一种桥梁施工及运营维护方法、系统、设备及介质

1.本发明涉及桥梁建设技术领域，特别是涉及一种桥梁施工及运营维护方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.当前桥梁建设突飞猛进，数量逐年增长、跨度不断攀升，而桥梁的施工、运营安全和健康监测也成为既有和在建桥梁面临的重要问题。传统的监控方法依赖于人工检查和现场数据的手动采集，具有测量精度低、成本高、监控规模小等缺点，无法对桥梁施工建设过程进行精确的监控与管理。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种桥梁施工及运营维护方法、系统、设备及介质，能够提高桥梁建设进度监控的准确性，实现对桥梁施工建设过程进行精确的监控与管理。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种桥梁施工及运营维护方法，包括：
6.获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型；
7.对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据；
8.利用3d质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量；
9.根据所述当前施工进度和所述当前施工质量生成建筑施工监测报告。
10.可选地，所述获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型，具体包括：
11.获取目标桥梁的建筑物信息；
12.基于所述建筑物信息构建建筑信息模型；
13.利用无人机搭载三维激光扫描仪采集所述目标桥梁的点云数据。
14.可选地，在所述对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据之前，还包括：
15.对所述建筑信息模型进行格式转换，得到格式正确的建筑信息模型。
16.可选地，所述对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据，具体包括：
17.对所述点云数据进行去除噪点处理和简化处理，得到处理点云数据。
18.可选地，所述利用3d质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量，具体包括：
19.将所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行3d比较，通过对所述目标桥梁的建筑物施工进度和整体偏差进行对比，确定当前施工进度；
20.将所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型依次进行3d和2d比较，通过对所述目标桥梁的二维剖面和局部部件特征进行对比，确定当前施工质量。
21.本发明还提供了一种桥梁施工及运营维护系统，包括：
22.数据获取模块，用于获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型；
23.预处理模块，用于对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据；
24.对齐配准模块，用于利用3d质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量；
25.报告生成模块，用于根据所述当前施工进度和所述当前施工质量生成建筑施工监测报告。
26.本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据上述的桥梁施工及运营维护方法。
27.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的桥梁施工及运营维护方法。
28.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
29.本发明公开了一种桥梁施工及运营维护方法、系统、设备及介质，所述方法包括首先，获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型，对点云数据进行预处理，将预处理后的处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量，并根据这两个数据成成建筑施工监测报告，该报告体现了将点云数据与bim模型的融合应用，提高桥梁建设进度监控的准确性，实现对桥梁施工建设过程进行精确的监控与管理。
附图说明
30.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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
31.图1为本发明桥梁施工及运营维护方法的流程示意图；
32.图2为本实施例中桥梁施工及运营维护算法逻辑流程图；
33.图3为本实施例中优势对比示意图；
34.图4为本实施例中桥梁施工及运营维护系统的结构框图。
具体实施方式
35.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。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，都属于本发明保护的范围。
36.本发明的目的是提供一种桥梁施工及运营维护方法、系统、设备及介质，能够提高桥梁建设进度监控的准确性，实现对桥梁施工建设过程进行精确的监控与管理。
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
38.如图1所示，本发明提供了一种桥梁施工及运营维护方法，包括：
39.步骤100：获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型。具体包括：
40.获取目标桥梁的建筑物信息；基于所述建筑物信息构建建筑信息模型；利用无人
机搭载三维激光扫描仪采集所述目标桥梁的点云数据。
41.步骤200：对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据。具体包括：
42.对所述点云数据进行去除噪点处理和简化处理，得到处理点云数据。
43.步骤300：利用3d质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量。具体包括：
44.将处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行3d比较，通过对所述目标桥梁的建筑物施工进度和整体偏差进行对比，确定当前施工进度；将处理点云数据和格式正确的建筑信息模型依次进行3d和2d比较，通过对所述目标桥梁的二维剖面和局部部件特征进行对比，确定当前施工质量。
45.步骤400：根据所述当前施工进度和所述当前施工质量生成建筑施工监测报告。
46.此外，在步骤200之前，还包括：
47.对所述建筑信息模型进行格式转换，得到格式正确的建筑信息模型。
48.在上述技术方案的技术上，提供如图2所示的实施例。
49.建筑信息(bim)技术是一种全新的数字化建筑设计与管理方法，它将建筑物的所有信息集合在一起，并形成一个综合性的数字模型。除了包含建筑物的几何形状信息外，bim模型还包含了施工、运营与维护等诸多方面的信息。基于这一模型，建筑领域的各方利益关系可以通过信息共享得以更好地协调，从而实现项目的高效、精准管理和优化。
50.点云技术是一种数字化记录和储存三维空间信息的技术。它将物理世界中的物体表面等位置信息转化为一系列的点，用来描述这个物体的三维几何形状和表面细节。随着智能建造技术的不断发展和先进算法的不断开发，点云技术在未来的建筑监测、智能建造、虚拟现实等领域中必将发挥越来越重要的作用。
51.基于点云数据与bim模型的融合应用，提出的这种创新的桥梁施工检测和健康监测技术方案，可有效发挥点云数据与bim模型的数字化优势，对于桥梁工程的改进和提高施工效率、质量和安全性等方面具有积极的意义，为智能建造与管理、数字桥梁与智能运维提供了思路。
52.具体地，首先分析bim模型与点云技术的性质与特征，在此基础上设计桥梁结构点云数据的采集和预处理方法，并选择合适的施工现场进行点云数据的采集与分析，将处理后的点云数据与bim模型进行精确配准，构建点云+bim融合的智能施工监测技术模型。
53.其次，提出一种高效率的施工进度检测方案，阐释了桥梁结构整体偏差的计算原理与可视化效果的构建原理；提出一种高精度的施工质量监测方案，实现桥梁结构二维剖面与局部构件(如支座、鞍座、杆件连接部位等)偏差的精准监测，以统计学方法定量评估桥面的平整度等。实现建筑进度检测以及质量监测方面良好的应用效果。
54.技术路线：首先，基于平面控制测量方法，使用无人机搭载三维激光扫描仪leica p40采集大跨桥梁结构的点云数据。其次，通过python编程完成数据预处理优化，去除噪点并精简点云数据，同时转换正向设计的bim模型格式，导入3d质量控制和尺寸检测软件geomagic control x 2020，利用拟合对齐功能实现桥梁结构点云数据与bim模型配准。在此基础上，借助软件geomagic control x 2020软件中3d比较、2d比较等功能，利用heatmap法和偏差色谱法，分析点云数据与bim模型的几何偏差，完成桥梁施工进度检测和质量监测的对应技术任务。相比传统人工监测手段，本方案通过高精度的激光采集和模型匹配，实现
了桥梁检测和监测过程半自动化，降低工程勘探人员的劳动成本和时间成本，对提升施工场景智能化水平有着重要意义。
55.本实施例具有如下有益效果：
56.(1)高精度的激光数据采集和模型匹配
57.激光具有较高的电磁波频率，实现较高的空间分辨率，获得高密度、高分辨率、高精度数据。因此，“点云+bim技术”能精确、快速匹配桥梁结构三维模型，准确地反映被测量物体的表面形态和特征，比传统的人工测量方法更准确，提高施工质量监测的准确性。
58.(2)低成本的劳动成本和时间成本
59.传统方式需要耗费大量人力、物力和时间进行测量和分析，“点云+bim技术”通过计算机技术快速地进行处理，完成桥梁结构外形及结构的三维建模，从而节约了施工进度监测和质量监测所需的人力物力成本。此外，“点云+bim技术”还可以提高工作效率和准确性，降低误差率和返工率，从而进一步降低项目成本。
60.(3)点云数据的信息覆盖面大：
[0061]“点云+bim技术”可以对施工现场进行全方位高精度的三维测量，对桥梁结构的各个部分从不同的角度和方向进行观察和处理，从而获得更全面和准确的几何信息。与传统方式相比，“点云+bim技术”能够更全面地监测和分析桥梁结构多个部位，并且可以快速进行处理和更新。
[0062]
(4)“点云+bim技术”可视化效果好：
[0063]
相较于传统的纸质表格、记录本和相机照片等方法，“点云+bim技术”可以将监测结果进行数字化处理，通过各种可视化技术进行展示，例如点云渲染、体素化、曲面拟合等，可以根据不同应用需求进行调整和处理，便于工程管理人员进行分析和决策。
[0064]
本项目中使用的“点云+bim技术”具有自动化、实时性、高效性等优势。“点云+bim技术”通过专业设备采集数据，算法自动识别和匹配数据，消除传统方法中的人为操作和由主观因素引起的误差，提高了测量和监测的可靠性，同时快速进行施工进度和质量监测，对异常情况及时发现、上报并处理，缩短施工周期，使得施工任务的完成更加高效。
[0065]“点云+bim技术”在施工阶段的应用，能够为质量监测提供更多的信息来源，实现全局范围自动化监测，避免了人为漏检和误检的情况。在提高监测效率的同时还提高了建筑结构的可靠性和持久性，在建筑工程施工的过程中进行精确的监测和控制，高效直观地提高建筑的施工质量，也增加了施工、维护等阶段的抗风险能力。在桥梁结构竣工后，还可利用“点云+bim技术”对桥梁结构进行全面质量评估，以确保建筑结构的质量和安全。通过比对计划进度和实际施工进度，及时发现施工滞后的区域，并采取补救措施，有效地减少工期延误，避免成本进一步增加。同时，也可利用进度监测的数据，对工程造价进行优化调整。
[0066]
相较于传统的进度控制与质量监测方法，本项目使用的“点云+bim技术”在精度、成本、信息覆盖面和可视化效果等方面有着显著的改进与优化，如图3所示。
[0067]
此外，点云匹配模型还有如下优点：
[0068]
(1)自动化：算法自动识别和匹配数据，消除传统方法中的人为操作误差和主观因素，提高了监测和测量可靠性。
[0069]
(2)实时性：实时进行施工进度和质量的监测，对异常情况及时发现并处理，缩短施工周期。
[0070]
(3)高效性：专业设备采集，数据与模型自动匹配，施工进度监测和质量监测更加高效。
[0071]
综上，“点云+bim技术”通过激光采集桥梁结构、道路等建设工程的实际情况数据，具有精度高、成本低、信息覆盖面大、可视化效果好等优点。在进度监测方面，“点云+bim技术”可以自动高精度、高分辨率匹配桥梁结构三维模型，对比不同时间点或不同状态下的匹配结果，从而确定施工进度是否按计划进行，进一步优化项目管理和控制。在质量监测方面，“点云+bim技术”准确地反映被测量物体的表面特征和形态，全面地监测和分析桥梁结构各构件表面垂直度、平整度、结构变形情况等质量问题，帮助及时发现并解决质量问题，确保建设工程的质量达到预期要求。
[0072]
如图4所示，本发明还提供了一种桥梁施工及运营维护系统，包括：
[0073]
数据获取模块，用于获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型；
[0074]
预处理模块，用于对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据；
[0075]
对齐配准模块，用于利用3d质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量；
[0076]
报告生成模块，用于根据所述当前施工进度和所述当前施工质量生成建筑施工监测报告。
[0077]
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据上述的桥梁施工及运营维护方法。
[0078]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的桥梁施工及运营维护方法。
[0079]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0080]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种桥梁施工及运营维护方法，其特征在于，包括：获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型；对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据；利用3d质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量；根据所述当前施工进度和所述当前施工质量生成建筑施工监测报告。2.根据权利要求1所述的桥梁施工及运营维护方法，其特征在于，所述获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型，具体包括：获取目标桥梁的建筑物信息；基于所述建筑物信息构建建筑信息模型；利用无人机搭载三维激光扫描仪采集所述目标桥梁的点云数据。3.根据权利要求1所述的桥梁施工及运营维护方法，其特征在于，在所述对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据之前，还包括：对所述建筑信息模型进行格式转换，得到格式正确的建筑信息模型。4.根据权利要求1所述的桥梁施工及运营维护方法，其特征在于，所述对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据，具体包括：对所述点云数据进行去除噪点处理和简化处理，得到处理点云数据。5.根据权利要求1所述的桥梁施工及运营维护方法，其特征在于，所述利用3d质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量，具体包括：将所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行3d比较，通过对所述目标桥梁的建筑物施工进度和整体偏差进行对比，确定当前施工进度；将所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型依次进行3d和2d比较，通过对所述目标桥梁的二维剖面和局部部件特征进行对比，确定当前施工质量。6.一种桥梁施工及运营维护系统，其特征在于，包括：数据获取模块，用于获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型；预处理模块，用于对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据；对齐配准模块，用于利用3d质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量；报告生成模块，用于根据所述当前施工进度和所述当前施工质量生成建筑施工监测报告。7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1-5中所述的桥梁施工及运营维护方法。8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中所述的桥梁施工及运营维护方法。

技术总结
本发明公开一种桥梁施工及运营维护方法、系统、设备及介质，涉及桥梁建设技术领域。所述方法包括：获取目标桥梁的点云数据和建筑信息模型；对所述点云数据进行预处理，得到处理点云数据；利用3D质量控制和尺寸检测软件，对所述处理点云数据和格式正确的建筑信息模型进行拟合对齐配准，确定当前施工进度和当前施工质量；根据所述当前施工进度和所述当前施工质量生成建筑施工监测报告。本发明能够提高桥梁建设进度监控的准确性，实现对桥梁施工建设过程进行精确的监控与管理。程进行精确的监控与管理。程进行精确的监控与管理。


技术研发人员：刘占辉 徐国际 刘棋峰 钱源 王明熙 董敬寒 何一蔷 刘瑞杰 李斯 邓帅
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/9