一种基于BIM的机场道面病害信息集成管理方法及系统

本发明属于机场工程bim，具体涉及一种基于bim(buildinginformation modeling，建筑信息模型)的机场道面病害信息集成管理方法及系统。

背景技术：

1、机场道面是供航空器起飞、降落、滑行、停放与维修的铺筑物，是飞行区中最重要的基础设施，在机场运行中起到核心的作用。然而道面在使用过程中无法避免地受各种因素影响而发生破损，养护措施不利以及航空器数量增加、起降次数增多，因此对道面产生长期的磨耗，从而影响道面的性能以及使用寿命，结果加大机场运维费用和航空器运行成本。

2、目前，机场道面病害情况普遍存在，尤为突出的是耐久性裂缝、接缝断裂、道面起砂、露骨、粗糙度不足等问题。道面产生病害后会加速跑道劣化，加重道面病害情况，从而给飞机飞行安全带来极大的隐患。随着我国现代化进程不断推进，机场建设快速发展，机场道面规模日益扩大，极大增加了机场道面维护保障范围和跑道运行安全压力，机场管理方面的传统跑道人工运维模式效率低、成本投入高、决策信息支持不足等问题无法满足快速发展的机场道面，不能及时掌握机场道面的动态病害情况，亟需向数字化管理模式转变。而近年来，各大机场虽相继开发建设道面管理系统，但大多是在gis地图基础上开发机场跑道电子台账管理功能，数字化管理技术不够系统和深入。

3、bim(building information modeling，建筑信息模型)技术是由美国autodesk公司于2002年首次提出，是近年来新兴的一种可用于建筑工程设计、施工、运营管理全过程的可视化工具。其通过对建筑参数信息的整合，形成数据化信息模型，并在建筑全生命周期进行共享和传递。由于bim技术的信息资源的完整性、互通共享性，数据的仿真性、协同性以及鲜明的技术特点和应用优势，近年来在建筑行业引起了高度重视和广泛关注，从国家层面到地方政府正在加大力度推广bim技术在建筑领域的应用，并出台了一系列的政策文件，住房和城乡建设部颁布的《建筑信息模型应用统一标准(gb/t51212-2016)》，首次将bim技术在建筑领域的应用写入规范中。因此，当前已具备了bim技术应用的政策和技术条件。bim技术可实现机场全生命周期的信息传递，实现不同专业的信息协同，高效管理道面病害数据，然而目前尚缺乏采用bim技术的机场道面管理系统化集成管理方法和专业化系统，ifc技术标准也鲜有在机场飞行区应用的成功案例。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于bim的机场道面病害信息集成管理方法及系统，可有效动态管理与分析机场道面病害信息，降低机场运行风险，提高管理效率，实现对机场飞行区跑道的全生命周期管理。

2、为了达到上述目的，本发明提供的基于bim的机场道面病害信息集成管理方法包括按顺序进行的下列步骤：

3、步骤s0、判断待管理机场跑道是否已具备跑道信息模型，其中跑道信息模型的文件格式包括.rvt、catproduct和.ifc在内的通用bim文件格式，如判断结果为是，转入步骤s2，否则转入步骤s1；

4、步骤s1、根据项目信息建立精细化的机场道面几何信息模型，其中项目信息包括二维cad图纸、现场实测数据和激光点云数据三类，机场道面几何信息模型应反映真实道面的坡度、平面尺寸、剖面信息和各结构层尺寸；

5、步骤s2、对机场道面几何信息进行合规性检查，检查内容包括坡度、平面尺寸、剖面信息、各结构层尺寸与待管理机场跑道是否一致，若合规，转入步骤s3，否则返回步骤s1；

6、步骤s3、对机场道面属性信息进行合规性检查，检查内容包括机场道面几何信息模型是否具备符合运行维护需求的结构参数信息属性、病害信息属性、评价信息属性、处理决策信息属性和维修信息属性，若不合规，转入步骤s4，否则转入步骤s5；

7、步骤s4、在机场道面几何信息模型中添加可支撑道面病害管理的属性信息，所述属性信息包括结构参数信息、病害信息、评价信息、处理决策信息和维修信息，形成几何与属性信息完备的bim模型；

8、步骤s5、将上述bim模型导出为ifc文件，以ifc文件作为bim运维过程中的共享数据源；

9、步骤s6、利用ifc文件解析器解析上述ifc文件，获取ifc文件中的几何信息与非几何信息；

10、步骤s7、对解析后的ifc文件进行几何信息与属性信息的丢失情况检查，批量添加、更新道面运维所需属性信息集，形成机场道面bim实体库；

11、步骤s8、读取上述机场道面bim实体库中形成的ifc文件，提取出其中的道面几何信息、病害信息，并进行道面评价，获得道面评价结果；

12、步骤s9、对上述道面评价结果进行分析决策，判断是否满足安全运行要求，如判断结果为是，转入步骤s10，否则转入步骤s11；

13、步骤s10、对机场道面病害与服役情况进行持续监测，并及时获取最新的机场道面信息模型更新所需信息，然后返回步骤s7；

14、步骤s11、对ifc文件中影响道面正常运行的道面板块位置、病害类型、病害程度信息和病害发展信息进行提取，形成道面修复的基本条件；

15、步骤s12、对道面进行不停航修复，直至评价后满足安全运行条件，返回步骤s7，对机场道面bim实体库的信息进行更新与动态管理。

16、在步骤s1中，所述机场道面几何信息模型由道面结构单元族拼装而成，道面结构单元族竖向由面层、基层、底基层、垫层组成，道面结构单元族采用结构化几何参数，结构化几何参数包括单元长度、单元宽度、单元坡度和单元材质；

17、在步骤s4中，所述结构参数信息以增加族类型参数的方法增加至道面结构单元族中，病害信息、评价信息、处理决策信息和维修信息以增加族实例参数的方法增加至道面结构单元族中。

18、在步骤s5中，所述ifc文件扩展了飞行区结构实体ifcairfieldareastructureelement，飞行区结构实体预先扩展了跑道结构道面ifcrunwaystructurepavement、道肩ifcshoulder、升降带ifcrunwaystrip、防吹坪ifcrunwayblastpad、跑道端安全区ifcrunwayandsafetyarea、净空道ifcclearway和停止道ifcstopway实体，且飞行区结构实体以express-g图形扩展。

19、在步骤s7中，所述批量添加、更新道面运维所需属性信息集是借助可视化编程技术调用电子表单来实现。

20、在步骤s8中，所述进行道面评价时将道面划分成若干个道面评价单元，道面评价单元为单块道面板或人为划定的评价区域，评价内容包括道面病害风险等级、结构状况指数、道面状况指数、道面等级号、航空器等级号，接缝传荷能力信息和剩余使用寿命。

21、在步骤s9中，所述对道面评价结果进行分析决策时采用如下公式：

22、

23、其中，pevaluation表示某道面评价单元使用状况综合分析结果，erisklevel，eci，epcn，elte分别表示根据道面病害风险等级、状况指数、道面等级号、接缝传荷能力进行判定的结果，1表示需要对评价单元进行维修与性能提升，0表示无需维修并持续监测；risklevel表示道面病害风险等级代码，sci表示结构状况指数，pci表示道面状况指数，pcn表示道面等级号，acn表示航空器等级号，lte表示接缝传荷能力，取值为采用重锤式弯沉仪测量刚性道面未受荷板距离接缝150mm处弯沉与受荷板距离接缝150mm处弯沉比值的100倍；道面病害风险等级代码risklevel共分为七级，代码采用阿拉伯数字0～6，其中0表示极差，1表示差，2表示中差，3表示中，4表示中好，5表示好，6表示极好。

24、在步骤s12中，所述对道面进行不停航修复前需要先采用神经网络方法匹配最优修复方法，然后利用bim模型对跑道不停航进行施工模拟与预分析，之后再进行道面不停航修复。

25、本发明提供的基于bim的机场道面病害信息集成管理系统包括机场道面bim实体库、机场道面模型处理单元、机场道面病害管理单元和可视化单元；

26、所述机场道面bim实体库包括ifc文件信息识别模块、模型视图定义模块、属性信息添加模块、几何信息更新模块；

27、所述ifc文件信息识别模块用于识别机场道面ifc文件并提取关键信息；

28、所述模型视图定义模块用于定义机场道面不同应用场景的信息需求，以便快速分类提取应用所需信息；

29、所述属性信息添加模块用于添加并动态更新道面运维所需的属性信息；

30、所述几何信息更新模块用于道面几何信息改变后对道面几何信息的更新，以便动态更新bim模型。

31、所述机场道面模型处理单元包括点云数据处理模块、cad图纸处理模块、bim模型导入模块和ifc文件解析模块；用于为机场道面bim实体库提供数据支撑，为机场道面bim实体库对外提供接口，为道面信息模型的其他应用提供支撑；

32、所述机场道面病害管理单元包括病害信息统计模块、病害评价分析模块、病害处理决策模块和历史病害查询模块；

33、所述病害信息统计模块用于统计机场道面的各类病害信息，统计信息包括病害类型、病害数量和病害程度；

34、所述病害评价分析模块用于对各类道面病害表现进行分析评价，对道面适航性进行量化分析；

35、所述病害处理决策模块用于对病害评价分析模块的结果进行综合判断，结合历史数据、工程经验给出处理方案建议，并记录决策信息；

36、所述历史病害查询模块用于对道面的历史病害信息与病害处理方法进行存储，形成道面历史病害数据库，供实时查询，并为病害评价分析模块提供支撑。

37、所述病害评价分析模块分为水泥混凝土道面病害评价分析子模块与沥青道面病害评价分析子模块；

38、所述水泥混凝土道面病害评价分析子模块用于实现依托bim模型的信息承载与分析，内容包括表面开裂、角隅断裂、破碎板或交叉裂缝、沉陷或错台、胀裂、填缝料损坏、接缝破碎、唧泥和板底脱空、耐久性裂缝、收缩裂缝、坑洞、起皮、龟裂、微裂、板角剥落、小补丁、大补丁或开挖补丁、pci/sci、pcn/acn、接缝传荷能力、剩余使用寿命、道面病害风险等级；

39、所述沥青道面病害评价分析子模块用于实现依托bim模型的信息承载与分析，内容包括龟裂、不规则裂缝、纵向、横向裂缝、反射裂缝、滑移裂缝、松散和老化、泛油、集料磨光、沉陷、隆起、轮辙、搓板、推挤、喷气烧蚀、油料腐蚀、补丁和开挖补块、pci/sci、pcn/acn、剩余使用寿命和道面病害风险等级。

40、所述可视化单元包括道面信息显示模块、病害统计显示模块、病害评价风险显示模块和病害处理进度显示模块，用于实时显示道面病害信息，便于管理者直观决策与管理；

41、所述道面信息显示模块用于显示机场道面的基本几何信息与属性信息，信息涵盖机场跑道的设计、施工和运维阶段；

42、所述病害统计显示模块用于对道面病害数据进行动态显示；

43、所述病害评价风险显示模块用于对道面病害评价结果与风险等级进行动态显示；

44、所述病害处理进度显示模块用于对道面病害处理施工方案、处理施工进度和不停航施工条件进行动态显示。

45、本发明的有益效果为：

46、1)基于ifc文件格式，实现了机场道面几何信息与病害管理信息的传递、共享、协同，基于bim技术，实现了设计、施工、运行维护阶段飞行区跑道信息的模型化集成与管理，实现了机场飞行区跑滑系统的全生命周期信息传递；

47、2)针对水泥混凝土道面和沥青道面，将病害信息、pci/sci、pcn/acn、接缝传荷能力、剩余使用寿命、道面病害风险等级集成于bim模型中，对道面运行风险进行多维综合评价，并基于历史病害信息查询模块实现辅助决策，有效提升机场跑道结构的运行安全；

48、3)通过可视化单元，实现道面病害信息的三维实时可视；通过机场道面bim实体库，基于ifc文件解析动态更新道面几何信息与属性信息，实现了机场道面结构的初步孪生，提升运维效率、降低道面运维成本，实现了机场道面病害的数字化高效管理。