1.基于BIM的桥梁高墩施工安全监测方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、基于BIM模型提取施工区域BIM数据,计算获取布设位置后在桥梁高墩施工区域布设多个多维环境传感器,采集施工过程中粉尘扩散信息,组成环境特征集合T;
S2、基于获取的环境特征集合T计算获取粉尘扩散浓度,形成粉尘浓度预测向量P;S2包括S21;
S21、基于获取的环境特征集合T使用高斯扩散模型进行计算施工区域第i个传感器位置处的粉尘PM10和粉尘PM2.5的预测粉尘扩散浓度Kc,通过整合所有传感器位置处的粉尘PM10和粉尘PM2.5的预测粉尘扩散浓度Kc,形成粉尘浓度预测向量P;
S3、通过对获取的粉尘浓度预测向量P进行分析后,获取动态降尘策略的降尘参数集合D;
S3包括S31和S32;
S31、根据获取的粉尘浓度预测向量P进行降尘需求分析,降尘需求分析通过对比施工区域预测粉尘扩散浓度Kc分布与降尘阈值DT的对比结果,获取第i个传感器区域是否进行降尘处理,通过统计需要进行降尘处理的区域,组成有降尘需求区域的粉尘浓度预测向量P;
其中,降尘阈值DT具体为DT={DTpm10,DTpm2.5},DTpm10表示PM10的降尘安全阈值,DTpm2.5表示PM2.5的降尘安全阈值;
施工区域通过以下对比方式获取:
当粉尘浓度预测向量P(i,PM10)≥DTpm10时,或粉尘浓度预测向量P(i,PM2.5)≥DTpm2.5时,获取第i个传感器区域粉尘超标,需要降尘处理;
当粉尘浓度预测向量P(i,PM10)<DTpm10时,且粉尘浓度预测向量P(i,PM2.5)<DTpm2.5时,获取第i个传感器区域粉尘未超标,不需要降尘处理;
其中,粉尘浓度预测向量P(i,PM10)和粉尘浓度预测向量P(i,PM2.5)分别表示粉尘浓度预测向量P中第i个传感器区域处的粉尘PM10预测粉尘扩散浓度KcPM10和粉尘PM2.5预测粉尘扩散浓度KcPM2.5;
S32、根据获取的有降尘需求区域的粉尘浓度预测向量P,计算喷淋系统的降尘参数,获取每个需要进行降尘处理区域的动态降尘策略,动态降尘策略包括粉尘PM10和粉尘PM2.5的喷淋流量Q和降尘时间T,其中,通过对比粉尘PM10和粉尘PM2.5与降尘阈值DT进行对比后,获取粉尘PM10和粉尘PM2.5之间的粉尘最大值,并通过粉尘最大值进行计算获取喷淋流量Q,通过整合每个区域的动态降尘策略,组成降尘参数集合D;
喷淋流量Q通过以下计算公式获取:
式中,Q(i)表示第i个传感器区域处的喷淋流量,包括粉尘PM10和粉尘PM2.5的喷淋流量,Qmax表示喷淋设备最大喷淋流量,P(max,PM10)和P(max,PM2.5)分别表示粉尘浓度预测向量P中粉尘PM10和粉尘PM2.5的预测粉尘扩散浓度Kc最大值,MAX表示求最大值函数,具体用于返回粉尘PM10和粉尘PM2.5计算结果中的最大值;
降尘时间T包括粉尘PM10降尘时间T(i,PM10)和粉尘PM2.5降尘时间T(i,PM2.5);
粉尘PM10降尘时间T(i,PM10)通过以下计算公式获取:
式中,T(i,PM10)表示第i个传感器区域处的粉尘PM10的降尘时间,S(PM10)表示粉尘PM10自然沉降速率,Ah(i)表示第i个传感器区域处的空气湿度,kh表示湿度修正系数,Ahref表示参考空气湿度;
粉尘PM2.5降尘时间T(i,PM2.5)通过以下计算公式获取:
式中,T(i,PM2.5)表示第i个传感器区域处的粉尘PM2.5的降尘时间,S(PM2.5)表示粉尘PM2.5自然沉降速率;
S4、执行降尘参数集合D的动态降尘策略,在固定周期后获取粉尘浓度误差△D;
S5、基于获取的粉尘浓度误差△D计算桥梁高墩施工区域的粉尘综合评分,获取环境安全指数ZS,并与预设的施工区域触发阈值ST进行对比,获取降尘参数集合D迭代优化的触发结果;
触发结果通过以下对比方式获取:
当环境安全指数ZS≥施工区域触发阈值ST时,获取降尘参数集合D迭代优化的触发结果为不触发结果;
当环境安全指数ZS<施工区域触发阈值ST时,获取降尘参数集合D迭代优化的触发结果为触发结果,迭代优化喷淋流量Q和降尘时间T。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁高墩施工安全监测方法,其特征在于:S1包括S11和S12;
S11、通过BIM模型提取施工区域的BIM数据,包括施工区域边界(L,W,H),基于获取的施工区域边界(L,W,H)提取出施工区域边界长度L,进行计算后获取传感器布设间距ds,基于获取的传感器布设间距ds在桥梁高墩施工区域进行布设多维传感器组,多维传感器组包括粉尘传感器、风速与风向传感器、设备运行状态传感器和空气湿度传感器;
其中,施工设备运行区域包括钻孔机和搅拌机设备运行区域;粉尘传感器包括粉尘PM10传感器和粉尘PM2.5传感器;
传感器布设间距ds通过以下计算公式获取:
式中,N表示预设的传感器数量。
3.根据权利要求2所述的基于BIM的桥梁高墩施工安全监测方法,其特征在于:S12、基于布设的多维传感器组,通过第i个传感器采集施工区域的粉尘浓度Dc(i)、风速Ws(i)、风向Wd(i)、设备运行状态Sm(i)和空气湿度Ah(i),组成第i个传感器采集的环境数据,采用LoRa无线通信传输方式进行环境数据的传输,通过整合所有传感器的环境数据组成的环境特征集合T;
其中,设备运行状态Sm(i)具体表示第i个设备运行状态传感器采集的设备启停运行状态的二值化数值,二值化数值具体表示为1表示设备处于运行状态,0表示设备处于停运状态;同时设备运行状态Sm(i)=1时,记录设备的负载强度,作为设备运行状态Sm(i)的关联数据;
粉尘浓度Dc(i)具体表示第i个传感器采集的粉尘PM10浓度和粉尘PM2.5浓度;
环境特征集合T具体为
4.根据权利要求3所述的基于BIM的桥梁高墩施工安全监测方法,其特征在于:粉尘浓度预测向量P具体为P={Kc(1,PM10),Kc(1,PM2.5),Kc(2,PM10),Kc(2,PM2.5),Kc(i,PM10),Kc(i,PM2.5),……,Kc(N,PM10),Kc(N,PM2.5)};
粉尘PM10的预测粉尘扩散浓度Kc通过以下公式获取:
式中,Kc(i,PM10)表示第i个传感器区域处的PM10预测粉尘扩散浓度Kc,E(PM10)表示粉尘源释放的PM10粉尘量,具体通过第i个传感器采集的设备运行状态Sm(i)计算获取,U表示风速,具体通过第i个传感器采集的风速Ws(i)获取,π表示数学常数,取值3.14,σy(PM10)和σz(PM10)表示PM10的扩散系数,具体表示PM10粉尘在横向y和垂直z方向上的扩散范围,1
通过扩散经验公式计算获取,y表示横向y方向的修正扩散坐标,具体表示粉尘随实际采集第i个传感器区域的风向Wd(i)扩散的修正扩散坐标, 表示PM10粉尘在横向y方向的扩散情况,exp表示指数函数, 表示PM10粉尘在垂直z方向的扩散情况,H(PM10)表示施工设备释放PM10粉尘的粉尘高度;
粉尘PM2.5的预测粉尘扩散浓度Kc通过以下公式获取:
式中,Kc(i,PM2.5)表示第i个传感器区域处的PM2.5预测粉尘扩散浓度Kc,E(PM2.5)表示粉尘源释放的PM2.5粉尘量,具体通过第i个传感器采集的设备运行状态Sm(i)计算获取,U表示风速,具体通过第i个传感器采集的风速Ws(i)获取,σy(PM2.5)和σz(PM2.5)表示PM2.5的扩散系数,具体表示PM2.5粉尘在横向y和垂直z方向上的扩散范围,通过扩散经验公式计算获取, 表示PM2.5粉尘在横向y方向的扩散情况,exp表示指数函数, 表示PM2.5粉尘在垂直z方向的扩散情况,H(PM2.5)表示施工设备释放PM2.5粉尘的粉尘高度;
其中,粉尘PM10和粉尘PM2.5的粉尘量E通过以下计算公式获取:
式中,E(PM10,PM2.5)表示粉尘PM10和粉尘PM2.5的粉尘量E,具体表示粉尘PM10的粉尘量E(PM10)和粉尘PM2.5的粉尘量E(PM2.5),ek表示粉尘PM10和粉尘PM2.5的设备粉尘释放系数,具体通过经验值测的,具体为粉尘PM10的设备粉尘释放系数ek(PM10)和粉尘PM2.5的设备粉尘释放系数ek(PM2.5),M表示施工设备总数,Sm(j)表示第j个设备运行状态,P(j)表示第j个设备的功率;
1
横向y方向的修正扩散坐标y通过以下计算公式获取:
1
y=x*sin(Wd+180°)+y*cos(Wd+180°);
式中,sin表示正弦函数,cos表示余弦函数。
5.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁高墩施工安全监测方法,其特征在于:S4包括S41;
S41、根据获取的降尘参数集合D进行提取降尘参数集合D中每个传感器位置,并通过控制喷淋设备进行执行每个传感器位置的动态降尘策略,并在固定周期后获取第i个传感器处的粉尘浓度,再与执行动态降尘策略前获取的第i个传感器处的粉尘浓度进行对比,获取粉尘PM10和粉尘PM2.5的粉尘浓度误差△D;
粉尘PM10的粉尘浓度误差△D(PM10)通过以下计算公式获取:
ΔD(i,PM10)=Dc(i,PM10,be)‑Dc(i,PM10,af);
式中,粉尘浓度误差△D(i,PM10)表示第i个传感器处的粉尘PM10的粉尘浓度误差△D(i,PM10),Dc(i,PM10,be)表示第i个传感器处执行动态降尘策略前的粉尘PM10粉尘浓度,Dc(i,PM10,af)表示第i个传感器处执行动态降尘策略后的粉尘PM10粉尘浓度;
粉尘PM2.5的粉尘浓度误差△D(PM2.5)通过以下计算公式获取:ΔD(i,PM2.5)=Dc(i,PM2.5,be)‑Dc(i,PM2.5,af);
式中,粉尘浓度误差△D(i,PM2.5)表示第i个传感器处的粉尘PM2.5的粉尘浓度误差△D(i,PM2.5),Dc(i,PM2.5,be)表示第i个传感器处执行动态降尘策略前的粉尘PM2.5粉尘浓度,Dc(i,PM2.5,af)表示第i个传感器处执行动态降尘策略后的粉尘PM2.5粉尘浓度。
6.根据权利要求5所述的基于BIM的桥梁高墩施工安全监测方法,其特征在于:S5包括S51;
S51、基于获取的粉尘PM10和粉尘PM2.5的粉尘浓度误差△D计算桥梁高墩施工区域的粉尘综合评分,获取环境安全指数ZS,并与预设的施工区域触发阈值ST进行对比,获取降尘参数集合D迭代优化的触发结果;
环境安全指数ZS通过以下计算公式获取:
式中,wpm10和wpm2.5分别表示粉尘PM10和粉尘PM2.5的预设权重值。
7.基于BIM的桥梁高墩施工安全监测系统,应用于权利要求1~6任一项所述的基于BIM的桥梁高墩施工安全监测方法,其特征在于:包括BIM模型数据提取模块、预测向量生成模块、降尘分析模块、执行与监测模块和综合评估模块;
BIM模型数据提取模块基于BIM模型提取施工区域BIM数据,计算获取布设位置后在桥梁高墩施工区域布设多个多维环境传感器,采集施工过程中粉尘扩散信息,组成环境特征集合T;
预测向量生成模块基于获取的环境特征集合T计算获取粉尘扩散浓度,形成粉尘浓度预测向量P;
降尘分析模块通过对获取的粉尘浓度预测向量P进行分析后,获取动态降尘策略的降尘参数集合D;
执行与监测模块执行降尘参数集合D的动态降尘策略,在固定周期后获取粉尘浓度误差△D;
综合评估模块基于获取的粉尘浓度误差△D计算桥梁高墩施工区域的粉尘综合评分,获取环境安全指数ZS,并与预设的施工区域触发阈值ST进行对比,获取降尘参数集合D迭代优化的触发结果。