跨平臺地鐵施工信息安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

朱蕾 朱華斌

摘要：在傳統(tǒng)的地鐵施工過程中，大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)、構(gòu)件信息等通常采用獨立的紙質(zhì)文本或電子表格，這種方式明顯的不足是數(shù)據(jù)不直觀、查詢慢、追蹤難，也無法提前預(yù)警，難以發(fā)揮監(jiān)測數(shù)據(jù)的作用。該文基于BIM模型、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及靈活的軟件開發(fā)技術(shù)，基于桌面系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及移動系統(tǒng)開發(fā)的地鐵施工監(jiān)測系統(tǒng)，將不同的構(gòu)件信息、施工監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一地保存在數(shù)據(jù)庫中，并與BIM模型相關(guān)聯(lián)，在跨平臺的不同系統(tǒng)中，可方便地在可視化環(huán)境中根據(jù)模型查看相關(guān)的施工信息，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化表現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析和預(yù)警。

關(guān)鍵詞：地鐵；施工監(jiān)測；建筑信息模型；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）28-0045-03

Design and Development of Cross-platform Metro Construction Monitoring System

ZHU Lei1，ZHU Hua-bin2

（1.Shanghai rail Transit Line Eighteen Development Co.， Ltd.， Shanghai 200120， China；2.Shanghai Tunnel Engineering & Rail Transit Design and Research Institute， Shanghai 200235， China）

Abstract： In the previous construction process of metro， lots of data and elements information are saved in paper or spreadsheet， such as Excel files. In this way the data cannot be shown directly and it is also difficult to query and follow up， and user cannot predict the dangers with data. In this paper， a Cross-platform metro construction monitoring system is developed based BIM and database. In the system， the elements information and data are saved in the database and connected with BIM model. In the BIM software， web browser and the mobile phone the construction data can be queried through BIM model and the survey data is shown with graphic and can be understood by user easily.

Key words： metro； construction monitoring； Building Information Model； database

工程監(jiān)測是指在建構(gòu)筑物施工過程中，采用監(jiān)測儀器對關(guān)鍵部位各項控制指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)手段，在監(jiān)測值接近控制值時發(fā)出報警，用來保證施工的安全性，也可用于檢查施工過程是否合理[1]。

對于軌道交通工程中重要的基坑監(jiān)測主要包括[2]：支護(hù)結(jié)構(gòu)、相關(guān)自然環(huán)境、施工工況、地下水狀況、基坑底部及周圍土體、周圍建（構(gòu)）筑物、周圍地下管線及地下設(shè)施、周圍重要的道路、其他應(yīng)監(jiān)測的對象。

目前，各種施工信息與監(jiān)測數(shù)據(jù)通常以獨立的Excel文件記錄，數(shù)據(jù)表現(xiàn)不直觀，與監(jiān)測對象、監(jiān)測位置分離，難以發(fā)揮監(jiān)測數(shù)據(jù)的作用。

基于Revit建立地鐵工程BIM模型，并將記錄在Excel文件中的施工信息與監(jiān)測數(shù)據(jù)快速錄入，通過數(shù)據(jù)庫記錄和查詢。將各種數(shù)據(jù)與模型關(guān)聯(lián)，可以充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用[3-4]，也可以實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的數(shù)字化歸檔。

基于同一套模型與數(shù)據(jù)庫，采用不同的開發(fā)方式，開發(fā)基于Revit、Web瀏覽器和移動系統(tǒng)的施工監(jiān)控系統(tǒng)，可使工程相關(guān)的管理人員、施工監(jiān)測人員和建模人員等在施工過程中方便直觀地分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的趨勢，并及時發(fā)現(xiàn)存在隱患的構(gòu)件及其位置[5-6]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

在跨平臺的監(jiān)測系統(tǒng)中，使用相同的數(shù)據(jù)庫，均從傳感器讀入到數(shù)據(jù)庫中，并通過跨平臺的不同UI界面進(jìn)行展示。

本軟件的功能主要有：傳感器數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)庫存儲與查詢、施工顯示與監(jiān)測信息查詢與展示這三部分。數(shù)據(jù)的傳輸過程如圖1所示：

本軟件將傳統(tǒng)方式中存儲于電子表格中的施工信息與監(jiān)測數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，如地墻的成槽時間、驗收時間等；中板的鋼筋綁扎時間、抗壓強(qiáng)度、坍落度等，以及站體周圍監(jiān)測點的監(jiān)測信息數(shù)據(jù)，在監(jiān)測系統(tǒng)中以折線圖表現(xiàn)數(shù)據(jù)變化趨勢。同時，能夠?qū)Τ^安全閥值的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的監(jiān)控、預(yù)警及模型高亮顯示等。

系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

為使用方便，本軟件數(shù)據(jù)庫包括服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫和本地存儲數(shù)據(jù)庫。本地數(shù)據(jù)庫僅針對桌面系統(tǒng)。對于桌面系統(tǒng)用戶，即使因工地條件限制等原因，無法連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，也可通過本地數(shù)據(jù)庫使用本系統(tǒng)。

服務(wù)器數(shù)據(jù)庫和本地數(shù)據(jù)庫的表設(shè)計是相同的，主要有6個表：BaseTable、KeyTable、GroupTable、EntityTable、InfoTable、DrawDataTable。

BaseTable存儲的是其它表的基本信息，如數(shù)據(jù)表描述、符號等信息。

KeyTable存儲的是BIM模型中各構(gòu)件的屬性名稱信息。

GroupTable存儲的是各構(gòu)件屬性信息的分組信息。

EntityTable存儲的是施工過程中關(guān)注的構(gòu)件基本信息，與Revit模型中的實體相對應(yīng)。

InfoTable存儲的是施工過程中的各種施工信息，與BIM模型中的實體相對應(yīng)。

DrawDataTable存儲的是與測點相關(guān)聯(lián)的檢測值，包括日期、同一時刻最大值、最小值等信息。

通過這6個表的設(shè)計，用戶能夠靈活定義不同的屬性，并顯示不同類型的監(jiān)測數(shù)據(jù)。原先存儲于如圖4所示的電子表格中的構(gòu)件屬性，第一行的表頭作為屬性名稱，記錄于KeyTable中，第二行開始的屬性值，記錄于InfoTable中，通過名稱與值的分離，使用戶可以定義不同的屬性名稱。同理，對不同類型的監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)記錄格式后，分別將類型信息和檢測值信息存儲于BaseTable和DrawDataTable中，可使系統(tǒng)方便地應(yīng)對不同監(jiān)測數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和顯示，可使系統(tǒng)支持不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3 軟件交互設(shè)計

本監(jiān)測系統(tǒng)的跨平臺主要體現(xiàn)在用戶可以通過Revit平臺、Web瀏覽器、手機(jī)對同一套模型和監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽和分析。

3.1 Revit平臺下的交互

基于Revit平臺二次開發(fā)的施工監(jiān)測軟件主界面如圖5所示。

通過電子表格導(dǎo)入屬性數(shù)據(jù)和從傳感器讀入監(jiān)測數(shù)據(jù)后，可方便地使用軟件的兩項主要功能，構(gòu)件信息展示和監(jiān)測信息展示。

選中構(gòu)件，可在屬性面板顯示預(yù)先輸入在電子表格中的構(gòu)件屬性，即施工過程中記錄的相關(guān)信息。如圖6所示。

監(jiān)測信息功能可通過折線圖方式展示制定時間段內(nèi)的監(jiān)測值，使用戶能夠直觀地查看監(jiān)測值的變化，用戶可在軟件中設(shè)定不同類型監(jiān)測值的不同閾值，超出閾值的部分將以特殊顏色顯示。如圖7所示。

對于測斜值，軟件進(jìn)行了特殊設(shè)計，為了方便用戶對同一時間相鄰測點的相互影響以及同一測點相鄰時間段內(nèi)的測斜值變化進(jìn)行分析，系統(tǒng)提供了如圖8所示的功能，可在同一界面中集中顯示多測點或多時間的測斜圖，從而可方便用戶對其關(guān)聯(lián)性進(jìn)行比較分析。

3.2 Web平臺下的交互

對BIM三維幾何模型進(jìn)行輕量化后，可在瀏覽器中進(jìn)行三維展示。監(jiān)測系統(tǒng)中施工信息查詢和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析界面分別如圖9和圖10所示。

3.3 移動平臺下的交互

由于移動設(shè)備內(nèi)存、屏幕等限制，本系統(tǒng)移動端主要提供輕量化模型瀏覽和監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示和統(tǒng)計等核心功能，使用戶第一時間獲得關(guān)鍵信息。該功能在移動端的界面如圖11和圖12所示。

4 結(jié)論

現(xiàn)有的BIM軟件中，更偏向于設(shè)計階段的相關(guān)應(yīng)用，對施工階段的支持與輔助較少。但是施工階段又是整個BIM工作的重點階段，如何讓BIM落地，如何讓BIM的價值在施工中可以起到數(shù)據(jù)集成整理歸納，指導(dǎo)，警示的作用，從而實實在在提高建設(shè)安全管理水平是一個重大而棘手的課題。

本文中的地鐵施工監(jiān)測軟件通過BIM軟件和數(shù)據(jù)庫將構(gòu)件屬性與幾何模型有機(jī)的關(guān)聯(lián)起來，通過不同的平臺，使用戶能夠在瀏覽模型時查看構(gòu)件屬性，對于施工過程中的通過各種傳感器采集的不同類型的監(jiān)測數(shù)據(jù)，亦可方便地通過時間、位置等條件查看分析，在地鐵施工過程中的數(shù)據(jù)分析和過程記錄、歸檔等方面均可起到積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[6] 郭思怡，陳永鋒.建筑運維階段信息模型的輕量化方法[J].圖學(xué)學(xué)報，2018（1）：123-128.

【通聯(lián)編輯：梁書】