基于BIM技術(shù)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)設(shè)計

高秀娟

基于BIM技術(shù)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)設(shè)計

高秀娟

（安徽新華學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230088）

由于常規(guī)圖書館建筑施工測量系統(tǒng)對無效測量值的剔除不徹底，導(dǎo)致測量結(jié)果與實(shí)際值間存在較大誤差，為此提出基于BIM技術(shù)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)設(shè)計。選用STM32F407ZET6微處理器，在內(nèi)核中增加自適應(yīng)實(shí)時閃存加速器，外接數(shù)據(jù)存儲器，將信息數(shù)據(jù)獨(dú)立存儲，利用FSMC連接數(shù)據(jù)存儲芯片與微處理器；借助BIM技術(shù)，建立4D可視化的進(jìn)度模型，分析歷史工程案例，計算局部相似度，結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的測量方案，完成圖書館建筑施工，實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)設(shè)計。提出仿真對照實(shí)驗(yàn)，利用計算機(jī)程序，模擬圖書館建筑施工現(xiàn)場的系統(tǒng)運(yùn)行情況，將所設(shè)計系統(tǒng)的測量結(jié)果與兩種常規(guī)系統(tǒng)相對照，測試系統(tǒng)性能，測試結(jié)果數(shù)據(jù)表明，所設(shè)計系統(tǒng)測量值與實(shí)際值之間的誤差明顯減小，即對無效測量值的剔除效果更佳。

BIM技術(shù)；建筑施工；測量；微處理器；數(shù)據(jù)存儲器

在我國2017年7月1日起開始實(shí)施的《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB/T51212-2016》當(dāng)中，對BIM作如下定義：在建設(shè)工程及設(shè)施全生命期內(nèi)，對其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并依此設(shè)計、施工、運(yùn)營的過程和結(jié)果的總稱[1]。BIM并非表達(dá)建筑信息、輔助工程實(shí)施的唯一辦法，應(yīng)該靈活地將BIM技術(shù)與圖紙、文檔、視頻、模型等各種形式的信息綜合應(yīng)用，建筑信息的模型化是一個生成建筑信息并將其應(yīng)用于設(shè)計施工等生命期階段的商業(yè)過程。BIM的應(yīng)用模式分為單業(yè)務(wù)應(yīng)用模式、多業(yè)務(wù)應(yīng)用模式以及與項(xiàng)目管理集成應(yīng)用模式三種，多業(yè)務(wù)集成應(yīng)用模式是通過協(xié)同平臺、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，集成多個模型所完成的[2-4]。將BIM技術(shù)應(yīng)用到圖書館建筑施工測量系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，借助其發(fā)揮的可視化效果，為建筑物的結(jié)構(gòu)功能設(shè)計提供技術(shù)支持，使項(xiàng)目估算結(jié)果更加精準(zhǔn)，強(qiáng)化施工團(tuán)隊(duì)的合作關(guān)系，使信息交換的實(shí)效性得以提高，降低施工完成后的返修概率。

1 圖書館建筑施工測量系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 微處理器性能優(yōu)化

圖書館建筑施工測量系統(tǒng)沿用當(dāng)前市場上較為成熟的STM32F407ZET6微處理器為主體，保持模塊化設(shè)計，避免多路姿態(tài)通信的矛盾性，該處理器采用Cortex-M4架構(gòu)，優(yōu)化成本及功耗敏感的問題，其32位處理器能夠支持浮點(diǎn)運(yùn)算，高控制性能是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，其芯片具體實(shí)物如圖1所示。

圖 1 STM32F407ZET6微處理芯片

STM32F4系列作為高性能微控制器，其主要參數(shù)如表1所示。

由表1中的數(shù)據(jù)可知，在內(nèi)核中增加自適應(yīng)實(shí)時閃存加速器，能夠使處理能力達(dá)到210MIDPS。選用3.3V的電源供電，當(dāng)電源波動超過既定閾值時，向主控芯片發(fā)送信號，自動產(chǎn)生復(fù)位信號使程序復(fù)位[5-7]。

表1 STM32F407ZET6主要參數(shù)

1.2 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展

由于圖書館建筑施工測量系統(tǒng)的特性，其運(yùn)行過程中會存在大量的信息數(shù)據(jù)傳輸與存儲，這些信息數(shù)據(jù)大多應(yīng)用于建模仿真[8-10]。上述所選用的STM32F407ZET6微處理器僅有1M內(nèi)部FLASH，無法滿足系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的存儲需求，為此需要外接存儲器，將信息數(shù)據(jù)獨(dú)立保存，以保障數(shù)據(jù)安全，圖2為FLASH存儲器的電路設(shè)計原理。

由圖2可知，數(shù)據(jù)存儲芯片與微處理器通過FSMC相連接傳輸建筑施工的測量數(shù)據(jù)，圖中所示的引腳類型及功能作用如表2所示。

圖2 FLASH存儲器電路設(shè)計原理圖

至此完成圖書館建筑施工測量系統(tǒng)的硬件部分優(yōu)化，并在該硬件構(gòu)造的支持下，利用BIM技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)的軟件部分。

表2 引腳說明

2 基于BIM技術(shù)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 施工測量模型建立

通常情況下，一個建筑項(xiàng)目的相關(guān)設(shè)計圖紙至少有幾百甚至成千上萬張，所包含的信息量巨大，將設(shè)計出的二維圖紙成果在三維空間中展現(xiàn)時，會不可避免地出現(xiàn)碰撞交叉，且施工現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜，圖書館建筑作為一次性產(chǎn)品，必須在保證施工安全的基礎(chǔ)上在規(guī)定的期限內(nèi)完成建設(shè)[11-13]。為此需要利用BIM技術(shù)科學(xué)分配施工作業(yè)，控制施工進(jìn)度，校正偏離部分，建立4D可視化的進(jìn)度模型，實(shí)時監(jiān)測圖書館建筑的施工情況[14]。參照表3中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整施工進(jìn)度，確保施工質(zhì)量。

表3 已經(jīng)發(fā)布實(shí)施的BIM標(biāo)準(zhǔn)

在滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的前提下，按照具體的施工情況，添加構(gòu)件并消除建模過程中模型各構(gòu)件之間的無用連接，僅保留圖書館建筑的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。

2.2 測量方案選取

采用BIM數(shù)據(jù)庫，保證傳輸過程中數(shù)據(jù)的安全性與完整性，在案例庫中檢所相似案例，借助其施工測量操作情況，搭建工程框架（表4）。

表4 工程框架

參考文獻(xiàn)[15]中的研究成果，采用海明距離法，得到其加權(quán)距離計算式：

由上述計算能夠得知，相似度距離越大，則圖書館工程與歷史工程的施工相似程度越大，利用這一特點(diǎn)，完成各級工程的點(diǎn)位測量，至此實(shí)現(xiàn)了基于BIM技術(shù)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)設(shè)計，為測試所設(shè)計系統(tǒng)的性能，提出如下對照實(shí)驗(yàn)。

3 系統(tǒng)性能測試

由于施工場地情況較為復(fù)雜，不適合系統(tǒng)性能的測試實(shí)驗(yàn)，為此利用計算機(jī)程序模擬施工情況，對已知長度的某線段測量，并將測量結(jié)果與其他兩種常規(guī)系統(tǒng)的測量結(jié)果相比較。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)，分別采集3組數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將所采集到的各點(diǎn)數(shù)據(jù)間的距離，利用MATLAB的GUI功能，以球面弧長近似弦長算法為核心編制如圖3所示的經(jīng)緯度距離計算器。

圖3 距離計算器操作界面

根據(jù)上述操作能夠直觀地得出每段距離中各標(biāo)記點(diǎn)上，采集到的定位數(shù)據(jù)分布情況，將得到的結(jié)果利用MATLAB呈現(xiàn)出來，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)位置分布

利用所設(shè)計測量系統(tǒng)與另兩種常規(guī)系統(tǒng)，針對上述3組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并取3組數(shù)據(jù)的平均誤差值，將所設(shè)計系統(tǒng)設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，常規(guī)測量系統(tǒng)為對照組，具體對照情況如圖5所示。

圖5 測試結(jié)果對比

上述誤差分布圖當(dāng)中，展示了不同測試系統(tǒng)所得到的結(jié)果誤差分布情況，從測量學(xué)的角度對實(shí)驗(yàn)所得到的誤差值進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)組誤差在7.5mm以內(nèi)，而對照組1和對照組2的結(jié)果誤差均在9mm以內(nèi)，說明實(shí)驗(yàn)組誤差比對照組1和對照組2的結(jié)果誤差小。

4 結(jié)束語

由于傳統(tǒng)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)存在測量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果誤差較大的問題，本文設(shè)計基于BIM技術(shù)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)。通過微處理器性能優(yōu)化和數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展設(shè)計系統(tǒng)硬件，在此基礎(chǔ)上，采用BIM技術(shù)，建立4D可視化的進(jìn)度模型，分析歷史工程案例，計算局部相似度，結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的測量方案，完成圖書館建筑施工，從而實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的圖書館建筑施工測量系統(tǒng)設(shè)計。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助測量系統(tǒng)剔除無效測量值，提高測量精度。

[1] 沈洋，林石兵，柯元英. 測繪地理信息業(yè)務(wù)檔案信息化管理建設(shè)淺析[J]. 測繪與空間地理信息，2020, 43(04): 163-165, 169.

[2] 劉振. 高層建筑工程施工測量關(guān)鍵技術(shù)[J]. 山西建筑，2020, 46(08): 151-152.

[3] 吳迪軍. 山區(qū)高速公路施工控制測量技術(shù)研究[J]. 工程勘察，2020, 48(04): 62-66.

[4] 劉尚國，于勝文，劉國林. 測繪工程專業(yè)“不動產(chǎn)測量”課程建設(shè)的探討[J]. 測繪工程，2020, 29(02): 72-75.

[5] 張賢龍，張晶，丁慶松. 高層建筑土建施工關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 低碳世界，2020, 10(01): 131-132.

[6] 于明旭，林樂勝，楊寧，等. 基于《悉尼協(xié)議》的課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計——以建筑工程施工測量課程為例[J]. 遼寧高職學(xué)報，2020, 22(01): 62-67.

[7] 謝桂娟. 無人機(jī)測量技術(shù)在建筑工程測量教學(xué)中的應(yīng)用分析[J]. 山西建筑，2020, 46(02): 183-184.

[8] 王斌. 虛擬現(xiàn)實(shí)下建筑施工進(jìn)程的BIM系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2020, 43(10): 160-162.

[9] 焦俊娟，張勝良，陸靜文. 北京第一高樓精密施工測量關(guān)鍵技術(shù)[J]. 北京測繪，2019, 33(12): 1438-1442.

[10] 李曉娟，周宗用. 逆作法施工技術(shù)在高層建筑施工中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)開發(fā)，2019, 46(23): 58-59.

[11] 王秀春. 現(xiàn)代建筑施工中工程測量技術(shù)的應(yīng)用研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019, 16(33): 40-41.

[12] 王志偉，劉云非，周海濤，等. 超危高支模施工全過程架體安全監(jiān)測技術(shù)[J]. 施工技術(shù)，2019, 48(20): 5962.

[13] 李根，代廣偉. 超高層建筑核心筒樓板后施工測量定位技術(shù)研究[J]. 建筑技術(shù)，2019, 50(09): 1151-1152.

[14] 路敬偉，萬瑞. 超高層建筑結(jié)構(gòu)施工測量控制方法[J]. 中國港灣建設(shè)，2019, 39(07): 4347, 82.

[15] 劉桂磊. 現(xiàn)代測繪技術(shù)在城市建筑竣工測量中的應(yīng)用[J]. 四川建材，2019, 45(08): 85-86.

Design of library construction measurement system based on BIM technology

GAO Xiu-juan

(School of Civil and Environmental Engineering, Anhui Xinhua University, Hefei 230088, China)

Because the conventional library construction measurement system does not completely eliminate invalid measurement values, there is a large error between the measurement results and the actual values. Therefore, a library construction measurement system design based on BIM technology is proposed. Select STM32F407ZET6 microprocessor, add an adaptive real-time flash memory accelerator to the core, external data memory, independent storage of information and data, use FSMC to connect the data storage chip and microprocessor; use BIM technology to establish a 4D visualized progress model and analyze history engineering case, calculate the partial similarity, combine the actual situation, select the appropriate measurement plan, complete the library construction, and realize the library construction measurement system design based on BIM technology. A simulation control experiment is proposed to use computer programs to simulate the system operation of the library building construction site. The measurement results of the designed system are compared with two conventional systems to test the performance of the system. The test result data shows that the measured value of the designed system is the error between the actual values is significantly reduced, that is, the invalid measurement value is eliminated better.

BIM technology；construction；measurement；microprocessor；data storage

2020-12-14

安徽新華學(xué)院校級自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目“BIM技術(shù)在安徽新華學(xué)院圖書館項(xiàng)目中的應(yīng)用”（2019zr009）

高秀娟（1983-），女，吉林農(nóng)安人，講師，碩士，主要從事BIM應(yīng)用、工程圖學(xué)、工程測量研究，gaoxueer1205@163.com。

TU198;TP274.2

A

1007-984X(2021)04-0071-05