(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210582992.8 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 周建春　黄航　宋晓凯　黄浩志　 左仝　曹耀文　郭贵川　陈颖　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 黄月莹 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪 生系统 (57)摘要 本发明公开了一种大跨度装配式钢桥智能 建造的数字孪生系统， 包括BIM模块、 物联网模 块、 数据处理模块和施工模拟模块， 以BIM模块、 数据处理模块和施工模拟模块为基础建立大跨 度钢桥施工的数字孪生体， 然后基于物联网模块 把数字孪生体部分和物理实体部分实现数据交 互， 建立大跨度装配式钢桥建造数字孪生系统， 通过物联网技术实现的数据交互可以实时反映 预制构件在运输以及安装等状态下的内力状况 和物理特征， 就可实现智能化大跨度钢桥的建造 过程， 比如构件检查， 施工模拟及预测等。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 114936403 A 2022.08.23 CN 114936403 A 1.一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 包括物理实体部分与 数字孪生体部分， 其中数字孪生体部分包括物联网模块、 BIM模块、 数据处理模块和施工模 拟模块； 所述物理实体部分与数字 孪生体部分之间采用物联网模块进行 数据交互； 所述物理实体部分包括 运输过程中的实体装配式构件与装配式施工建造过程； 所述数字孪生体部分是对物 理实体部分的实时数字化映射， 即模拟 实际的施工过程以 及分析施工时钢桥构件或装配式钢桥整体的内力情况； 所述BIM模块对物理实体构件进行信息化模拟， 以此作为数字 孪生体的信息基础； 所述数据处理模块用于对获取的分析数据进行分类处理， 并结合有限元软件来分析， 以了解建筑物的内力情况； 所述施工模拟模块用于模拟大跨度装配式钢桥的施工建造过程， 以反映施工现场。 2.根据权利要求1所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所 述物理实体部分包括运输过程中的装配式构件、 施工现场的构件、 施工现场的外部环境条 件。 3.根据权利要求2所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所 述运输过程中的装配式构件 包括运输过程中易发生损坏和内力变化的构件。 4.根据权利要求2所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所 述施工现场的构件 包括支撑件、 桥端构件和一些架设 设备。 5.根据权利要求2所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所 述施工现场外 部条件包括温度与风速 。 6.根据权利要求1所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所 述BIM模块包括大跨度钢桥的建筑信息模型、 用于模拟大跨度装配式构件的运输过程以及 施工现场的所有施工构件。 7.根据权利要求1所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所 述物联网模块包括信息感知层、 网络传递层以及信息应用层； 信息感知层将采集到的数据 通过网络传递层传输至信息应用层， 所述信息应用层将接收到的信息传输在数据处理模块 进行处理。 8.根据权利要求7所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所 述信息感知 层包括位移计、 应力应 变传感器和温度传感器。 9.根据权利要求1所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所 述数据处理模块对数据进行分类整理后， 采用有限元软件并运用采集的数据建立的BIM对 运输过程和施工过程中的构件、 已建造钢桥部分以及整体进行分析。 10.根据权利要求1所述一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统， 其特征是： 所述施工模拟模块指采用软件对大跨度钢桥的施工过程进行3D模拟， 同时还模拟预想的施 工状况以指导施工现场的进行施工， 减少施工错 误的。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114936403 A 2一种大跨度装配式钢桥智能建造的数字孪生系统 技术领域 [0001]本发明属于大跨度装配式钢桥智能建造和数字化应用领域， 具体涉及 一种大跨度 装配式钢桥智能建造的数字 孪生系统。 背景技术 [0002]21世纪以来， 智能化、 信息化、 可持续、 长寿耐久是世界桥梁工程领域科技的重要 研究和发展 方向。 BIM技术是建筑行业顺应时代发展的产物。 “物联网”的概念是在1999 年提 出的， 即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与 互联网连接起来， 实现智能化识别和 管理。 物联网技术起源于传媒领域， 是信息科技产业的第三次革命， 通过信息传感设备， 按 约定的协 议， 将任何物体与网络相连接， 物体通过信息传播媒介进 行信息交换和通信， 以实 现智能化识别、 定位、 跟踪、 监管等功能。 而 数字孪生概念最早是由美国NASA明确提出的， 其 含义是指依照现实世界中的事物， 高度精准地建立与之对应的数字信息模型， 进行现实叙 述、 仿真模拟和预测评估等操作。 数字孪生技术的提出， 作为物理世界与数字世界交互、 共 融的桥梁， 它被寄予厚望。 但是目前数字孪生技术主要在工业级的高精度产业， 在桥梁工程 领域内的应用仍有 待提升。 [0003]工程智能建造是在工程建造要素资源数字化的基础上， 以工程建筑信息模型为载 体， 以自动化装备、 物联网信息技术为手段， 实现数字链驱动下， 状态识别、 误差分析、 误差 预测、 评估修正、 动态调整等全过程建造行为的辅助指导与决策， 最 终实现工程结构产品高 精度、 高质量、 高效率交付的创新建造模式。 装配式建造是以工厂化生产的预制构件为主， 在施工现场进行组装的建造方式， 具有劳动强度低、 施工速度快、 绿色环保等特点。 桥梁工 程装配式智能建造全过程管理， 则是指基于精益价值链理论， 在装配式建造设计、 生产、 运 输、 吊装、 运营维护各阶段， 综合运用各项信息技术， 通过信息化手段， 减少甚至消除建造过 程中深化设计、 远距离运输、 二次搬运、 施工偏差等非增值活动， 完成项目的安全、 质量、 进 度、 成本控制， 实现桥梁工程装配式智能建造全过程管理， 增加企业利润。 装配式钢桥的优 点众多， 比如其构件轻巧使得运输方便、 组合灵活而且架设快速、 拆装方便并且构件可重复 利用， 同时它的承载能力大、 结构刚性强、 疲劳寿命也长 。 [0004]综上所诉的技术发展背景， 可以认识到数字孪生技术是一项作用巨大但却较为复 杂， 本发明借助物联网技术与BIM技术相结合， 可以推动数字孪生技术在工程建设领域的发 展。 对于大跨度装配式钢桥来说， 其智能化建造技术的发展也亟待推动以此来适应行业领 域时代的发展。 目前， 对于桥梁的健康监测也有采用了无线数字传输(朱俊,高建,王磊.一 种用于桥梁健康监测的无线数字传输装置[P].江苏省： CN2 08985362U,2019 ‑06‑14.)， 这可 以极大提高桥梁数据的监测效率， 这体现了物联网技术的优越性。 此外一种钢结构桥梁数 字模拟预拼装施工方法(胡岚,曾勇,孙宏军.一种钢结构桥梁数字模拟预拼装施工方法 [P].湖南省： CN109117558A,2 019‑01‑01.)利用数字模拟来指导刚结构桥梁施工， 但其内力 分析方面却存在不 足。 桥梁结构的数字孪生体(周建春,李 卫民,梁耀聪,周洋,李潇聪,蒋军 来,黄浩志,黄航,左仝.基于BIM ‑FEM的桥梁结构数字孪生体及方法[P].广东省：说　明　书 1/6 页 3 CN 114936403 A 3