本發明涉及建筑工程，具體為基于bim技術的建筑工程安全監測與動態評估方法。

背景技術：

1、根據中國專利公開號為“cn110991918b”公開的既有建筑修建工程中的安全風險評估方法，建立既有建筑結構的有限元模型；根據有限元模型劃分出既有建筑的主體結構；所述主體結構包括柱、梁和桁架桿；通過主體結構的載荷強度儲備比來評估既有建筑的安全風險。該評估方法能夠在修建工程中對既有建筑的結構安全進行風險預警。

2、根據中國專利公開號為“cn116823064a”公開的基于bim技術的建筑工程質量監控系統，包括服務器、bim模型構建模塊、建筑偏差監測管理模塊、施工材料檢驗監管模塊以及施工環境影響評估模塊；本發明通過將對應建筑工程進行建筑偏差比對檢測以判斷建筑工程對應已施工部分的建筑偏差是否合格，并將對應建筑工程的所有施工材料進行逐一檢驗分析以判斷對應施工材料是否質量合格，以及將對應建筑工程的所有子區域的環境狀況進行逐一分析以判斷對應子區域的環境是否合格，且通過設定綜合評估周期并進行工程監管強度評估分析。

3、上述專利文件及現有技術在使用時存在以下技術問題：

4、傳統的建筑健康狀態預測大多依賴單一模型，容易受到數據波動或異常的影響，導致預測結果不準確；

5、傳統的應急響應調度通常是靜態的，無法根據建筑物實時狀態快速調整資源分配，導致應急處理的反應速度慢、資源利用率低。

技術實現思路

1、解決的技術問題：

2、針對現有技術的不足，本發明提供了基于bim技術的建筑工程安全監測與動態評估方法，解決了以下問題：

3、1、傳統的建筑健康狀態預測大多依賴單一模型，容易受到數據波動或異常的影響，導致預測結果不準確；

4、2、傳統的應急響應調度通常是靜態的，無法根據建筑物實時狀態快速調整資源分配，導致應急處理的反應速度慢、資源利用率低。

5、技術方案：

6、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：基于bim技術的建筑工程安全監測與動態評估方法，所述方法包括以下步驟：

7、sp1、通過多源傳感器收集建筑結構的監測數據，包括環境參數及建筑參數；

8、sp2、采用多模型融合預測框架，對建筑物的結構健康狀況進行動態預測與評估，所述多模型融合預測框架包括以下部分：

9、sp2.1、改進多尺度長短時記憶網絡模塊，用于捕獲建筑結構監測數據中的短期和長期依賴信息；

10、sp2.2、自適應時變貝葉斯網絡模塊，用于根據環境條件和建筑負載的變化，動態調整風險評估中的條件概率；

11、sp2.3、隨機森林回歸模塊，用于處理建筑監測中的非線性高維度數據并進行多維特征融合；

12、sp3、應急響應調度模塊，用于處理緊急事態；

13、sp4、基于sp1-sp3的數據輸出，通過加權融合得到最終建筑安全狀態預測結果。

14、優選的，所述改進多尺度長短時記憶網絡模塊采用改進多尺度長短時記憶網絡模型，所述改進多尺度長短時記憶網絡模型如下：

15、:第i個卷積核的輸出特征；：第i個卷積核的權重矩陣，表示用于提取特定特征的參數；：時間t時刻的輸入數據，包括建筑監測數據；：第i個卷積核的偏置項，用于調整輸出；：修正線性單元（rectifiedlinearunit），用于激活卷積層輸出，使其非線性化；

16、然后通過lstm對時間序列進行建模；結合lstm模型的時間依賴處理公式:；

17、：當前時刻的隱藏狀態；：前一時刻的隱藏狀態，用于維持時間序列中的依賴關系；：當前時刻從卷積層獲得的特征；：lstm的權重矩陣，控制隱藏狀態與輸入之間的映射；:lstm的偏置項；:sigmoid激活函數，用于非線性化處理隱藏狀態的更新。

18、優選的，所述自適應時變貝葉斯網絡模塊用于動態風險評估，引入時間調節因子自適應調整不同時間段的條件概率，公式為：；

19、：在時間t時刻，事件b發生時事件a發生的條件概率；:給定事件a發生時，事件b在時間t時刻發生的條件概率；:事件a在時間t時刻的先驗概率；:事件b在時間t時刻的邊緣概率；:時間調節因子，隨著監測數據動態調整，用于適應不同時段下建筑結構的風險變化。

20、優選的，所述隨機森林回歸模塊采用隨機森林回歸模型，所述隨機森林回歸模型用于處理建筑結構多源數據的非線性特征，并通過多個決策樹的結果加權平均得到最終預測，公式為：；

21、:最終的預測輸出，表示建筑結構在當前監測條件下的安全狀態；:決策樹的數量，用于提升模型的泛化能力；:第i棵決策樹的預測結果，通過輸入數據計算得到。

22、優選的，所述應急響應調度模塊采用遺傳算法，通過適應度函數評估資源調度的最優性，并通過交叉與變異操作產生新的解決方案，具體包括以下步驟：

23、sp3.1、適應度函數定義為:；

24、：適應度函數，表示應急資源調度方案的優化目標；：第i類應急資源的成本；：第i類應急資源的決策變量；：第j條應急路徑的時間或距離代價；：第j條應急路徑的選擇變量；

25、sp3.2、通過交叉操作生成新個體:；

26、：新生成的個體，表示新的應急資源調度方案；：第一個父代方案；：第二個父代方案；：交叉比例因子，用于決定父代貢獻的比例，范圍為0-1。

27、優選的，所述sp1通過多源傳感器收集建筑結構的監測數據還包括全局建筑健康狀態監測模塊，所述全局建筑健康狀態監測模塊采用動態圖卷積網絡，用于動態捕捉建筑結構的依賴關系，具體公式為：；

28、第l+1層圖卷積的輸出特征矩陣，表示建筑結構節點的更新特征；:度矩陣，表示每個節點的連接數量，為度矩陣的歸一化形式；:鄰接矩陣，表示建筑結構中各個節點之間的連接關系；：第l層的輸入特征矩陣，表示建筑結構在當前狀態下的節點特征；：第l層的權重矩陣，用于學習特征表示；:激活函數，用于非線性化處理。

29、優選的，所述sp4加權融合得到最終建筑安全狀態預測結果，公式為：；

30、:最終融合后的預測結果；：改進的lstm模型的預測結果；：自適應時變貝葉斯網絡的預測結果；：隨機森林回歸模型的預測結果；：模型權重，依據各模型的性能動態調整，且。

31、優選的，所述方法進一步包括多源數據采集模塊，所述多源數據采集模塊包括：

32、應力傳感器單元，用于實時采集建筑結構中的應力變化數據；

33、應變傳感器單元，用于采集建筑材料在不同負載條件下的應變數據；

34、溫濕度傳感器單元，用于監測建筑周圍的環境溫度和濕度；

35、振動傳感器單元，用于監測建筑結構在地震或外界振動條件下的響應；

36、數據采集控制器，用于同步協調各個傳感器的數據采集過程，并將數據傳輸至數據預處理模塊。

37、優選的，所述全局建筑健康狀態監測模塊包括：

38、動態圖構建單元，用于根據建筑結構各個節點的連接關系構建鄰接矩陣，并依據節點狀態更新鄰接關系；

39、特征提取單元，基于圖卷積網絡從節點特征中提取建筑結構的健康狀態信息；

40、節點更新單元，根據動態圖卷積網絡對建筑各節點進行實時更新，包含度矩陣和權重矩陣的自適應調整機制；

41、風險評估單元，將全局建筑健康狀態信息與動態貝葉斯網絡結合，評估建筑結構的整體風險水平，并生成相應的預警。

42、優選的，所述sp1通過多源傳感器收集建筑結構的監測數據，監測數據進行數據預處理，數據預處理步驟如下：

43、sp1.1、數據去噪，采用小波變換對來自監測數據進行噪聲過濾，所述小波變換的公式為:

44、：小波變換系數，表示信號在不同尺度下的變化；：原始傳感器信號；:母小波函數；：尺度因子；:平移因子；

45、sp1.2、數據標準化處理，采用z-score標準化方法對去噪后的數據進行標準化處理，公式為：

46、:標準化后的數據；：去噪后的原始數據；：數據的均值；：數據的標準差。

47、有益效果：

48、本發明提供了基于bim技術的建筑工程安全監測與動態評估方法。具備以下有益效果：

49、1、本發明通過多源傳感器的監測數據采集和多模型融合預測框架實時監測建筑結構的健康狀態，并有效捕捉數據中的短期和長期依賴關系，多模型結合使用提高了預測的準確性，特別是在處理復雜的時間序列數據和非線性關系時，有效降低了單一模型可能帶來的誤差。

50、2、本發明引入了自適應時變貝葉斯網絡，通過時間調節因子動態調整條件概率，從而對建筑結構的風險進行持續動態評估。當建筑物處于潛在危險狀態時，系統能夠及時進行風險評估并發出預警，幫助管理者采取及時措施，預防建筑災害的發生。

51、3、本發明通過遺傳算法進行應急資源調度，該方案能夠在建筑物出現緊急情況時，生成最優的應急資源調度方案和路徑規劃。相比傳統的靜態應急調度，該方案動態優化了應急響應的速度和資源利用率，確保資源能夠迅速到達風險區域并進行有效干預。

52、4、本發明能夠應對不同類型的監測數據（如應力、應變、溫濕度、振動等），還能夠通過多模型融合自適應調整評估標準和預測模式。這意味著無論建筑物處于何種環境和狀態，該系統都能根據實時數據調整其預測策略，適應復雜多變的建筑環境。