[发明专利]一种基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统

权利要求书

1.一种基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，其特征在于，包括：运维基础数据单元、BIM可视模型单元、病害智能采集单元、病害养护追踪单元、技术状况评定单元、结构监测预警单元、养护投资决策单元、虚拟现实论证单元及云服务器和客户端；

所述的运维基础数据单元，包括隧道基本状况信息，用于养护投资决策计算中涉及的年度每公里收费额、年度经常检查次数、年平均降水量信息；

所述技术状况评定单元，根据《公路隧道养护技术规范(JTG H12-2015)》，根据病害的发展情况进行自动评分，并生成病害展开图和评定报告；

所述结构监测预警单元，针对衬砌渗漏水技术状况评定分值低的公路隧道部署变形、应变、测试原件，监测结构的力学行为变化，设置预警阈值对非正常响应进行预警；

所述养护投资决策单元，依据机电设施故障维修措施与土建结构加固处治措施自动计算费用，基于层次分析法实现维修优先级排序，自动生成有限经费的分配方案，以及针对特殊目标的分配方案；所述机电设施故障维修措施，设定隧道机电设施不同类型的故障及其对应的维修方法、单价、单位；所述土建结构加固处治措施，设定公路隧道加固处治方案、单价、单位；所述基于层次分析法实现维修优先级排序，针对机电设施维修与土建结构处治提供不同的优先级排序算法。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，其特征在于，所述的BIM可视模型单元，直接显示机电故障、病害信息、结构监测测点及技术状况评定结果，点击具体位置后查看对应的电子档案、材质状况和状态参数，支持VR漫游，实现在虚拟现实环境中论证隧道维修处治方案合理性；所述电子档案包括建设期、运营期、图纸和报告资料。

3.根据权利要求2所述的基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，其特征在于，所述的养护投资决策单元，针对故障维修和加固处治，以经常检查和检修、定期检查和检修信息为基础数据支撑，以技术状况评定单元计算结果为直接支撑，融合运维基础数据单元进行智能辅助决策；所述的养护投资决策单元，遵循以下过程：

将路网隧道分为必须进行维修处治的隧道和可能需要维修处治的隧道两类，机电设施故障维修优先级与土建结构加固处治优先级分别计算，其中：机电设施技术状况为4类或机电设施分项评定状况值为3时，必须维修；土建结构技术状况为4或5类，或洞口、洞门、衬砌、路面和吊顶及预埋件评定状况值为3或4时，必须维修；

所述的养护投资决策单元，基于层次分析法建立机电设施维修优先级评价指标体系与土建结构加固优先级评价指标体系包括安全性指标和重要性指标两类，其中:

机电设施安全性指标包括：年度每公里收费额、路线等级、隧道交通工程与附属设施配置等级和隧道长度；

机电设施重要性指标包括：隧道机电设施技术状况评价总分、运营年限、年度经常检查次数和是否有斜竖井指标；

土建结构安全性指标包括：年度每公里收费额、路线等级、隧道长度和隧道跨度；

土建结构重要性指标包括：隧道土建结构技术状况评价总分、运营年限、年度经常检查次数、围岩特性、年平均降水量和地下水发育程度；

所述的年度每公里收费额、路线等级、隧道长度、隧道跨度、运营年限、隧道交通工程与附属设施配置等级、年度经常检查次数、是否有斜竖井指标、围岩特性、年平均降水量、地下水发育程度均从运维基础数据单元获得；所述的机电设施技术状况评价总分、土建结构技术状况评价总分从技术状况评定单元获得；

所述的养护投资决策单元，针对机电设施，根据专家调查法确定的权重为重要性指标0.33，安全性指标0.67；根据层次分析法计算各指标权重：年度每公里收费额0.315、路线等级0.127、隧道交通工程与附属设施配置等级0.147、隧道长度0.081；隧道机电设施技术状况评价总分0.140、运营年限0.076、年度经常检查次数0.051、是否有斜竖井指标0.063；

针对土建结构，根据专家调查法确定的权重为重要性指标0.33，安全性指标0.67；根据层次分析法计算各指标权重：年度每公里收费额0.241、路线等级0.101、隧道长度0.107、隧道跨度0.221；隧道土建结构技术状况评价总分0.099、运营年限0.043、年度经常检查次数0.026、围岩特性0.066、年平均降水量0.040、地下水发育程度0.056；

所述的养护投资决策单元，选择的决策参数按照5标·度法确定取值，机电设施评价指标取值如下：

根据或计算结果，得到每公里收费额决策指标取值：5-[2.5,+∞)，4-[2.0，2.5)，3-[1.5,2.0)，2-[1.0，1.5)，1-[0，1.5)；

路线等级决策指标取值：5-高速公路，4-一级公路，3-二级公路，2-三级公路，1-四级公路；

隧道交通工程与附属设施配置等级决策指标取值：5-A+，4-A，3-B，2-C，1-D；

隧道长度分类指标取值：5-特长隧道，4-长隧道，3-中隧道，2-短隧道；

技术状况评价总分决策指标取值：5-[84，92)，3-[92，97)，2-[97,100]；

运营年限决策指标取值：5-[30,+∞),4-[20,30),3-[10,20),4-[5,10),5-[0,5)；

经常检查次数决策指标取值：5-0，4-[0，12)，3-[12,24)，2-[24,36),1-[36,+∞)；

是否有斜竖井决策指标取值：5-设置斜竖井，1-无斜竖井；

土建结构评价指标取值如下：

根据或计算结果，得到每公里收费额决策指标取值：5-[2.5,+∞)，4-[2.0，2.5)，3-[1.5,2.0)，2-[1.0，1.5)，1-[0，1.5)；

路线等级决策指标取值：5-高速公路，4-一级公路，3-二级公路，2-三级公路，1-四级公路；

隧道长度决策指标取值：5-特长隧道，4-长隧道，3-中隧道，2-短隧道；

隧道跨度决策指标取值：5–超大跨度，4-大跨度，3-中跨度，2-小跨度；

技术状况评价总分决策指标取值：5-[55，70)，3-[70，85)，2-[85,100]；

运营年限决策指标取值：5-[30,+∞),4-[20,30),3-[10,20),4-[5,10),5-[0,5)；

经常检查次数决策指标取值：5-0，4-[0，12)，3-[12,24)，2-[24,36),1-[36,+∞)；

围岩特性决策指标取值：5-围岩具有膨胀性，4-土质围岩具有软化性或岩质围岩存在断裂带，3-土质围岩具有湿陷性或岩质围岩裂隙发育,1-无不良特性；

区域年平均降水量决策指标取值：5-[700,+∞),4-[550,700),3-[400,550),4-[200,400),5-[0,200)；

地下水发育情况决策指标取值：5-地下水发育，1-地下水不发育。

4.根据权利要求3所述的基于BIM的公路隧道多源异构数据融合决策系统，其特征在于，所述的养护投资决策单元，具体算法如下：

针对机电设施维修决策，假设已发生明显故障且影响运营安全的隧道集合为A，内含t_A个元素，其他隧道集合为B，内含t_B个元素，此时机电设施技术状况为4类或机电设施分项评定状况值为3时，必须维修；若机电设施维修经费S₁≤集合A的维修经费S_A时，只针对集合A进行维修；若维修经费S₁＞集合A的维修经费S_A，根据维修优先级评价指标对集合B进行维修优先级计算；设机电设施优先级评价指标为P_y，其权重为W_y，y为决策指标编号，隧道B_i各决策指标P_y的取值为p_y-i，则隧道B_i的维修优先级评分为I_Bi＝20∑W_y·p_y-i，值域为

集合B维修优先级评分从高到低排序为：B₁，B₂，……，对应的维修经费为m₁，m₂，……，当满足时，集合B维修隧道为B₁，B₂，……，B_x，集合B维修优先级计算完成；

针对土建结构处治决策，假设已发生明显病害且影响运营安全的隧道集合为C，内含t_C个元素，其他隧道集合为D，内含t_D个元素，此时机电设施技术状况为4类或机电设施分项评定状况值为3时，必须维修；若土建结构维修经费S₂≤集合C的维修经费S_C时，只针对集合C进行维修；若维修经费S₂＞集合C的维修经费S_C，根据维修优先级评价指标对集合D进行维修优先级计算；设土建结构优先级评价指标为Q_y，其权重为V_y，y为决策指标编号，隧道D_i各决策指标Q_y的取值为q_y-i，则隧道D_i的维修优先级评分为I_Di＝20∑V_y·q_y-i，值域为

集合D维修优先级评分从高到低排序为：D₁，D₂，……，对应的维修经费为n₁，n₂，……，当满足时，集合D维修隧道为D₁，D₂，……，D_y，集合D维修优先级计算完成；

对于考虑特殊要求的维修优先级评价指标计算，引入以下算法：

当维修优先级评分按照路网整体隧道机电设施技术状况平均值最优算法时，设隧道B_i技术状况评分为e_i，维修所需经费为m_i，设定分值贡献指标

当按照路网整体隧道机电设施技术状况平均值最优算法时，维修优先级评分技术方法为：

当维修优先级评分按照路网整体隧道土建结构技术状况平均值最优算法时，设隧道D_i技术状况评分为f_i，维修所需经费为n_i，设定分值贡献指标

当按照路网整体隧道土建结构技术状况平均值最优算法时，维修优先级评分技术方法为：

当维修优先级评分按照路网整体机电设施技术状况为三类的隧道数量占比最少算法时，设隧道B_i技术状况评分为e_i，维修所需经费为m_i，设定数量贡献指标

当按照路网整体隧道机电设施技术状况为三类的隧道数量占比最少算法时，维修优先级评分技术方法为：

当维修优先级评分按照路网整体土建结构技术状况为三类的隧道数量占比最少算法时，设隧道D_i技术状况评分为f_i，维修所需经费为n_i，设定数量贡献指标

当按照路网整体隧道土建结构技术状况为三类的隧道数量占比最少算法时，维修优先级评分技术方法为：