楊國平 劉志剛
(北京理正軟件股份有限公司,北京 100044)
基于BIM的基坑施工任務(wù)監(jiān)管云平臺
楊國平 劉志剛
(北京理正軟件股份有限公司,北京 100044)
基于BIM、公有云和移動互聯(lián)網(wǎng),構(gòu)建了一個基坑支護(hù)施工現(xiàn)場任務(wù)監(jiān)管云平臺:1) 讀入基坑設(shè)計模型,經(jīng)過組織整理與設(shè)計深化,創(chuàng)建完成基坑施工BIM模型; 2)將模型上傳到云端后,施工管理人員可基于模型向施工隊下達(dá)任務(wù);3)施工工長可通過手機(jī)APP接受任務(wù),查看設(shè)計資料,實時上傳施工現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)、照片、視頻等信息; 4)監(jiān)管人員可通過云平臺對施工現(xiàn)場進(jìn)行實時監(jiān)管。
基坑施工; BIM; 實時監(jiān)管; 云平臺; 移動客戶端
【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.08
深基坑工程在建筑工程中屬于事故高發(fā)項目,風(fēng)險較大,各地對基坑工程的安全監(jiān)管也十分重視,如規(guī)定支護(hù)方案必須通過專家論證,施工過程需納入“危險性較大的分部分項工程施工監(jiān)管平臺”進(jìn)行管理等措施,但基坑工程事故仍然不時發(fā)生。這些事故發(fā)生的主要原因,是工程建設(shè)各方主體責(zé)任單位不嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程及相關(guān)管理文件,不認(rèn)真履行質(zhì)量安全責(zé)任,沒有對深基坑工程從勘察設(shè)計到基坑回填的全過程每一環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)管,信息采集手段落后,信息不對稱,隱患問題發(fā)現(xiàn)滯后,處置不及時造成的。
現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)與施工技術(shù)不斷進(jìn)步,BIM、互聯(lián)網(wǎng)、公有云、移動客戶端等技術(shù)蓬勃發(fā)展,已經(jīng)在建筑工程中發(fā)揮著越來越大的作用,完全可以做到施工信息獲取的實時性與準(zhǔn)確性,可以實現(xiàn)實時監(jiān)管,但在基坑工程中的應(yīng)用還不多見。利用BIM技術(shù)可做到直觀準(zhǔn)確,利用移動互聯(lián)技術(shù)可做到信息實時采集,利用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成技術(shù)可實時抓取施工監(jiān)測關(guān)鍵數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)警,利用公有云技術(shù)可大幅降低系統(tǒng)架構(gòu)成本,讓更多基坑項目獲益。
目前施工階段的BIM應(yīng)用,基本上停留在對施工“事前的模擬與指導(dǎo)”基礎(chǔ)上,很少能見到在施工過程中BIM的深入應(yīng)用。理正公司利用自身在“BIM+MIS+移動互聯(lián)+云平臺”幾方面優(yōu)勢,搭建了“基于BIM的基坑施工任務(wù)監(jiān)管云平臺”,將BIM與施工過程結(jié)合起來,使BIM在施工過程中得以發(fā)揮巨大作用,實現(xiàn)了施工BIM由“靜態(tài)應(yīng)用”到“動態(tài)應(yīng)用”的飛躍。以下將對理正施工監(jiān)管云平臺進(jìn)行簡單介紹。
理正施工監(jiān)管云平臺由云服務(wù)器、施工模型加工客戶端、施工任務(wù)分配與監(jiān)管客戶端、工長任務(wù)接收與信息采集APP、基坑監(jiān)測系統(tǒng)接口等五部分組成。其中模型加工客戶端為C/S軟件,任務(wù)分配客戶端為B/S軟件,工長APP為移動端軟件,基坑監(jiān)測接口為后臺定時自動抓取數(shù)據(jù)的服務(wù)。因此本系統(tǒng)采用的技術(shù)架構(gòu)是較為復(fù)雜的,構(gòu)建此系統(tǒng)需要綜合采用多種研發(fā)技術(shù),如圖1所示。
本系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)包括BIM建模與展示技術(shù)、移動互聯(lián)APP技術(shù)、公有云平臺技術(shù)和管理信息系統(tǒng)集成技術(shù)。系統(tǒng)使用角色主要有項目部技術(shù)人員、項目部管理人員、施工工長、建設(shè)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)主等。施工監(jiān)管云平臺的工作原理如圖2所示,基于此系統(tǒng)工作的典型步驟如下:
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)
圖2 系統(tǒng)工作原理
1)項目部:讀入設(shè)計模型,進(jìn)行施工模型建模;
2)項目部:施工模型上傳;
3)項目部:基坑施工任務(wù)策劃、上載施工資料;
4)工長:手機(jī)APP接受任務(wù),查詢資料,上傳現(xiàn)場施工信息;
5)項目部:實時查詢施工進(jìn)度與現(xiàn)場資料;
6)業(yè)主、建企領(lǐng)導(dǎo):綜合查詢與監(jiān)管。
基坑施工BIM模型包含支護(hù)樁、內(nèi)支撐、立柱、連續(xù)墻、土釘、錨桿、土方、降水等多種分項模型。創(chuàng)建有兩種方法:其一,可通過讀入P-BIM[1]標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建,這種方法非常簡單方便; 其二,如果得不到P-BIM數(shù)據(jù),也可利用設(shè)計階段的Revit成果,將幾何造型讀入后,再通過手工對構(gòu)件所屬施工分部分項類別進(jìn)行組織、整理,對構(gòu)件屬性進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)置(如代碼、名稱等),最終形成施工模型。
3.1 讀入基坑P-BIM標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建模型
中國BIM發(fā)展聯(lián)盟主導(dǎo)的協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑設(shè)計P-BIM軟件功能與信息交換標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)進(jìn)入報批階段,理正公司研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)配套軟件已實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)庫(mdb格式)的直接導(dǎo)出[2]。本系統(tǒng)可以直接讀入“理正基坑”輸出的P-BIM標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),形成初步的基坑施工BIM模型。這種方法的好處是不言而喻的,用戶不需要培訓(xùn),只需點(diǎn)擊功能按鈕,選擇設(shè)計軟件輸出的mdb數(shù)據(jù)庫,施工模型就可在瞬間建立完畢,包括幾何形體與構(gòu)件的屬性數(shù)據(jù),甚至于分部分項信息也可自動建立。圖3為讀入P-BIM標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)形成的初步施工模型。
圖3 讀入P-BIM基坑模型
3.2 利用設(shè)計階段Revit成果創(chuàng)建模型
目前,設(shè)計階段采用BIM技術(shù)已經(jīng)相對普遍,重要程度稍高的項目,為了完成高質(zhì)量的設(shè)計協(xié)同工作,一般都有利用Revit軟件完成的基坑工程設(shè)計模型(rvt格式)。這種設(shè)計模型雖然一般只包含三維幾何信息與少量屬性信息,但在施工階段仍然具有很大的利用價值。本系統(tǒng)可以直接讀入Revit設(shè)計模型,直接利用其幾何體與屬性,再對分部分項進(jìn)行分類加工,對構(gòu)件屬性進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)置,即可應(yīng)用于后續(xù)的云平臺施工監(jiān)管中。模型加工界面及讀入后的Revit模型如圖4所示。
3.3 模型深化設(shè)計
設(shè)計模型一般都需經(jīng)過深化設(shè)計工作,才能達(dá)到施工模型的深度。基坑深化設(shè)計的內(nèi)容較多,僅以灌注樁深化設(shè)計為例。灌注樁深化設(shè)計包括:鋼筋籠深化設(shè)計、設(shè)計要求參數(shù)設(shè)置、施工要求參數(shù)設(shè)置三部分,如圖5所示。
圖4 模型加工界面及讀入Revit基坑模型
圖5 灌注樁深化設(shè)計
3.4基坑施工進(jìn)度模擬
在模型上傳到云端之前,本系統(tǒng)還提供了基坑施工進(jìn)度模擬功能。對模型中各分部分項設(shè)置計劃開工與完成時間后,即可進(jìn)行施工進(jìn)度模擬。模擬的粒度可以到分項工程,也可以到檢驗批,甚至可精確到具體某根構(gòu)件的某道施工工序。施工模擬的過程可進(jìn)行視頻錄制,方便在脫離本系統(tǒng)的情況下進(jìn)行演示。施工進(jìn)度模擬界面如圖6所示。
圖6 基坑施工進(jìn)度模擬
3.5 模型上傳云端
施工BIM模型構(gòu)建成功后,即可上傳到云端,系統(tǒng)提供了上傳云端命令,上傳工作可一鍵完成。模型上傳到云端后,管理人員即可基于此模型進(jìn)行施工任務(wù)的下達(dá)。圖7為上傳到云平臺的的部分基坑施工模型。
圖7 部分基坑施工模型
施工管理人員登錄監(jiān)管云平臺后,可在系統(tǒng)中按照BIM模型分部分項的劃分,進(jìn)行施工任務(wù)的下達(dá)。下達(dá)施工任務(wù)包括以下兩個步驟。
4.1 施工任務(wù)策劃
包括新建施工任務(wù)、分部分項或構(gòu)件選擇、施工隊指定等,相對于傳統(tǒng)的施工任務(wù)管理系統(tǒng),由于是基于BIM模型進(jìn)行管理,有三維構(gòu)件展示,任務(wù)分配更加直觀明了,操作界面如圖8所示。
圖8 基坑施工任務(wù)策劃
4.2 施工資料上傳
施工資料包括兩種類別,一種是工程一級的資料,如基坑施工方案,設(shè)計圖紙,地勘資料,項目施工要求等; 另一種為任務(wù)級別的施工資料,例如對某根灌注樁的深化設(shè)計圖紙,對某根樁的施工要求等。這些資料上傳成功后,施工人員可通過手機(jī)APP隨時隨地直接查看,這樣就可做到施工資料有序分發(fā)與查看,不但減少了溝通工作量,而且比電子郵件或紙質(zhì)資料方式更不容易出錯。具體操作界面如圖9所示。
圖9 基坑施工資料上傳
5.1 接受施工任務(wù)
工長通過手機(jī)APP登錄云平臺后,自動接受分配給他的施工任務(wù)。以灌注樁施工任務(wù)為例,進(jìn)入某一具體任務(wù)后,軟件列出了在本任務(wù)中需要完成的灌注樁編號,并用不同顏色表示不同的施工狀態(tài)。每個灌注樁均需要完成成孔、鋼筋籠加工、混凝土澆筑三個工藝步驟。具體操作界面如圖10所示。
圖10 接受基坑施工任務(wù)
5.2 查看任務(wù)資料
管理人員上傳施工資料后,工長通過手機(jī)APP,即可實時查看這些資料。這些資料均可在聯(lián)網(wǎng)時進(jìn)行下載,自動緩存到手機(jī)中,即使在斷網(wǎng)的環(huán)境中,仍可進(jìn)行瀏覽閱讀,具體界面如圖11。
圖11 查看施工資料
5.3 提交現(xiàn)場施工信息
現(xiàn)場施工信息包括施工參數(shù)、施工人員照片以及現(xiàn)場施工照片等。這些信息均可在斷網(wǎng)離線時進(jìn)行錄入或拍照,網(wǎng)絡(luò)連接后自動上傳到云端。拍照時,將自動記錄拍照時間與拍照地點(diǎn)的GPS坐標(biāo),杜絕造假情況的發(fā)生。APP的界面如圖12所示。
圖12 現(xiàn)場施工信息提交
5.4 設(shè)置任務(wù)完成狀態(tài)
如果已完成施工,并將現(xiàn)場信息錄入后,工長可點(diǎn)擊任務(wù)完成按鈕,設(shè)置云端的任務(wù)完成狀態(tài)。這時管理人員即可通過管理程序,實時查看任務(wù)完成狀態(tài)。具體界面如圖13所示。
圖13 設(shè)置任務(wù)完成狀態(tài)
6.1 現(xiàn)場進(jìn)度查看
施工管理人員在任何時間與地點(diǎn),均可通過瀏覽器上的任務(wù)監(jiān)管界面實時查看某一具體任務(wù)基本信息與實時完成狀態(tài)。如圖14所示。
圖14 列表方式查看任務(wù)完成狀態(tài)
也可在三維場景中查看實時完成狀態(tài),不同的完成狀態(tài)采用不同的顏色顯示,非常直觀,具體界面如圖15所示。
圖15 三維方式查看任務(wù)完成狀態(tài)
6.2 施工現(xiàn)場實時信息查看
由手機(jī)APP實時上傳的施工現(xiàn)場參數(shù)、施工人員照片、現(xiàn)場照片等信息,施工管理人員均可及時查看。由于采用了移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),所得到的施工信息實時且真實準(zhǔn)確,因此十分便于快速發(fā)現(xiàn)施工中的問題,及時糾正以便減少損失。具體操作界面圖16所示。
6.3 基坑位移監(jiān)測預(yù)警
由于本系統(tǒng)與基坑監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了接口,因此可得到位移等監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)。通過對每個監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置位移上下限,以及位移變化速率的上下限值,可在三維模型視圖中直觀顯示位移監(jiān)測結(jié)果,對超限的情況用醒目的顏色進(jìn)行預(yù)警,也可設(shè)置發(fā)生通知短信。位移監(jiān)測預(yù)警界面如圖17所示。
圖16 查看現(xiàn)場施工信息
圖17 基坑位移監(jiān)測預(yù)警
圖18 房屋建筑與地鐵基坑測試模型
系統(tǒng)開發(fā)完成后,共進(jìn)行了三個基坑支護(hù)工程的測試驗證,包括一個地鐵基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)工程、兩個房屋建筑基坑支護(hù)工程,如圖18所示。經(jīng)測試,三個工程均能達(dá)到預(yù)定的功能要求,能夠體現(xiàn)BIM與移動互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合帶來的好處。但實施過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題,對未來系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用影響較大,包括BIM模型在線變更問題,以及與現(xiàn)場基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接口問題。
7.1 基坑BIM模型的在線變更問題
在整個施工過程中,受現(xiàn)場未定因素的干擾,預(yù)定實施計劃被反復(fù)調(diào)整是不可避免的,有時會涉及到對BIM模型的更改,其中有兩種情況較難處理:其一是BIM構(gòu)件的拆分,例如將原屬于一個施工班組任務(wù)的一片地下連續(xù)墻一分為二,分別安排給兩個施工班組進(jìn)行施工,這時就需要系統(tǒng)具備必要的在線三維模型剖切功能; 其二是BIM構(gòu)件的添加,例如經(jīng)現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)事先未預(yù)料的地質(zhì)問題,需要變更增加錨桿,這時就需要能夠在線新增或在線導(dǎo)入錨桿模型。但目前本系統(tǒng)不具備三維BIM模型的在線編輯功能,只能在線下修改BIM模型后,對模型進(jìn)行重新上載,對原模型的三維幾何體進(jìn)行覆蓋,同時保留構(gòu)件編碼與施工任務(wù)的現(xiàn)場采集信息。由于前后兩次上載時,模型構(gòu)件的編碼并未發(fā)生變化,因此不會丟失施工過程中采集到的各種信息,但應(yīng)用過程不夠簡潔,操作復(fù)雜且工作量大。因此,未來系統(tǒng)應(yīng)增加在線BIM模型的簡單編輯功能,包括對三維幾何體的拆分、合并、添加、導(dǎo)入、刪除等功能。
7.2 與現(xiàn)場基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接口問題
經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前市場上基坑施工監(jiān)測數(shù)據(jù)采集技術(shù)較為龐雜,儀器廠商與監(jiān)測單位各有各的數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng),也有單位尚未建立監(jiān)測采集管理系統(tǒng)。因此,本系統(tǒng)需要與不同的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行對接,勢必造成實施工作量與成本的大幅增加,無法達(dá)到大量推廣的目的。為此,我們制訂了《理正基坑監(jiān)測類型編碼標(biāo)準(zhǔn)》和《理正基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)上載XML標(biāo)準(zhǔn)格式》,并提供了一組配套的WebAPI供監(jiān)測廠商調(diào)用,向本系統(tǒng)定時推送監(jiān)測數(shù)據(jù)。這樣,本系統(tǒng)就具備了與不同監(jiān)測廠商數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行在線連接的能力,為大規(guī)模實施做好了準(zhǔn)備。目前,本系統(tǒng)已經(jīng)完成了與智博聯(lián)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的在線對接。
采用BIM、移動互聯(lián)網(wǎng)、公有云、MIS等新技術(shù)搭建的基坑施工監(jiān)管云平臺,能夠達(dá)到模型直觀展示、任務(wù)有序下達(dá)、信息實時采集、問題及時發(fā)現(xiàn)的效果,并且實現(xiàn)了靜態(tài)BIM應(yīng)用到動態(tài)BIM應(yīng)用的提升; BIM技術(shù)與移動終端、MIS、云技術(shù)的結(jié)合大有可為; BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用值得大力探索。
[1]黃強(qiáng). 論BIM[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2016.
[2]楊國平,馮金志,崔年治.理正勘察設(shè)計階段P-BIM應(yīng)用系統(tǒng)研究[J].中國勘察設(shè)計, 2015(4): 92-97.
Based on BIM Supervision Cloud of Foundation Pit Construction Task
Yang Guoping, Liu Zhigang
(BeijingleadingsoftwareCo.,Ltd.,Beijing100044,China)
Based on BIM,public cloud and mobile internet,a cloud platform for the task supervision on the site construction of foundation pit support was set up.It provided the following functions:Firstly,after reading,modifing and design-developing the model of foundation pit design,BIM model of foundation pit construction could be created. Secondly,if the BIM model is uploaded to the cloud,the construction manager can issure assignments to the construction team on the basis of the BIM model. Thirdly,using the mobile client,the construction team leader can accept the tasks,view the design data,and upload the realtime information,including kinds of data,photoes,videos and so on. Fourth,the supervisor can do the realtime supervision of the construction site.
Foundation Pit Construction; BIM; Realtime Supervision; Cloud Platform; Mobile Client
楊國平(1968-),男,工學(xué)博士,教授級高工,副院長,主要從事土木工程CAD、協(xié)同與BIM等軟件研發(fā); 劉志剛(1972-),男,工程師,技術(shù)總監(jiān),主要從事協(xié)同設(shè)計、BIM等軟件研發(fā)與實施。
TU443;TU17
A
1674-7461(2016)06-0044-07