基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)

王文琦

(常州市武進水利工程有限公司，江蘇 常州 213000)

0 引 言

水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)是實現(xiàn)水利工程項目現(xiàn)代化管理的先進管理模式[1]。通過建立局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)信息的及時交換和數(shù)據(jù)的共享。它是一種以“項目法施工”為基礎(chǔ)的管理模式，由人、計算機、網(wǎng)絡(luò)等組成，是對進度、質(zhì)量、材料等管理內(nèi)容進行信息收集、處理、存儲和傳遞的信息管理系統(tǒng)。水利工程項目管理是一項復雜而艱巨的系統(tǒng)工程，它包括進度、質(zhì)量、人員、合同、材料、機械、財務(wù)、文件等諸多方面[2]。由于各方溝通協(xié)調(diào)困難，傳統(tǒng)的項目管理無法發(fā)揮潛在的作用。計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用大大提高了信息通信和數(shù)據(jù)采集的效率，它能有序地組織大量的雜信息，使管理更加嚴謹、量化、系統(tǒng)化[3]。

焦圣明等[4]為了解決在傳統(tǒng)模式中當使用二維GIS系統(tǒng)后，不能很好地滿足氣象多元化環(huán)境和在交通氣象信息服務(wù)中氣象服務(wù)產(chǎn)品的性能不好等問題，特地設(shè)計了交通氣象信息共享系統(tǒng)，是建立在三維地理信息系統(tǒng)world wind基礎(chǔ)上的。通過GeoServer構(gòu)建了WMS地圖服務(wù)，并通過sketchu P建模工具建立了主要數(shù)據(jù)的模型結(jié)構(gòu)，并對系統(tǒng)的功能模塊和體系結(jié)構(gòu)進行了分析。在這基礎(chǔ)上建立交通氣象信息共享系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的整體結(jié)構(gòu)，讓其通過二級緩存的數(shù)據(jù)訪問機制，來對氣象等因素反復演算，而且還集成交通氣象信息，并對共享產(chǎn)品進行綜合運用，從而得到了信息共享的案例，這樣正好說明了系統(tǒng)的三維效果好，實用性強。馬渝勇等[5]對于省級氣象業(yè)務(wù)提出了一套服務(wù)模式，該模式是建立在氣象信息管理和共享服務(wù)的基礎(chǔ)上的，是對大量的氣象信息進行的系統(tǒng)管理，通過該項服務(wù)，能提供氣象信息定位、要素級數(shù)據(jù)服務(wù)和檢索等功能。通過面向消息中間件技術(shù)，該系統(tǒng)能很好地提供氣象信息的管理，實現(xiàn)信息的共享，通過二次開發(fā)來提供可靠的接口，這樣不但讓數(shù)據(jù)庫更加安全，訪問效率更高，而且通過訪問各種開發(fā)環(huán)境，對數(shù)據(jù)庫實行編程管理等來形成氣象信息服務(wù)的共享模式，在建立省級氣象信息共享服務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，讓其得到很好的應(yīng)用來支持省級業(yè)務(wù)。

基于以上研究背景，本文將BIM技術(shù)應(yīng)用到水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)設(shè)計中，從而提高水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)的性能。

1 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)實現(xiàn)了對各類水利工程建設(shè)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一管理，同時根據(jù)用戶角色和權(quán)限控制要求，實現(xiàn)了水利工程建設(shè)數(shù)據(jù)信息的審核和發(fā)布，提供水利工程建設(shè)數(shù)據(jù)信息共享和量化評分服務(wù)[6]。同時，為了方便用戶使用，系統(tǒng)運行在校園網(wǎng)環(huán)境下。因此，系統(tǒng)可分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、邏輯層和應(yīng)用層。水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)架構(gòu)圖

基礎(chǔ)層：為水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)條件、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和存儲設(shè)施。

數(shù)據(jù)層：依托關(guān)系數(shù)據(jù)庫和存儲系統(tǒng)，數(shù)據(jù)信息涵蓋研究論文、知識項目、知識產(chǎn)權(quán)、科研成果、標準規(guī)范、技術(shù)報告、示范報告、榮譽獎等，提出了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化文件相結(jié)合的數(shù)據(jù)存儲方式[7]。

邏輯層：為數(shù)據(jù)提交、審核、發(fā)布提供基本的業(yè)務(wù)流程支持，維護評分規(guī)則體系和按量化考核標準自動評分，配合統(tǒng)一用戶管理等協(xié)同用戶信息，維護水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)內(nèi)部角色和權(quán)限配置。

應(yīng)用層：根據(jù)發(fā)布的有效數(shù)據(jù)信息，為用戶提供數(shù)據(jù)檢索和共享服務(wù)，并結(jié)合量化評分規(guī)則提供自動評分服務(wù)。

1.2 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)是水利工程企業(yè)內(nèi)部施工信息共享的渠道[8]。根據(jù)水利企業(yè)的具體業(yè)務(wù)需求，可以設(shè)計具有分布式特點的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，見圖2，簡要反映了系統(tǒng)在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)。

圖2 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

從圖2的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖中可以看出，基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由以下3個部分組成。

1) 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)的用戶。用戶可以通過向水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)的服務(wù)器發(fā)送http請求，從而達到使用的目的，在圖2中表現(xiàn)為計算機。

2) 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)服務(wù)器。信息共享系統(tǒng)的服務(wù)器全部都由水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)的服務(wù)器來完成，將一些軟件程序部署在服務(wù)器中[9]，水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)服務(wù)器可以存放用戶的基本信息以及用戶在系統(tǒng)中發(fā)布或訂閱的主題持久數(shù)據(jù)。

3) 開啟Active MQ服務(wù)的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)服務(wù)器。水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)服務(wù)器中采用Active MQ框架來實現(xiàn)服務(wù)器與服務(wù)器之間的信息傳輸功能，因此需要配置共享程序中的Active MQ 服務(wù)來開啟地址信息。在圖2中，采用已經(jīng)開啟部署Active MQ 服務(wù)的服務(wù)器進行表示。

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

綜合系統(tǒng)的總體架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)的功能設(shè)計部分包括施工信息管理、水利工程項目的量化評分管理以及基礎(chǔ)功能管理等[10]，具體功能見圖3。

圖3 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)功能

1) 施工信息管理。對水利工程項目施工信息的報送、審批、發(fā)布等業(yè)務(wù)流程進行統(tǒng)一管理和控制，實現(xiàn)對科研論文、知識項目、知識產(chǎn)權(quán)、科研成果、標準規(guī)范、技術(shù)報告、示范報告和榮譽獎的統(tǒng)一管理[4]。

2) 水利工程項目的量化評分管理。根據(jù)職稱和技術(shù)職務(wù)評審的要求，維護量化評分規(guī)則，并根據(jù)規(guī)則自動計算得分，并下載相應(yīng)的輔助材料附件。

3) 基礎(chǔ)功能管理。對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行管理，維護系統(tǒng)正常運行，與權(quán)限管理、組織管理、角色管理等有關(guān)。

通過分析水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)各個模塊的功能，設(shè)計了水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)架構(gòu)；根據(jù)水利工程項目的業(yè)務(wù)要求，設(shè)計了水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；結(jié)合系統(tǒng)功能設(shè)計，實現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。

2 水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 確認水利工程項目施工信息的空間點坐標

BIM技術(shù)的核心就是確定施工坐標點的位置[11]，在水利工程項目施工的三維空間中，已知待估計點的坐標x和y，z坐標待確認。假設(shè)x1,x2,…,xn表示n個施工坐標點空間位置中的x、y坐標，Zi=Z(xi)，i=1,2,…,n表示水利工程項目施工i點空間位置中的z坐標測量值，因此，存在：

(1)

(2)

(3)

根據(jù)目標函數(shù)的建立，得到如下方程組：

(4)

(5)

基于計算的估計值，將式(4)的方程組改寫為：

(6)

在水利工程項目施工的三維空間中，估計了施工點的縱向坐標，通過確認施工點的權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建了目標函數(shù)，確認了水利工程項目施工信息的空間點坐標。

2.2 水利工程項目施工信息共享的實現(xiàn)

基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)通過統(tǒng)一收集和管理水利工程項目施工信息，結(jié)合BIM的技術(shù)要求，實現(xiàn)水利工程項目施工信息和量化評分。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理是由定量評估的需求驅(qū)動的。在分析水利工程項目施工信息時，要充分覆蓋職稱、技術(shù)職務(wù)評審過程中的指標[13]。為了保證量化評分的正常開展，系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)提交各種施工信息，結(jié)合相應(yīng)的審核流程，根據(jù)要求提交有效的證明材料，納入符合要求的數(shù)據(jù)項中，作為定量評分的有效數(shù)據(jù)，成為水利工程項目施工信息的有效共享和發(fā)布。水利工程項目施工信息共享流程見圖4。

圖4 水利工程項目施工信息共享流程圖

根據(jù)圖4的共享流程，水利工程項目施工信息在提交之后，需要根據(jù)施工類別的不同，開始進入水利工程項目施工的審批、提交或發(fā)布證明材料，形成一個施工信息中心，用戶可以根據(jù)權(quán)限設(shè)定檢索共享相應(yīng)的施工信息，與此同時還要配置量化評分規(guī)則，用戶可以直接查看分值并下載相關(guān)的施工信息附件[14]。

在確認水利工程項目施工信息的空間點坐標基礎(chǔ)上，設(shè)計了水利工程項目施工信息共享流程，完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計，實現(xiàn)了水利工程項目施工信息的共享。

3 系統(tǒng)測試分析

為了驗證基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)性能，采用Simulation軟件進行試驗驗證分析。引入文獻[4]的信息共享系統(tǒng)和文獻[5]的信息共享系統(tǒng)作為對比對象，測試了水利工程項目施工信息的噪聲含量，結(jié)果見圖5。

圖5 水利工程項目施工信息的噪聲含量測試結(jié)果

從圖5的結(jié)果可以看出，采用基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)，共享的水利工程項目施工信息是噪聲含量最少的，說明該系統(tǒng)可以有效保證水利工程項目施工信息的質(zhì)量，避免水利工程項目施工信息出現(xiàn)亂碼和失真的問題，提高了水利工程項目施工信息的共享性能。

為了實現(xiàn)水利工程項目施工信息共享的實時性，實驗測試了水利工程項目施工信息的共享時間，3個系統(tǒng)的水利工程項目施工信息共享時間對比結(jié)果見圖6。

圖6 水利工程項目施工信息共享時間對比結(jié)果

從圖6的結(jié)果可以看出，隨著水利工程項目施工信息越來越多，水利工程項目施工信息的共享時間越來越長，基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)所用的時間是最短的，原因是該系統(tǒng)通過引入BIM技術(shù)，降低了水利工程項目施工信息的復雜度；文獻[4]的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)的共享時間是最長的，說明基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)可以加快水利工程項目施工信息的共享速度，保證了水利工程項目施工信息共享的實時性。

4 結(jié) 語

本文提出了基于BIM的水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)，在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過水利工程項目施工信息共享系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，實現(xiàn)了水利工程項目施工信息的共享。測試結(jié)果顯示，該共享系統(tǒng)具有更高的性能。