本技術屬于土木工程與智能建造技術交叉領域，具體涉及一種運營期高層建筑的安全評估方法及系統。

背景技術：

1、隨著我國城市化進程的快速推進，高層建筑在現代城市建設中愈加普及。然而，這些建筑在實際運營期間往往面臨著不可忽視的抗風安全問題，尤其是高層建筑結構因材料老化、構件損耗等因素在風荷載作用下表現出動態響應。當前，國內外對高層建筑的抗風設計主要集中在設計階段，廣泛使用風洞實驗、力學建模等方式確保建筑的結構安全。現有抗風評估方法主要限于靜態階段，缺乏對運營期內實時風荷載變化的動態響應捕捉，導致難以實現全面的結構健康動態評估和高效預警，運營期內高層建筑抗風安全性的動態評估手段不足，使得建筑在實際風荷載變化中的狀態難以準確反映，容易導致運營期間的風險預測失準和管理滯后。

2、現有技術中，運營期抗風監測方式通常采用定期巡檢或被動監測手段，難以實時、準確地捕捉建筑在風力作用下的動態響應特征，導致風致變形和應力變化的可視化不足。此外，建筑物的抗風設計和風致結構響應評估多依賴單一的力學模型或物理模型，無法結合實際監測數據進行動態調整。隨著物聯網和bim技術的發展，數字孿生技術逐漸被引入建筑的全生命周期管理之中，然而，現有的建筑數字孿生技術在抗風安全評估中的應用主要限于靜態信息展示和管理，缺乏對高層建筑風致動力響應的全面模擬與評估，且多注重bim數據的可視化及信息整合，與數學模型、建筑力學仿真模型、實時監測數據的結合程度不高，尤其在風荷載作用下的動態力學分析方面缺乏集成能力。

技術實現思路

1、本技術實施例的目的是提供一種運營期高層建筑的安全評估方法及系統，能夠解決現有的抗風安全評估主要限于靜態信息展示和管理，與數學模型、建筑力學仿真模型、實時監測數據的結合程度不高，尤其在風荷載作用下的動態分析方面缺乏集成能力，無法實現高層建筑在風荷載作用下的安全動態評估的問題。

2、為了解決上述技術問題，本技術是這樣實現的：

3、第一方面，本技術實施例提供了一種運營期高層建筑的安全評估方法，該方法包括：

4、根據傳感器的布設策略和采樣策略，獲取與高層建筑安全關聯的采集數據，采集數據包括風荷載數據；

5、根據分區規則和采集數據，得到多組實測數據，分區規則包括時間分區規則和位置分區規則；

6、基于多組實測數據，確定采集數據中每一類采集數據對應的動態權重；

7、搭建高層建筑的風險評分模型，將每一類采集數據以及對應的動態權重輸入至評分模型，確定高層建筑的初步評分結果；

8、建立高層建筑的力學仿真模型，基于力學仿真模型和風荷載數據，確定高層建筑的預測變形數據；

9、根據初步評分結果和預測變形數據中的至少一者，確定高層建筑的風險評估結果。

10、在一些可能的實施例中，根據傳感器的布設策略和采樣頻率策略，獲取與高層建筑安全關聯的采集數據的步驟，具體包括：

11、根據傳感器的布設策略，確定傳感器在高層建筑的多個布設位置；

12、布設策略的表達式為：；

13、其中，為第i個部位的受風敏感系數，為第i個部位的重要性權重，為傳感器滿足布設策略的多個布設位置；

14、根據傳感器的采樣策略確定采樣頻率，采集在多個布設位置的采集數據，采樣頻率結合風荷載數據中的風速數據進行調整；

15、采樣策略的表達式為：；

16、其中，為高層建筑的固有頻率，且與滿足 ≥2，為風速-振動響應系數，為風荷載數據中的風速數據。

17、在一些可能的實施例中，根據分區規則和采集數據，得到多組實測數據，分區規則包括時間分區規則和位置分區規則的步驟，具體包括：

18、根據時間分區規則和位置分區規則對采樣數據進行劃分，得到多組實測數據，實測數據為每一個時間單位內的多個布設位置的采集數據；

19、時間分區規則的關系式為：，其中，為第1個時間單位，為第2個時間單位，為第n個時間單位；

20、位置分區規則的關系式為：，其中，為傳感器的第1個布設位置，為傳感器的第2個布設位置，為傳感器的第m個布設位置；

21、其中，得到多組實測數據的表達式為：，其中，為第i個單位時間在j位置的采集數據，為時間索引，為位置索引。

22、在一些可能的實施例中，基于多組實測數據，確定采集數據中每一類采集數據對應的動態權重的步驟，具體包括：

23、確定采集數據中每一類采集數據對應的動態權重的公式為：

24、；

25、其中，為第i類采集數據在第t個時間單位的動態權重，為第i類采集數據在第(t-1)個時間單位的動態權重；

26、動態權重滿足：，其中，α為權重調節系數，為多組第i類實測數據的平均值，為第i類采集數據在第t個時間單位的值。

27、在一些可能的實施例中，搭建高層建筑的風險評分模型，將每一類采集數據以及對應的動態權重輸入至評分模型，確定高層建筑的初步評分結果的步驟，具體包括：

28、基于權重加權法搭建高層建筑運營期風險評分模型；

29、基于風險評分模型，對每一類采集數據對應的動態權重進行加權處理，得到初步評分結果；

30、初步評分結果的表達式為：

31、；

32、其中，為高層建筑的初步評分結果，為第i類采集數據在第t個時間單位的權重，為第i類采集數據的值，為第i類采集數據在第t個時間單位的加權值。

33、在一些可能的實施例中，根據初步評分結果和預測變形數據中的至少一者，確定高層建筑的風險評估結果的步驟，具體包括：

34、根據初步評分結果與動態風險閾值確定風險系數；

35、動態風險閾值的表達式為：；

36、其中，為動態風險閾值，為當前的初步評分結果，為初始風險閾值，為閾值調整系數，為多個初步評分結果的平均值；

37、基于風險系數結合對應的預設風險等級，得到風險評估結果；

38、確定風險系數的表達式為：；

39、其中，為風險系數，為動態風險閾值。

40、在一些可能的實施例中，建立高層建筑的力學仿真模型，基于力學仿真模型和風荷載數據，確定高層建筑的預測變形數據的步驟，具體包括：

41、基于高層建筑的bim模型，對bim模型中的線型構件和截面型構件進行網格劃分，其中，線型構件采用梁單元劃分，截面型構件采用殼單元劃分；

42、對網格劃分后的bim模型中材料的基本力學性能參數進行自定義，得到高層建筑的力學仿真模型；

43、將采集數據中的風荷載數據輸入力學仿真模型，得到預測變形數據。

44、在一些可能的實施例中，根據初步評分結果和預測變形數據中的至少一者，確定高層建筑的風險評估結果的步驟，具體包括：

45、基于高層建筑對應的規范限值和高層建筑的物理工況參數，預設預測變形數據對應的安全閾值；

46、將預測變形數據與安全閾值進行比較，確定高層建筑的風險評估結果。

47、在一些可能的實施例中，根據初步評分結果和預測變形數據中的至少一者，確定高層建筑的風險評估結果的步驟之后，還包括：

48、基于風險評估結果生成預警信息；

49、根據多組實測數據生成高層建筑的周期性抗風性能評估報告；

50、將預警信息和周期性抗風性能評估報告發送至用戶端；

51、第二方面，本技術實施例提供了一種運營期高層建筑的安全評估系統，系統包括：

52、獲取模塊，被配置于根據傳感器的布設策略和采樣頻率策略，獲取與高層建筑安全關聯的采集數據；

53、第一數據處理模塊，被配置于根據分區規則和采集數據，得到多組實測數據，分區規則包括時間分區規則和位置分區規則；

54、第一確定模塊，被配置于基于多組實測數據，確定采集數據中每一類采集數據對應的動態權重；

55、第二數據處理模塊，被配置于搭建高層建筑的風險評分模型，將每一類采集數據以及對應的動態權重輸入至評分模型，得到高層建筑的初步評分結果；建立高層建筑的力學仿真模型，基于力學仿真模型和風荷載數據，確定高層建筑的預測變形數據；

56、第二確定模塊，被配置于根據初步評分結果和預測變形數據中的至少一者，確定高層建筑的風險評估結果。

57、在本技術實施例中，該運營期高層建筑的安全評估方法通過將物聯網傳感器、風險評分模型、力學仿真模型結合得到動態地、更加全面的高層建筑風險評估結果。根據傳感器的布設策略和采樣策略，獲取與高層建筑安全關聯的不同類采集數據，采集數據包括風荷載數據，作為風險評分模型和力學仿真模型的輸入參數進行后續的初步評分和力學仿真分析；根據分區規則和采集數據，得到多組實測數據，分區規則包括時間分區規則和位置分區規則，多組實測數據用于確定各類數據的動態權重，便于建立風險評分模型，同時便于作為數據支撐得到后續的抗風性能評估報告；搭建高層建筑運營期風險評分模型，將每一類采集數據以及對應的動態權重輸入至評分模型，確定高層建筑的初步評分結果，利用數學模型來搭建風險評分模型，便于快速地、實時地不斷得出風險評分；建立高層建筑的力學仿真模型，基于力學仿真模型和風荷載數據，確定高層建筑的預測變形數據，通過采集數據與物理模型的結合得到力學仿真分析，輸入采集數據中的風荷載數據進行仿真得到高層建筑的預測應力和位移數據并將數據進行可視化；根據初步評分結果和預測變形數據中的至少一者，確定高層建筑的風險評估結果，通過評分結果與動態閾值比較、預測變形數據與安全閾值比較確定風險評估結果，或結合二者確定各自所占權重得到風險評估結果，并根據該評估結果和多組實測數據進行預警，生成周期性評估報告，能夠使風險評估結果更加準確。該方法能夠實時監測，實現高層建筑在風荷載作用下的動態評估，使風險評估結果更加全面和準確，便于管理人員進行及時地管理。