一种基于BIM技术的钢结构施工可视化方法及系统与流程

本发明涉及bim，具体为一种基于bim技术的钢结构施工可视化方法及系统。

背景技术：

1、在传统的钢结构施工管理与监控中，监控方法主要依赖于人工视觉检查和基本的图像处理技术，这限制了施工质量评估的精确性和客观性。虽然建筑信息模型（bim）技术的应用在施工管理中日益增多，提供了三维数字表示和模拟施工过程的能力，但它在处理施工现场的实时图像、精确识别施工部位，以及进行高度准确的质量评估方面还存在显著不足。具体来说，传统bim技术难以实时更新施工现场的变化，导致无法有效分辨施工中的临时结构或误差与规划模型之间的差异。此外，传统方法在有效识别和处理施工现场的复杂环境方面也显得力不从心。这些限制导致了对施工过程中潜在问题的反应迟钝，无法及时纠正可能导致严重后果的施工错误。

2、焊接在钢结构施工中至关重要，其质量直接影响整个工程的安全性、稳定性和使用寿命。然而，传统的焊接效果评估手段，如焊后非破坏性检测，尽管能提供较为可靠的判断，但存在时效性不足、检测范围有限和成本较高的缺陷。图像处理技术在焊接效果评估中展现出范围广、高精度和成本优点，这些优点弥补了传统焊接评估方法的不足。因此迫切需要一种基于图像处理评估焊接效果的方法来检测钢结构施工工序的合格情况。

3、现有技术中，公开号为bim公开了一种基于bim的施工可视化方法及其系统，属于bim技术领域，其方法包括：载入bim模型，所述bim模型包括作为施工参考的三维模型；设置建筑缺陷的缺陷特征信息，缺陷特征信息用于表征与其他类别建筑缺陷的区别特征；设置与缺陷特征信息对应的整改信息，整改信息用于为施工人员提供对建筑缺陷的整改方案；获取现场施工图像，现场施工图像通过拍摄的方式获取；将现场施工图像与三维模型中的现场施工图像所在位置对应的图像进行对比，当识别到所述缺陷特征信息时，能够根据所述缺陷特征信息获得所述整改信息。具有实现施工可视化，并识别施工缺陷提供整改方案的优点。但是该现有技术依旧存在不足，现有技术中建筑缺陷的区别特征识别过程对提供相关整改信息和给出对应的整改方案尤为重要，但是现有技术没有对建筑缺陷的区别特征的具体论述，方案缺乏说服力。其次，现有技术根据建筑缺陷的区别特征和对应的整改信息提供一套整改方案，但是根据实际情况的不同，单一的整改方案并不一定能满足复杂的实际需求。

4、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于bim技术的钢结构施工可视化方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于bim技术的钢结构施工可视化方法，具体步骤包括：

4、步骤1：获取施工部位测量数据和图像信息，并对原始图像进行图像缩放，将图像的图像尺寸统一调整为224*224大小，然后将图像进行灰度化处理后，获得施工图像；根据设计图纸构建理想bim模型，将施工图像与理想bim模型对应位置进行映射，所述测量数据包括焊缝宽度和焊接倾斜角；

5、步骤2：统计256个灰度级别中每个级别的像素点的频次构成灰度直方图，并计算直方图中各个阈值的类间方差，通过类间方差选取最佳分隔阈值，使用最佳分隔阈值对进行施工现场图像进行阈值分割，将施工现场图像分为前景部分和背景部分，提取前景部分作为施工部位图像；

6、步骤3：对施工部位图像使用canny边缘检测算法提取施工组件的边缘信息，使用灰度共生矩阵对焊缝闭合区域进行纹理分析；得到焊缝闭合区域纹理的同质性、对比度和能量；通过同质性、对比度和能量生成焊接系数；通过焊缝宽度和焊接倾斜角生成几何偏差系数；

7、步骤4：通过几何偏差系数与焊接系数生成质量评估指数，将质量评估指数与预设的阈值进行比较，将质量评估指数小于阈值的施工部位的工序标为合格，反之，将质量评估指数大于等于阈值的施工部位的工序标为不合格；

8、步骤5：收集不合格工序位置历史整改方案， 计算历史整改方案的几何偏差系数和焊接系数，根据历史几何偏差系数、历史焊接系数、实际几何偏差系数和实际焊接系数生成空间偏差率和焊接偏差率，再根据空间偏差率和焊接偏差率生成效率推荐系数和质量推荐系数，根据效率推荐系数和质量推荐系数分别为不合格工序点推荐整改方案。

9、步骤6：载入bim模型，将不合格工序点在bim模型中进行标注，标注内容包括质量评估指数和推荐方案。

10、进一步地，计算最佳分隔阈值所依据的具体逻辑为：

11、遍历所有可能的阈值，根据每个阈值的数值将施工现场图像分割为背景部分和前景部分，统计背景部分和前景部分的像素点的数量，并计算背景部分和前景部分的像素点的灰度值的均值，计算对应阈值的类间方差，所依据的具体公式为：

12、

13、其中，表示阈值为时的类间方差，，且, 、分别为阈值为时的背景部分和前景部分的像素点的数量，、分别为阈值为时的背景部分和前景部分的像素点的灰度值的均值；

14、计算类间方差达到最大时的阈值的取值，并将该取值定义为最佳分隔阈值。

15、进一步地，使用canny边缘检测算法提取每个施工组件的边缘信息所依据的具体逻辑为：计算施工部位图像的水平梯度和垂直梯度，所依据的具体公式为：

16、

17、其中，为像素点坐标为时的水平梯度，为像素点坐标为时的垂直梯度，为像素点坐标为时的图像灰度值；

18、通过水平梯度和垂直梯度计算图像梯度幅度，所依据的具体公式为：

19、

20、其中，为像素点坐标为时的梯度幅度，

21、将梯度幅度大于阈值时的梯度幅度设为1；将梯度幅度小于等于阈值时的梯度幅度设为0。

22、进一步地，生成几何偏差系数所依据的具体逻辑为：根据焊缝宽度和焊接倾斜角生成几何偏差指数，所依据的具体公式为：

23、

24、其中，的几何偏差系数，为焊缝宽度，为标准焊缝宽度，为焊接倾斜角，为标准焊接倾斜角。

25、进一步地，生成焊接系数所依据的具体逻辑为：通过焊缝闭合区域纹理的同质性、对比度和能量进行数学分析构建焊接评估模型，生成焊接系数，所依据的具体公式为：

26、

27、其中，为焊接系数，为纹理对比度，为纹理同质性，为纹理能量。

28、进一步地，生成质量评估指数所依据的具体逻辑为：通过几何偏差系数与焊接系数生成质量评估指数；生成质量评估指数所依据的具体公式为：

29、

30、其中，为质量评估指数，为焊接系数，为几何偏差系数。

31、进一步地，推荐整改方案所依据的具体逻辑为：计算历史不合格工序点的几何偏差系数和焊接系数，将实际几何偏差系数与历史几何偏差系数之差的绝对值比上实际几何偏差系数得到空间偏差率，将实际焊接系数与历史焊接系数之差的绝对值比上焊接系数得到焊接偏差率，通过空间偏差率和焊接偏差率得到效率推荐系数和质量推荐系数，将效率推荐系数和质量推荐系数最大历史方案作为推荐整改方案；计算空间偏差率和焊接偏差率所依据的具体公式为：

32、

33、其中，为空间偏差率，为实际几何偏差系数，为历史整改方案的几何偏差系数，为焊接偏差率，为实际焊接系数，为历史整改方案的焊接系数；

34、计算推荐指数所依据的具体公式为：

35、

36、其中，为效率推荐系数，为质量推荐系数，为权重系数，，。

37、本发明另外提供一种基于bim技术的钢结构施工可视化系统，用于实行所述的基于bim技术的钢结构施工可视化方法，具体包括：

38、图像采集模块，用于获取施工部位测量数据和图像信息，并对原始图像进行图像缩放，将图像的图像尺寸统一调整为224*224大小，然后将图像进行灰度化处理后，获得施工图像；根据设计图纸构建理想bim模型，将施工图像与理想bim模型对应位置进行映射，所述测量数据包括焊缝宽度和焊接倾斜角；

39、背景分割模块，用于统计256个灰度级别中每个级别的像素点的频次构成灰度直方图，并计算直方图中各个阈值的类间方差，通过类间方差选取最佳分隔阈值，使用最佳分隔阈值对进行施工现场图像进行阈值分割，将施工现场图像分为前景部分和背景部分，提取前景部分作为施工部位图像；

40、特征提取模块，用于对施工部位图像使用canny边缘检测算法提取施工组件的边缘信息，使用灰度共生矩阵对焊缝闭合区域进行纹理分析；得到焊缝闭合区域纹理的同质性、对比度和能量；通过同质性、对比度和能量生成焊接系数；通过焊缝宽度和焊接倾斜角生成几何偏差系数；

41、质量判断模块，用于通过几何偏差系数与焊接系数生成质量评估指数，将质量评估指数与预设的阈值进行比较，将质量评估指数小于阈值的施工部位的工序标为合格，反之，将质量评估指数大于等于阈值的施工部位的工序标为不合格；

42、方案推荐模块，用于收集不合格工序位置历史整改方案， 计算历史整改方案的几何偏差系数和焊接系数，根据历史几何偏差系数、历史焊接系数、实际几何偏差系数和实际焊接系数生成空间偏差率和焊接偏差率，再根据空间偏差率和焊接偏差率生成效率推荐系数和质量推荐系数，根据效率推荐系数和质量推荐系数分别为不合格工序点推荐整改方案。

43、模型载入模块，用于载入bim模型，将不合格工序点在bim模型中进行标注，标注内容包括质量评估指数和推荐方案。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明对钢结构施工组件的几何位置和焊接情况进行特征提取并通过提取特征生成能够反映钢材料施工位置偏差的空间偏差指数和能反映焊接质量的焊接指数，并以此生成质量评估指数，通过定量分析质量评估指数判断对应位置工序的合格情况，为整改方案的确定提供重要条件；为钢材料施工可视化提供重要依据；

45、本发明对不合格工序点的历史整改方案进行分析，充分考虑了施工现场的实际需求，并针对性地推荐了两套既能解决问题，又各有特色的整改方案。这两套方案具有不同的整改方向，以满足不同的施工需求和场地条件，同时也为施工队伍提供了更多的选择空间。