跨平臺地鐵施工信息安全監測系統設計與開發

朱蕾 朱華斌

摘要：在傳統的地鐵施工過程中，大量的監測數據、構件信息等通常采用獨立的紙質文本或電子表格，這種方式明顯的不足是數據不直觀、查詢慢、追蹤難，也無法提前預警，難以發揮監測數據的作用。該文基于BIM模型、數據庫技術以及靈活的軟件開發技術，基于桌面系統、互聯網系統及移動系統開發的地鐵施工監測系統，將不同的構件信息、施工監測數據統一地保存在數據庫中，并與BIM模型相關聯，在跨平臺的不同系統中，可方便地在可視化環境中根據模型查看相關的施工信息，通過監測數據的可視化表現對數據進行有效的分析和預警。

關鍵詞：地鐵；施工監測；建筑信息模型；數據庫

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：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

工程監測是指在建構筑物施工過程中，采用監測儀器對關鍵部位各項控制指標進行監測的技術手段，在監測值接近控制值時發出報警，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測主要包括[2]：支護結構、相關自然環境、施工工況、地下水狀況、基坑底部及周圍土體、周圍建（構）筑物、周圍地下管線及地下設施、周圍重要的道路、其他應監測的對象。

目前，各種施工信息與監測數據通常以獨立的Excel文件記錄，數據表現不直觀，與監測對象、監測位置分離，難以發揮監測數據的作用。

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測數據快速錄入，通過數據庫記錄和查詢。將各種數據與模型關聯，可以充分發揮數據的作用[3-4]，也可以實現施工數據的數字化歸檔。

基于同一套模型與數據庫，采用不同的開發方式，開發基于Revit、Web瀏覽器和移動系統的施工監控系統，可使工程相關的管理人員、施工監測人員和建模人員等在施工過程中方便直觀地分析監測數據的趨勢，并及時發現存在隱患的構件及其位置[5-6]。

1 系統架構設計

在跨平臺的監測系統中，使用相同的數據庫，均從傳感器讀入到數據庫中，并通過跨平臺的不同UI界面進行展示。

本軟件的功能主要有：傳感器數據讀取、數據庫存儲與查詢、施工顯示與監測信息查詢與展示這三部分。數據的傳輸過程如圖1所示：

本軟件將傳統方式中存儲于電子表格中的施工信息與監測數據信息存儲到數據庫中，如地墻的成槽時間、驗收時間等；中板的鋼筋綁扎時間、抗壓強度、坍落度等，以及站體周圍監測點的監測信息數據，在監測系統中以折線圖表現數據變化趨勢。同時，能夠對超過安全閥值的數據進行及時的監控、預警及模型高亮顯示等。

系統架構如圖2所示。

2 數據庫設計

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

服務器數據庫和本地數據庫的表設計是相同的，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，如數據表描述、符號等信息。

KeyTable存儲的是BIM模型中各構件的屬性名稱信息。

GroupTable存儲的是各構件屬性信息的分組信息。

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

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。

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

通過這6個表的設計，用戶能夠靈活定義不同的屬性，并顯示不同類型的監測數據。原先存儲于如圖4所示的電子表格中的構件屬性，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，對不同類型的監測數據，統一數據記錄格式后，分別將類型信息和檢測值信息存儲于BaseTable和DrawDataTable中，可使系統方便地應對不同監測數據的導入和顯示，可使系統支持不同的監測數據。

3 軟件交互設計

本監測系統的跨平臺主要體現在用戶可以通過Revit平臺、Web瀏覽器、手機對同一套模型和監測數據進行瀏覽和分析。

3.1 Revit平臺下的交互

基于Revit平臺二次開發的施工監測軟件主界面如圖5所示。

通過電子表格導入屬性數據和從傳感器讀入監測數據后，可方便地使用軟件的兩項主要功能，構件信息展示和監測信息展示。

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

監測信息功能可通過折線圖方式展示制定時間段內的監測值，使用戶能夠直觀地查看監測值的變化，用戶可在軟件中設定不同類型監測值的不同閾值，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，軟件進行了特殊設計，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的測斜值變化進行分析，系統提供了如圖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聯性進行比較分析。

3.2 Web平臺下的交互

對BIM三維幾何模型進行輕量化后，可在瀏覽器中進行三維展示。監測系統中施工信息查詢和監測數據分析界面分別如圖9和圖10所示。

3.3 移動平臺下的交互

由于移動設備內存、屏幕等限制，本系統移動端主要提供輕量化模型瀏覽和監測數據顯示和統計等核心功能，使用戶第一時間獲得關鍵信息。該功能在移動端的界面如圖11和圖12所示。

4 結論

現有的BIM軟件中，更偏向于設計階段的相關應用，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據集成整理歸納，指導，警示的作用，從而實實在在提高建設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測軟件通過BIM軟件和數據庫將構件屬性與幾何模型有機的關聯起來，通過不同的平臺，使用戶能夠在瀏覽模型時查看構件屬性，對于施工過程中的通過各種傳感器采集的不同類型的監測數據，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據分析和過程記錄、歸檔等方面均可起到積極的作用。

參考文獻：

[1] 胡榮明，楊成斌，陳曉娣，等.地鐵施工監測預警系統研究與應用[J].城市軌道交通研究，2013（9）：157-160.

[2] 金超.城市地鐵施工監測系統的探討[J].建筑與裝飾，2017（12）：196-198.

[3] 劉子朋，張曉東，丁義南，等.基于Revit開發創建自定義插件[J].智能建筑與智慧城市，2018（3）：73-77，96.

[4] 余雯婷，李希勝.基于BIM技術的建筑設施管理信息提取與應用[J].土木工程與管理學報，2016（5）：85-89

[5] 郝瑩.輕量化BIM應用打造數字化建造的嶄新未來--訪廣聯達軟件股份有限公司副總裁、BIM中心總經理汪少山[J].中國勘察設計，2015（10）：46-51.

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

【通聯編輯：梁書】