基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隧道施工可視化管理系統(tǒng)是工程建設(shè)方依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)完成隧道施工管理工作，是隧道施工信息化建設(shè)的核心內(nèi)容，為隧道施工管理提供了便利，提高了管理效率，已被廣泛應(yīng)用在隧道施工管理工作中[1]。但是，傳統(tǒng)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中不能對施工信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，會產(chǎn)生一定的延遲，已經(jīng)無法滿足隧道施工管理需求，為此，本研究提出基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。BIM又稱建筑信息模型，是建筑行業(yè)在不斷發(fā)展過程中衍生的新技術(shù)，主要用于表達(dá)建筑施工中難以直觀表示的三位立體圖像與導(dǎo)向類建筑物[2]。此次提出基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)，利用BIM技術(shù)，將隧道施工管理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)融合，幫助企業(yè)更好地完成施工管理工作。

基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

服務(wù)器

服務(wù)器是系統(tǒng)操作設(shè)備，用于向系統(tǒng)其他硬件設(shè)備傳輸系統(tǒng)操作指令，由于此次設(shè)計(jì)的是隧道施工可視化管理系統(tǒng)，信息儲存量較大，所以選用KLHB-6814.62型號的服務(wù)器設(shè)備為隧道施工可視化管理系統(tǒng)運(yùn)行提供硬件環(huán)境。KLHB-6814.62型號服務(wù)器的配置為雙核CPU，外設(shè)多個(gè)可擴(kuò)展處理器，內(nèi)存分別為6G、32GB的硬盤。表1為KLHB-6814.62型號服務(wù)器的硬件環(huán)境配置。

KLHB-6814.62型號服務(wù)器擁有圖形處理及現(xiàn)場可編程邏輯門陣列兩個(gè)選項(xiàng)，具備適應(yīng)任何系統(tǒng)應(yīng)用程序的通用能力，為基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)運(yùn)行奠定了良好的平臺基礎(chǔ)。利用該硬件設(shè)備中的雙核多路實(shí)現(xiàn)加速器、存儲設(shè)備以及可視化資源之間的平衡，可最大程度地提高系統(tǒng)應(yīng)用程序的性能。

讀卡器

讀卡器主要用于讀取隧道施工設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)隧道施工可視化管理需求，選取KOPHN-561.365型號讀卡器，該型號讀卡器功率最大時(shí)可以對5臺施工設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行同時(shí)讀取，KOPHN-561.365讀卡器支持抗碰撞算法來讀取隧道施工設(shè)備數(shù)據(jù)。表2為KOPHN-561.365讀卡器讀取隧道施工設(shè)備電子標(biāo)簽指令表。

負(fù)載均衡器

表1 KLHB-6814.62型號服務(wù)器的硬件環(huán)境配置

表2 KOPHN-561.365讀卡器讀取電子標(biāo)簽指令

負(fù)載均衡器主要用于接收所有隧道施工數(shù)據(jù)信息，按照特定的資源調(diào)度算法將收集到的隧道施工數(shù)據(jù)發(fā)放到服務(wù)器交換中心，使服務(wù)器能夠統(tǒng)一對隧道施工數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。負(fù)載均衡器硬件設(shè)備設(shè)計(jì)的主要目的是緩解隧道施工可視化管理系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)處理壓力，保證隧道施工可視化管理系統(tǒng)始終處于平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)[3]。由于負(fù)載均衡器需要連接多個(gè)服務(wù)器，其中包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、備份數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，導(dǎo)致線路交易趨于復(fù)雜化，為了避免運(yùn)行過程中由于負(fù)載均衡器與服務(wù)器的線路交叉連接出現(xiàn)鎖死或互鎖等原因出現(xiàn)系統(tǒng)故障，將負(fù)載均衡器的連接線路設(shè)計(jì)成單線程，使負(fù)載均衡器和服務(wù)器的每個(gè)線路只能使用各自的局部變量。除此之外，由于負(fù)載均衡器是連接在瀏覽器與各種服務(wù)器之間，為了避免在網(wǎng)絡(luò)資源均衡分配過程中出現(xiàn)隧道施工數(shù)據(jù)信息的泄露，在負(fù)載均衡器芯片裝置中設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)存分配函數(shù)，由該函數(shù)合理分配每一個(gè)隧道施工數(shù)據(jù)信息，以保證基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的安全。

基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

隧道施工數(shù)據(jù)采集

若要實(shí)現(xiàn)隧道施工可視化管理，首先需要對隧道施工過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，其中包括施工設(shè)備數(shù)據(jù)、施工材料數(shù)據(jù)、隧道的基本信息數(shù)據(jù)等，在這一過程采用MCGS組態(tài)軟件來完成。在組態(tài)軟件運(yùn)行中，通過設(shè)定讀卡器對隧道施工數(shù)據(jù)采集周期調(diào)用接口，通過接口將組態(tài)軟件與讀卡器驅(qū)動程序進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)讀卡器與組態(tài)軟件之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換[4]。根據(jù)隧道施工數(shù)據(jù)采集要求，該系統(tǒng)調(diào)用組態(tài)軟件窗口中的子窗口，對隧道施工數(shù)據(jù)輸入與輸出通道的信號建立聯(lián)系，然后采用OBV 語言編制組態(tài)軟件驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)對隧道施工數(shù)據(jù)的采集。

隧道施工數(shù)據(jù)存儲

系統(tǒng)的隧道施工數(shù)據(jù)存儲工作（將采集到的隧道施工數(shù)據(jù)分類儲存到對應(yīng)數(shù)據(jù)庫），是實(shí)現(xiàn)隧道施工可視化管理的關(guān)鍵。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)類型的不同，大體可分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。利用FerBIM下personal geodatabase通過FerBIM HKN建立空間數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)運(yùn)用DGV Server 2010建立屬性數(shù)據(jù)庫，存儲隧道施工影像數(shù)據(jù)、隧道施工區(qū)域三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)、隧道數(shù)據(jù)地形數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)，以及施工材料數(shù)據(jù)、施工設(shè)備數(shù)據(jù)、施工人員數(shù)據(jù)、隧道基本信息數(shù)據(jù)、施工進(jìn)程數(shù)據(jù)等屬性數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫對采集到的隧道施工數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲。

實(shí)現(xiàn)隧道施工可視化管理

BIM軟件的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)隧道施工可視化管理的核心軟件技術(shù)。BIM軟件通過ADO.NET訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，利用ADO.NET中的Connection對象實(shí)現(xiàn)BIM軟件與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫連接，利用C語言和BIM控件接口來調(diào)用BIM軟件中的axMapCintrol二維場景控件以及axKIHVions三維場景控件，并且對數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)取[5]。該系統(tǒng)將調(diào)取的數(shù)據(jù)填充到BIM軟件的各個(gè)模型中進(jìn)行建模，如將隧道施工圖紙以及隧道基本信息導(dǎo)入到BIM軟件中，賦予其屬性，形成施工建筑模型；將隧道施工進(jìn)度數(shù)據(jù)導(dǎo)入到BIM軟件中，形成隧道施工進(jìn)度模型；將隧道施工材料數(shù)據(jù)導(dǎo)入到BIM軟件中，形成隧道施工材料模型；將隧道施工設(shè)備數(shù)據(jù)導(dǎo)入到BIM軟件中，形成隧道施工設(shè)備模型。然后對建立完成的BIM模型進(jìn)行云模型檢驗(yàn)，同時(shí)將隧道施工數(shù)據(jù)進(jìn)行條目復(fù)核，實(shí)現(xiàn)對已經(jīng)建立的BIM模型的差、錯(cuò)、漏檢查，保證BIM模型的有效性[6]。最后建立完相應(yīng)的BIM模型之后，通過BIM軟件接口與瀏覽器連接，對隧道施工進(jìn)程、施工設(shè)備運(yùn)行情況、施工材料使用情況等所有施工信息進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)顯示，通過BIM軟件自定義操作對隧道施工不符合要求的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，對隧道施工進(jìn)度、設(shè)備、材料、安全、質(zhì)量進(jìn)行全面管理，以此實(shí)現(xiàn)基于BIM的隧道施工可視化管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)利用GIN仿真軟件模擬一個(gè)施工面積為16435m2、施工長度為1.2萬米的隧道，利用此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對該隧道施工進(jìn)行可視化管理。實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)系統(tǒng)操作系統(tǒng)均為Window8，客戶端為XU9.0 flash20.6客戶端，將兩個(gè)系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率設(shè)置為156ms，時(shí)間變量更新頻率設(shè)置為1200ms，比特率設(shè)置為5500Bit，數(shù)據(jù)位為6位，4個(gè)停止位，通信超時(shí)時(shí)間設(shè)置為11ms-15ms，數(shù)據(jù)采集周期時(shí)間為100ms。利用兩個(gè)系統(tǒng)對GJU數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，該數(shù)據(jù)包共含有2000個(gè)隧道施工數(shù)據(jù)，分10次向系統(tǒng)傳輸，并利用電子表格記錄系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集時(shí)間和信息顯示時(shí)間，對比兩個(gè)系統(tǒng)的延遲時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

將設(shè)計(jì)系統(tǒng)用系統(tǒng)A表示，將傳統(tǒng)系統(tǒng)用系統(tǒng)B表示，表3為兩個(gè)系統(tǒng)延遲時(shí)間對比。

從表3可以看出，此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)延遲時(shí)間遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)系統(tǒng)，證明此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以對隧道施工信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，滿足隧道施工可視化管理需求。

結(jié)語

此次結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，對基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，由于傳統(tǒng)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中對于信息顯示延遲時(shí)間較長，為此提出基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。在系統(tǒng)硬件方面，服務(wù)器采用KLHB-6814.62型號，利用KOPHN-561.365型號讀卡器采集隧道施工數(shù)據(jù)，通過負(fù)載均衡器的設(shè)計(jì)，對采集到的隧道施工數(shù)據(jù)資源進(jìn)行均衡分配，為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供保障；在系統(tǒng)軟件方面，利用MCGS組態(tài)軟件獲取到讀卡器采集到的數(shù)據(jù)，通過FerBIM軟件構(gòu)建屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，利用BIM軟件構(gòu)建隧道施工管理模型，通過對模型自定義操作實(shí)現(xiàn)對隧道施工可視化管理，以此完成基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)信息顯示延遲時(shí)長低于傳統(tǒng)系統(tǒng)，有效縮短了隧道施工信息顯示延遲，有助于提高隧道施工可視化管理水平，為隧道施工提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

表3 系統(tǒng)延遲時(shí)間對比（s）