基于BIM的基坑施工任務監管云平臺

楊國平 劉志剛

(北京理正軟件股份有限公司,北京 100044)

基于BIM的基坑施工任務監管云平臺

楊國平 劉志剛

(北京理正軟件股份有限公司,北京 100044)

基于BIM、公有云和移動互聯網，構建了一個基坑支護施工現場任務監管云平臺：1) 讀入基坑設計模型，經過組織整理與設計深化，創建完成基坑施工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任務；3)施工工長可通過手機APP接受任務，查看設計資料，實時上傳施工現場的各種數據、照片、視頻等信息； 4)監管人員可通過云平臺對施工現場進行實時監管。

基坑施工； BIM； 實時監管； 云平臺； 移動客戶端

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.08

1 引言

深基坑工程在建筑工程中屬于事故高發項目，風險較大，各地對基坑工程的安全監管也十分重視，如規定支護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管平臺”進行管理等措施，但基坑工程事故仍然不時發生。這些事故發生的主要原因，是工程建設各方主體責任單位不嚴格執行規范、規程及相關管理文件，不認真履行質量安全責任，沒有對深基坑工程從勘察設計到基坑回填的全過程每一環節進行有效的監管，信息采集手段落后，信息不對稱，隱患問題發現滯后，處置不及時造成的。

現今科學技術與施工技術不斷進步，BIM、互聯網、公有云、移動客戶端等技術蓬勃發展，已經在建筑工程中發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確性，可以實現實時監管，但在基坑工程中的應用還不多見。利用BIM技術可做到直觀準確，利用移動互聯技術可做到信息實時采集，利用系統間數據集成技術可實時抓取施工監測關鍵數據并進行預警，利用公有云技術可大幅降低系統架構成本，讓更多基坑項目獲益。

目前施工階段的BIM應用，基本上停留在對施工“事前的模擬與指導”基礎上，很少能見到在施工過程中BIM的深入應用。理正公司利用自身在“BIM+MIS+移動互聯+云平臺”幾方面優勢，搭建了“基于BIM的基坑施工任務監管云平臺”，將BIM與施工過程結合起來，使BIM在施工過程中得以發揮巨大作用，實現了施工BIM由“靜態應用”到“動態應用”的飛躍。以下將對理正施工監管云平臺進行簡單介紹。

2 系統工作原理

理正施工監管云平臺由云服務器、施工模型加工客戶端、施工任務分配與監管客戶端、工長任務接收與信息采集APP、基坑監測系統接口等五部分組成。其中模型加工客戶端為C/S軟件，任務分配客戶端為B/S軟件，工長APP為移動端軟件，基坑監測接口為后臺定時自動抓取數據的服務。因此本系統采用的技術架構是較為復雜的，構建此系統需要綜合采用多種研發技術，如圖1所示。

本系統所采用的關鍵技術包括BIM建模與展示技術、移動互聯APP技術、公有云平臺技術和管理信息系統集成技術。系統使用角色主要有項目部技術人員、項目部管理人員、施工工長、建設企業領導和業主等。施工監管云平臺的工作原理如圖2所示，基于此系統工作的典型步驟如下：

圖1 系統架構

圖2 系統工作原理

1)項目部：讀入設計模型，進行施工模型建模；

2)項目部：施工模型上傳；

3)項目部：基坑施工任務策劃、上載施工資料；

4)工長：手機APP接受任務，查詢資料，上傳現場施工信息；

5)項目部：實時查詢施工進度與現場資料；

6)業主、建企領導：綜合查詢與監管。

3 基坑施工BIM模型創建

基坑施工BIM模型包含支護樁、內支撐、立柱、連續墻、土釘、錨桿、土方、降水等多種分項模型。創建有兩種方法：其一，可通過讀入P-BIM[1]標準數據創建，這種方法非常簡單方便； 其二，如果得不到P-BIM數據，也可利用設計階段的Revit成果，將幾何造型讀入后，再通過手工對構件所屬施工分部分項類別進行組織、整理，對構件屬性進行補充設置(如代碼、名稱等)，最終形成施工模型。

3.1 讀入基坑P-BIM標準數據創建模型

中國BIM發展聯盟主導的協會標準《建筑基坑設計P-BIM軟件功能與信息交換標準》已經進入報批階段，理正公司研發的標準配套軟件已實現設計數據庫(mdb格式)的直接導出[2]。本系統可以直接讀入“理正基坑”輸出的P-BIM標準數據，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，只需點擊功能按鈕，選擇設計軟件輸出的mdb數據庫，施工模型就可在瞬間建立完畢，包括幾何形體與構件的屬性數據，甚至于分部分項信息也可自動建立。圖3為讀入P-BIM標準數據形成的初步施工模型。

圖3 讀入P-BIM基坑模型

3.2 利用設計階段Revit成果創建模型

目前，設計階段采用BIM技術已經相對普遍，重要程度稍高的項目，為了完成高質量的設計協同工作，一般都有利用Revit軟件完成的基坑工程設計模型(rvt格式)。這種設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。本系統可以直接讀入Revit設計模型，直接利用其幾何體與屬性，再對分部分項進行分類加工，對構件屬性進行補充設置，即可應用于后續的云平臺施工監管中。模型加工界面及讀入后的Revit模型如圖4所示。

3.3 模型深化設計

設計模型一般都需經過深化設計工作，才能達到施工模型的深度。基坑深化設計的內容較多，僅以灌注樁深化設計為例。灌注樁深化設計包括：鋼筋籠深化設計、設計要求參數設置、施工要求參數設置三部分，如圖5所示。

圖4 模型加工界面及讀入Revit基坑模型

圖5 灌注樁深化設計

3.4基坑施工進度模擬

在模型上傳到云端之前，本系統還提供了基坑施工進度模擬功能。對模型中各分部分項設置計劃開工與完成時間后，即可進行施工進度模擬。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件的某道施工工序。施工模擬的過程可進行視頻錄制，方便在脫離本系統的情況下進行演示。施工進度模擬界面如圖6所示。

圖6 基坑施工進度模擬

3.5 模型上傳云端

施工BIM模型構建成功后，即可上傳到云端，系統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行施工任務的下達。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

4 基坑施工任務下達

施工管理人員登錄監管云平臺后，可在系統中按照BIM模型分部分項的劃分，進行施工任務的下達。下達施工任務包括以下兩個步驟。

4.1 施工任務策劃

包括新建施工任務、分部分項或構件選擇、施工隊指定等，相對于傳統的施工任務管理系統，由于是基于BIM模型進行管理，有三維構件展示，任務分配更加直觀明了，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，設計圖紙，地勘資料，項目施工要求等； 另一種為任務級別的施工資料，例如對某根灌注樁的深化設計圖紙，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APP隨時隨地直接查看，這樣就可做到施工資料有序分發與查看，不但減少了溝通工作量，而且比電子郵件或紙質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 基坑施工工長APP

5.1 接受施工任務

工長通過手機APP登錄云平臺后，自動接受分配給他的施工任務。以灌注樁施工任務為例，進入某一具體任務后，軟件列出了在本任務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。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

5.2 查看任務資料

管理人員上傳施工資料后，工長通過手機APP，即可實時查看這些資料。這些資料均可在聯網時進行下載，自動緩存到手機中，即使在斷網的環境中，仍可進行瀏覽閱讀，具體界面如圖11。

圖11 查看施工資料

5.3 提交現場施工信息

現場施工信息包括施工參數、施工人員照片以及現場施工照片等。這些信息均可在斷網離線時進行錄入或拍照，網絡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的GPS坐標，杜絕造假情況的發生。APP的界面如圖12所示。

圖12 現場施工信息提交

5.4 設置任務完成狀態

如果已完成施工，并將現場信息錄入后，工長可點擊任務完成按鈕，設置云端的任務完成狀態。這時管理人員即可通過管理程序，實時查看任務完成狀態。具體界面如圖13所示。

圖13 設置任務完成狀態

6 基坑施工實時監管

6.1 現場進度查看

施工管理人員在任何時間與地點，均可通過瀏覽器上的任務監管界面實時查看某一具體任務基本信息與實時完成狀態。如圖14所示。

圖14 列表方式查看任務完成狀態

也可在三維場景中查看實時完成狀態，不同的完成狀態采用不同的顏色顯示，非常直觀，具體界面如圖15所示。

圖15 三維方式查看任務完成狀態

6.2 施工現場實時信息查看

由手機APP實時上傳的施工現場參數、施工人員照片、現場照片等信息，施工管理人員均可及時查看。由于采用了移動互聯網技術，所得到的施工信息實時且真實準確，因此十分便于快速發現施工中的問題，及時糾正以便減少損失。具體操作界面圖16所示。

6.3 基坑位移監測預警

由于本系統與基坑監測系統進行了接口，因此可得到位移等監測的實時數據。通過對每個監測點設置位移上下限，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測結果，對超限的情況用醒目的顏色進行預警，也可設置發生通知短信。位移監測預警界面如圖17所示。

圖16 查看現場施工信息

圖17 基坑位移監測預警

圖18 房屋建筑與地鐵基坑測試模型

7 系統實施中的一些問題

系統開發完成后，共進行了三個基坑支護工程的測試驗證，包括一個地鐵基坑支護結構工程、兩個房屋建筑基坑支護工程，如圖18所示。經測試，三個工程均能達到預定的功能要求，能夠體現BIM與移動互聯網結合帶來的好處。但實施過程中也發現了一些問題，對未來系統的大規模推廣應用影響較大，包括BIM模型在線變更問題，以及與現場基坑監測數據采集系統的接口問題。

7.1 基坑BIM模型的在線變更問題

在整個施工過程中，受現場未定因素的干擾，預定實施計劃被反復調整是不可避免的，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構件的拆分，例如將原屬于一個施工班組任務的一片地下連續墻一分為二，分別安排給兩個施工班組進行施工，這時就需要系統具備必要的在線三維模型剖切功能； 其二是BIM構件的添加，例如經現場施工發現事先未預料的地質問題，需要變更增加錨桿，這時就需要能夠在線新增或在線導入錨桿模型。但目前本系統不具備三維BIM模型的在線編輯功能，只能在線下修改BIM模型后，對模型進行重新上載，對原模型的三維幾何體進行覆蓋，同時保留構件編碼與施工任務的現場采集信息。由于前后兩次上載時，模型構件的編碼并未發生變化，因此不會丟失施工過程中采集到的各種信息，但應用過程不夠簡潔，操作復雜且工作量大。因此，未來系統應增加在線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、導入、刪除等功能。

7.2 與現場基坑監測數據采集系統的接口問題

經過調研發現，目前市場上基坑施工監測數據采集技術較為龐雜，儀器廠商與監測單位各有各的數據采集管理系統，也有單位尚未建立監測采集管理系統。因此，本系統需要與不同的數據采集系統進行對接，勢必造成實施工作量與成本的大幅增加，無法達到大量推廣的目的。為此，我們制訂了《理正基坑監測類型編碼標準》和《理正基坑監測數據上載XML標準格式》，并提供了一組配套的WebAPI供監測廠商調用，向本系統定時推送監測數據。這樣，本系統就具備了與不同監測廠商數據采集系統進行在線連接的能力，為大規模實施做好了準備。目前，本系統已經完成了與智博聯數據采集管理系統的在線對接。

8 總結

采用BIM、移動互聯網、公有云、MIS等新技術搭建的基坑施工監管云平臺，能夠達到模型直觀展示、任務有序下達、信息實時采集、問題及時發現的效果，并且實現了靜態BIM應用到動態BIM應用的提升； BIM技術與移動終端、MIS、云技術的結合大有可為； BIM技術在施工中的應用值得大力探索。

[1]黃強. 論BIM[M].北京：中國建筑工業出版社， 2016.

[2]楊國平，馮金志，崔年治.理正勘察設計階段P-BIM應用系統研究[J].中國勘察設計， 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，工學博士，教授級高工，副院長，主要從事土木工程CAD、協同與BIM等軟件研發; 劉志剛(1972-)，男，工程師，技術總監，主要從事協同設計、BIM等軟件研發與實施。

TU443；TU17

A

1674-7461(2016)06-0044-07