智能采集和往期发现病害的特征发展记录，还包含对已经养护维修过的病害是否继续发展的记录；
s4：根据采集的表观病害，进行技术状况智能评定，得到各构件、部件、部位及总体的技术状况评定等级；
s5：根据技术状况评定等级，将桥梁分为仅需要进行养护维修的桥梁、可能需要加固处治的桥梁、必须进行加固处治的桥梁三类；
s6：针对可能需要进行加固处治的桥梁开展结构变位测试及荷载试验分析(或结构监测预警)，其中结构变位测试关注结构发生的永久变位，荷载试验分析(或结构监测预警)关注结构在荷载作用下的响应；
s7：根据结构的变位及变形、应力情况进行判断，当二者均不超限时，表明结构的病害仅影响耐久性；当二者其一超限时，表明结构的受力性能与设计状态不符，病害可能对结构的总体刚度和截面刚度产生了不可逆的影响；
s8：针对s7中判断为二者均不超限的情况，进行养护维修经费计算；
s9：针对s7中判断为二者其一超限的情况以及必须进行加固处治的桥梁，进行承载能力评定，包含以下步骤：
s9-1：进行材质状况和状态参数检测，依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(jtg/tj21-2011)执行；
s9-2：进行桥梁结构检算，依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(jtg/tj21-2011)自动执行；
s10：判断承载能力是否满足要求，当满足时执行s8，当不满足时执行s11；
s11：根据承载能力检算情况选择加固处治方案，并进行经费计算；
s12：综合初步确定的拟进行养护维修和加固处治的桥梁及经费，结合常规管养目标和特殊管养目标，采用层次分析法进行有限经费下维修优先级排序；
s13：开展养护投资方案的专家论证，包含以下步骤：
s13-1：bim模型同步病害、变形、变位及材质状况和状态参数数据；
s13-2：专家通过vr虚拟现实技术在bim模型中查阅相关数据和电子档案资料；
s13-3：进行在线技术论证，主要针对需要进行加固处治的桥梁所采用的加固方案；
s14：根据在线技术论证结果修编养护投资方案。
本发明所有解决的技术问题在于提出一种基于bim的梁式桥多源异构数据融合决策方法及平台，其中基于层次分析法的养护投资决策算法可实现网络级维修优先级排序，以可视化bim模型为多源异构数据载体可将全寿命周期数据融合应用于养护维修和加固处治方案的研选，同时将vr虚拟现实应用于专家论证过程，实现了针对梁式桥基于大数据分析的科学养护决策。
上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。
