基于BIM的紫之隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

儲偉偉， 儲雪松， 高立強(qiáng)， 吳 鋒

(杭州市城市建設(shè)科學(xué)研究院， 浙江 杭州 310003)

0 引言

目前，BIM技術(shù)是土木工程領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一，越來越多的隧道工程在設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)用了BIM技術(shù)[1-4]。近年來，在隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)的開發(fā)上，也逐步引入了BIM技術(shù)，以提高隧道運(yùn)維管理信息化、數(shù)字化、智能化的程度。胡珉等[5]在上海大連路隧道工程中，基于BIM建立了隧道可視化智能決策系統(tǒng)； 何擁軍等[6]在上海延安東路隧道工程中，通過BIM實(shí)現(xiàn)了對隧道結(jié)構(gòu)及設(shè)備的在線自動監(jiān)測和綜合控制管理； 黃廷等[7]將BIM技術(shù)引入浙江省41省道嶺下隧道工程的運(yùn)維管理中，開發(fā)了可視化的公路隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)。

綜合調(diào)研結(jié)果可知，國內(nèi)BIM 技術(shù)在運(yùn)維階段的應(yīng)用總體還處于初級階段，尚未成熟應(yīng)用和全面推廣。以上研究成果均在管理系統(tǒng)中引入了BIM技術(shù)，但三維展示功能均采用unity3D技術(shù)，用戶需要安裝對應(yīng)版本的插件或客戶端，限制了系統(tǒng)跨平臺使用的靈活度。本文利用純Javascript腳本實(shí)現(xiàn)的WebGL技術(shù)來開發(fā)三維展示功能，輕量簡便，無需安裝任何插件或客戶端。此外，對日常養(yǎng)護(hù)中較為重要的人工定檢病害數(shù)據(jù)，雖有研究對其進(jìn)行了電子化錄入，但未結(jié)合BIM模型進(jìn)行三維展示。本文在網(wǎng)頁端實(shí)現(xiàn)了病害照片點(diǎn)在隧道模型中的三維定位和展示，使管理者能快速了解病害的位置和周邊工程結(jié)構(gòu)的情況，為制定合理的養(yǎng)護(hù)維修措施提供幫助。同時，本文還研究了基于Autodesk平臺的多款BIM軟件混合建模技術(shù)，充分利用各軟件的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了隧道工程快速準(zhǔn)確建模。

1 工程概況及建模技術(shù)

1.1 隧道工程概況

杭州市紫之隧道(紫金港路—之江路)工程位于杭州繞城高速與西湖景區(qū)之間，南北走向，南起之江路、之浦路，北至西溪路、紫金港路。紫之隧道是杭州最長的隧道，也是全國最長的城市隧道，全長14 km，建設(shè)規(guī)模為雙向6車道，主線由3座隧道、2座橋涵組成。南、北口采用“分級分流”的交通組織模式，主線雙向4車道進(jìn)出洞，并各設(shè)置1對匝道，匝道為分離式雙向2車道。

紫之隧道工程投資達(dá)40多億，涉及地勘、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、給排水和供配電等多種專業(yè)。隧道途經(jīng)多種級別圍巖，局部下穿河流道路，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，支護(hù)類型繁多。全線共有6個通風(fēng)豎井、10座變電所、200多臺風(fēng)機(jī)、300多臺攝像頭、2 000多臺綜合設(shè)備箱和近萬臺照明燈具，管道線路紛繁交錯，是一個龐大的系統(tǒng)，維護(hù)任務(wù)異常艱巨。

紫之隧道工程的土建結(jié)構(gòu)依舊采用了傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)。在施工期間，第3標(biāo)段施工單位為了對項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工過程進(jìn)行有效管理，委托設(shè)計(jì)院利用Bentley平臺軟件進(jìn)行了BIM應(yīng)用的研究[8]，但僅限于第3標(biāo)段的地質(zhì)和土建結(jié)構(gòu)。本文從整個紫之隧道的運(yùn)維需求出發(fā)，建立了包含結(jié)構(gòu)、照明、通風(fēng)、供配電和給排水等系統(tǒng)在內(nèi)的紫之隧道運(yùn)維模型。

1.2 建模軟件及建模關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)有的3大BIM軟件平臺歐特克(Autodesk)、奔特力(Bently)和達(dá)索(Dassault)，在隧道建模方面都有應(yīng)用案例： Dassault平臺在寶蘭客專石鼓山隧道[1]、上海沿江通道越江隧道[9]、上海楊高路隧道[10]中有應(yīng)用； Bently平臺在杭州紫之隧道第3標(biāo)段[8]中有應(yīng)用； Autodesk平臺在西成客運(yùn)專線清涼山隧道[2]中有應(yīng)用。在綜合考慮便利性、開放性和經(jīng)濟(jì)性等因素后，最終選擇Autodesk平臺，主要使用Civil3D和Revit軟件進(jìn)行紫之隧道的三維建模。

Revit是一款參數(shù)化的建筑圖元軟件，能夠較好地提供建筑業(yè)BIM解決方案，但對于道路和隧道這種線性工程有一定局限性。Revit中三維實(shí)體的創(chuàng)建方法主要是通過拉伸、融合、旋轉(zhuǎn)、放樣、放樣融合5個命令來完成。而隧道工程是帶狀線性工程，隧道中心線是一條三維空間曲線，通過Revit的放樣或者放樣融合命令創(chuàng)建的隧道支護(hù)，在端點(diǎn)處無法符合隧道斷面豎直的工程實(shí)際，導(dǎo)致隧道段拼接時會出現(xiàn)錯臺和誤差； 同時，Revit軟件中基于面或者工作平面的構(gòu)件放置方法，無法適應(yīng)隧道中通過里程樁號沿三維隧道中心線放置構(gòu)件的實(shí)際情況。

Civil3D是Autodesk旗下另一款設(shè)計(jì)軟件，包含了AutoCAD的所有功能，是根據(jù)專業(yè)需要進(jìn)行了專門定制的AutoCAD，主要針對道路和土石方工程。Civil3D里有明確的道路中心線概念，利用平面線和縱斷面線來生成。Civil3D也是三維軟件，可以由道路中心線和道路裝配來生成道路三維實(shí)體，并且生成的道路實(shí)體在兩端是豎直截面，符合工程實(shí)際。同時，道路在不同的區(qū)間里可以采用不同的裝配方式，這也比較符合隧道在不同區(qū)間采取不同支護(hù)形式的情況。

對于通過里程樁號沿隧道中心線放置構(gòu)件的問題，通過對BIM軟件的二次開發(fā)，混合利用了Civil3D和Revit 2款軟件的特點(diǎn)進(jìn)行了解決。

1.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)建模

根據(jù)紫之隧道運(yùn)維需求，將紫之隧道按路線和支護(hù)類型分段，每段隧道又拆分為路面、邊溝、管溝、管溝蓋板、仰拱等構(gòu)件。通過綜合利用Autodesk系列的 Subassembly Composer、Civil3D和Revit 3種軟件，結(jié)合二次開發(fā)，快速準(zhǔn)確地建立了紫之隧道的襯砌結(jié)構(gòu)模型。具體方法如下： 1)在Subassembly Composer里建立紫之隧道各種類型支護(hù)的“裝配”，將“裝配”導(dǎo)入Civil3D中，在Civil3D中創(chuàng)建隧道中心線，并結(jié)合“裝配”沿隧道中心線創(chuàng)建各段隧道的三維實(shí)體； 2)利用Civil3D軟件的accoremgd.dll、acdbmgd.dll等動態(tài)鏈接庫提供的API，將每段三維實(shí)體以“.dwg”格式導(dǎo)出到外部文件中； 3)通過Revit二次開發(fā)將這些文件讀入Revit，形成帶屬性信息的隧道三維模型。在此基礎(chǔ)上，還創(chuàng)建了通過excel表格讀取隧道段里程樁號和支護(hù)類型的隧道快速建模方法。

根據(jù)不同圍巖等級、車道數(shù)、施工方法，以及是否有緊急停車帶、是否有橫通道等影響因素，紫之隧道支護(hù)的設(shè)計(jì)類型多達(dá)60余種。圖1示出紫之隧道某匝道涉及的4種支護(hù)裝配。

(a) Z-Ⅲ (b) Z-Ⅳ

(c) Z-Ⅴa (d) Z-Ⅴb

紫之隧道第2標(biāo)段的襯砌結(jié)構(gòu)模型見圖2，為觀察方便，圖中根據(jù)不同的支護(hù)類型對隧道段進(jìn)行了涂色，藍(lán)色系的為南側(cè)匝道，橙色系的為3車道段主線，灰色系為2車道段主線，綠色系為橫通道，紫色系的為大跨漸變段。

1.4 隧道設(shè)施構(gòu)件建模

在Revit軟件中，模型的建立是通過創(chuàng)建各種構(gòu)件族的實(shí)例來完成的。模型的參數(shù)化主要依靠構(gòu)件的族功能得以實(shí)現(xiàn)，族的創(chuàng)建貫穿建模工作的始終。目前，Revit針對建筑行業(yè)創(chuàng)建了大量的族，如門、窗、梁、樓板等，但對隧道中的相關(guān)設(shè)施，如燈具、指示牌、風(fēng)機(jī)、綜合設(shè)備箱等，基本沒有對應(yīng)的族。因此，需根據(jù)紫之隧道文件資料創(chuàng)建隧道內(nèi)各種設(shè)施、設(shè)備族。紫之隧道設(shè)施構(gòu)件三維建模成果主要包括照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、綜合洞室、變電所、橋涵、交通控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及電力電纜等。

圖2 第2標(biāo)段隧道支護(hù)類型分布圖

由前述可知，Revit軟件中構(gòu)件的放置是基于面或者工作平面的，無法通過里程樁號沿三維的隧道中心線進(jìn)行放置。以照明系統(tǒng)為例，如果先將燈具放置到某一水平面，再根據(jù)里程樁號計(jì)算燈具豎直方向上到該水平面的距離來調(diào)整燈具高度，工作量非常龐大。利用Civil3D中的“道路”功能，在路線的每個(組)燈具樁號的位置上創(chuàng)建豎直的“參考平面”，再將創(chuàng)建好的道路經(jīng)過處理后保存為“.dwg”格式。最后通過Revit二次開發(fā)，在導(dǎo)入的“道路”上循環(huán)獲取每個“參考平面”，用這些“參考平面”作為工作平面來放置燈具族的實(shí)例。燈具的高度則在Revit燈具族里進(jìn)行設(shè)置，而此時的高度是相對道路中心線的高度，是一個固定的值。利用這種方法，實(shí)現(xiàn)了照明燈具、綜合洞室、交通指示牌及射流風(fēng)機(jī)等設(shè)備沿里程樁號的準(zhǔn)確快速放置。帶有設(shè)備的典型隧道段模型見圖3，紫之隧道部分機(jī)電設(shè)施模型見圖4和圖5。

紫之隧道全線共設(shè)10座降壓變電所，1#降壓變電所與管理用房合建，2#、10#降壓變電所與工作豎井合建，其余7座分別在3座隧道內(nèi)均勻分布。2#和4#變電所模型見圖6和圖7。

圖3 典型隧道段模型

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (g) (h)

圖5 1#、2#風(fēng)機(jī)房模型

圖6 2#降壓變電所模型

圖7 4#降壓變電所模型

2 隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

2.1.1 定檢巡查

隧道定檢巡查是紫之隧道運(yùn)營維護(hù)的重要內(nèi)容，是開展隧道維修養(yǎng)護(hù)工作的基礎(chǔ)。定檢巡查工作主要由養(yǎng)護(hù)單位的工作人員來開展，養(yǎng)護(hù)單位根據(jù)巡查的結(jié)果，依據(jù)規(guī)范對隧道的土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)施等項(xiàng)目進(jìn)行分析評估，制定維修養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。養(yǎng)護(hù)部門依據(jù)《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求的頻率和內(nèi)容安排日常巡查工作。紫之隧道常規(guī)定檢記錄見表1。

目前，巡檢記錄都是由相關(guān)人員手工填寫，有些記錄是在巡檢結(jié)束后較長時間才錄入，尤其是病害照片需要編號并單獨(dú)存放，與記錄相互割裂，不利于保存和查閱。隨著隧道運(yùn)營時間的推移，這樣的記錄會越來越多，不僅保存困難，也無法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)。因此，定檢巡查記錄應(yīng)該采用數(shù)字化的手段，以方便查找并防止丟失，同時也能方便相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.1.2 資料管理

紫之隧道內(nèi)設(shè)施設(shè)備數(shù)量龐大，目前相關(guān)資料還是以紙質(zhì)形式保存，當(dāng)維修人員需要查看相關(guān)資料時，需要在大量的資料中人工尋找目標(biāo)，如原理圖、操作規(guī)程、維修規(guī)程等，存在費(fèi)時費(fèi)力的問題，特別是碰到維修任務(wù)比較緊急時，這個問題尤為突出。如何縮短資料查找時間，提高資料完整性和可用性，簡化信息保存、更新工作，也是亟待解決的問題。設(shè)施設(shè)備資料的電子化，并與設(shè)備相關(guān)聯(lián)，可以提高養(yǎng)護(hù)人員的維修效率和質(zhì)量。

表1 紫之隧道定期檢查記錄表

2.1.3 設(shè)備定位

紫之隧道路線長，機(jī)電設(shè)施數(shù)量眾多且分散。在日常巡檢工作中，需要對隧道內(nèi)的設(shè)備分階段進(jìn)行檢查，如此龐大的數(shù)量，很容易出現(xiàn)漏檢； 此外，隧道的巡檢人員和維修人員分屬不同部門，巡檢人員報(bào)修上來的設(shè)備如何準(zhǔn)確地傳遞到維修人員手里，也是需要解決的問題。隧道內(nèi)設(shè)施設(shè)備的快速直觀定位是解決以上問題的關(guān)鍵，可以避免巡檢工作中的漏檢，提高維修工作效率。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

由于紫之隧道養(yǎng)護(hù)管理涉及多個部門和眾多工作人員，同時考慮到維護(hù)升級等因素，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)。

系統(tǒng)共分為4層。底層為模型層，使用Autodesk平臺軟件進(jìn)行建模，同時利用二次開發(fā)為構(gòu)件對象添加必要的屬性，如所屬路線、支護(hù)類型、起終點(diǎn)里程樁號等； 最后利用插件將每個構(gòu)件導(dǎo)出成單個文件并錄入數(shù)據(jù)層中的“模型數(shù)據(jù)庫”以備調(diào)用。數(shù)據(jù)層中的“運(yùn)維數(shù)據(jù)庫”包含了平臺的大部分?jǐn)?shù)據(jù)，如資料數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、定檢數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)通過應(yīng)用層展示給用戶，并和用戶交互； 數(shù)據(jù)層中還包含了視頻監(jiān)控平臺和數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)庫。平臺層中的Web 3D圖形引擎從數(shù)據(jù)層中獲取模型和運(yùn)維相關(guān)數(shù)據(jù)，為嵌入各個應(yīng)用功能中的三維顯示場景提供支持。整個系統(tǒng)的架構(gòu)如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)

系統(tǒng)全專業(yè)三維模型建好后，先上傳至服務(wù)器，在服務(wù)器端對模型文件進(jìn)行解析，提取出每一個構(gòu)件的幾何、材質(zhì)以及附帶的其他屬性信息(如路線名稱、支護(hù)類型、起終點(diǎn)里程樁號等)，并以唯一的uid存儲進(jìn)模型數(shù)據(jù)庫。當(dāng)系統(tǒng)某一功能模塊需要三維展示構(gòu)件或設(shè)備時，客戶端會去服務(wù)器的模型數(shù)據(jù)庫中調(diào)取這些構(gòu)件或設(shè)備的幾何和材質(zhì)信息加載進(jìn)瀏覽器，并通過基于WebGL的腳本程序在頁面進(jìn)行渲染并與用戶交互[11-15]。當(dāng)模型中某個構(gòu)件在BIM軟件中進(jìn)行了修改，并再次上傳至服務(wù)器時，模型數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的幾何與材質(zhì)信息會進(jìn)行更新，而uid保持不變。下一次客戶端再來取構(gòu)件模型時，得到的就是更新過的模型。這樣只需在服務(wù)器端維護(hù)一個模型，很好地貫徹了BIM概念中“一個模型”的中心思想。

模型通過Javascript腳本程序在各個功能模塊的網(wǎng)頁端與用戶進(jìn)行交互，各個模塊結(jié)合模型的uid在運(yùn)維數(shù)據(jù)庫中記錄隧道定檢、設(shè)備資料等運(yùn)維信息。系統(tǒng)還可以結(jié)合原有的監(jiān)控及監(jiān)測平臺，在三維模型環(huán)境中展示監(jiān)控及監(jiān)測數(shù)據(jù)。BIM模型在系統(tǒng)中的應(yīng)用流程如圖9所示。

3 隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)模塊及功能

根據(jù)運(yùn)維需求分析，紫之隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)共分為7個子模塊，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖如圖10所示。本文主要對三維展示、定期檢查、設(shè)備管理、視頻監(jiān)控、監(jiān)測數(shù)據(jù)5個模塊進(jìn)行介紹。

圖9 BIM模型應(yīng)用流程

圖10 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖

3.1 三維展示模塊

三維展示模塊能結(jié)合衛(wèi)星地圖將所有運(yùn)維管理涉及的對象以三維的形式展現(xiàn)在網(wǎng)頁中，使管理者在工作中快速掌握隧道設(shè)計(jì)及周邊情況，滿足從宏觀管理到精細(xì)化管理的需求，結(jié)合衛(wèi)星圖的宏觀展示界面如圖11所示。

圖11 結(jié)合衛(wèi)星圖的宏觀示意圖

圖12示出隧道整體線路縮放至3#變電所時的展示界面，圖13示出南側(cè)匝道口半透明化路面后，排水管道及檢查井的展示界面。

在該模塊中，用戶可以通過雙擊三維模型上的構(gòu)件，查看構(gòu)件的詳細(xì)屬性(包含所有Revit自帶的屬性)以及該構(gòu)件相關(guān)的文件資料，如圖14所示。

圖12 變電所模型及設(shè)備信息

圖13 排水管道及檢查井

圖14 構(gòu)件屬性及相關(guān)文件

在平時的會議和工作部署時，三維展示模塊能夠加快工作人員之間溝通意圖的理解，避免曲解和誤會，提升工作效率。同時，在紫之隧道對外工作匯報(bào)和參觀中，三維展示模塊也能起到很好的溝通橋梁作用。

3.2 定期檢查模塊

定期檢查模塊根據(jù)JTG H12—2015《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中的要求進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了紫之隧道定檢信息電子化。紫之隧道被分為10個管理單元： 南東匝道、南西匝道、北東匝道、北西匝道、東線1號隧道、東線2號隧道、東線3號隧道、西線1號隧道、西線2號隧道和西線3號隧道。每個管理單元又分為土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)施和其他工程設(shè)施3大類。通過2、3級菜單，可以定位到任一管理單元的任一類定檢信息。

土建結(jié)構(gòu)定檢記錄包括里程樁號、結(jié)構(gòu)名稱、檢查內(nèi)容、現(xiàn)場描述、標(biāo)度、缺損位置和檢查日期等內(nèi)容，可在文本框填寫相應(yīng)的信息或者在下拉選項(xiàng)框里選擇對應(yīng)的結(jié)構(gòu)類型。每條定檢記錄可以包含一張或多張病害照片。

傳統(tǒng)的病害照片以文本編號的形式鏈接到照片文件夾，查找起來比較繁瑣； 同時，由于拍攝角度和拍攝范圍等因素，管理者很難根據(jù)照片快速定位到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，即使是拍攝者自己，經(jīng)過一段時間后也很難再精確地找到拍攝位置。因此，該模塊還開發(fā)了病害照片定位功能： 拍攝者在上傳照片時，可以在三維界面中用鼠標(biāo)在構(gòu)件表面點(diǎn)選一個位置，系統(tǒng)會記錄下這個位置的坐標(biāo)； 后續(xù)管理者在定檢記錄中點(diǎn)擊照片時，該位置點(diǎn)會自動生成一個紅色的小球，同時三維界面會自動調(diào)整視點(diǎn)的位置和觀察角度，以正視這個小球，這樣就達(dá)到了自動定位照片點(diǎn)的目的； 鼠標(biāo)點(diǎn)擊這個紅色小球，還可以調(diào)出相應(yīng)的定期檢查記錄。圖15示出定檢信息三維展示界面。

圖15 定檢信息三維展示界面

應(yīng)用定期檢查模塊后，隧道病害的描述和照片在同一界面顯示，并且能定位到三維模型中，使得管理人員對病害有了準(zhǔn)確的認(rèn)識。管理人員還可以通過模型查看多個病害點(diǎn)的分布及附近相關(guān)設(shè)備設(shè)施，為準(zhǔn)確分析病害成因和制定正確處置措施提供了保障。

3.3 機(jī)電設(shè)備管理模塊

紫之隧道機(jī)電設(shè)備分為低配電設(shè)施、監(jiān)控與通信設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施、消防設(shè)施和照明設(shè)施5大類。每個大類又分為若干設(shè)備類型，如消防設(shè)施分為電光標(biāo)志、閥門、手動報(bào)警按鈕等12種設(shè)備類型。機(jī)電設(shè)備管理模塊可將隧道內(nèi)所有的設(shè)備、管道和線路登記入庫，并與三維模型相互關(guān)聯(lián)。圖16示出機(jī)電設(shè)備錄入模塊界面。

在實(shí)際錄入機(jī)電設(shè)備信息的同時，還需綁定該設(shè)備的uid，這樣不僅可以通過點(diǎn)擊三維模型來獲取機(jī)電設(shè)備的資料信息，而且還可以通過資料信息在三維模型環(huán)境里反向定位機(jī)電設(shè)備。

圖16 設(shè)備定位界面

變電所與變電所之間的電力線纜以及變電所與機(jī)電設(shè)備間的供電線纜等信息，以往只能在電力施工圖紙上查看二維標(biāo)注，但具體線路走了哪條管溝、哪條線管，在何處上了電力橋架，在何處穿越了路面，都無法準(zhǔn)確掌握。本文基于Revit開發(fā)了線纜插件，建立了電力線纜三維模型。圖17示出南側(cè)匝道口處電力線纜的分布和走向，其中紅黃藍(lán)3種顏色的電纜代表了三相10 kV高壓線纜，灰色電纜代表了普通380 V的設(shè)備供電線纜。

圖17 電纜BIM模型

3.4 視頻監(jiān)控模塊

系統(tǒng)提供與視頻監(jiān)控設(shè)備的接口，可以實(shí)時在三維環(huán)境中快速調(diào)取監(jiān)控畫面。只需要在“視頻監(jiān)控”模式下雙擊三維模型中相應(yīng)的攝像頭，即可將該攝像頭的當(dāng)前畫面投射到三維模型頁面中。視頻監(jiān)控集成界面如圖18所示。

圖18 視頻監(jiān)控集成界面

3.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)展示模塊

隧道內(nèi)良好的空氣狀態(tài)是行車安全的必要條件，為了監(jiān)測隧道內(nèi)有害氣體的體積分?jǐn)?shù)，紫之隧道內(nèi)安裝了大量的CO探測器。系統(tǒng)將這些傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時標(biāo)注在三維模型中，使管理者對隧道內(nèi)空氣質(zhì)量一目了然，有助于優(yōu)化隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)的控制策略。CO探測器數(shù)據(jù)顯示界面如圖19所示。

圖19 南東匝道CO探測器數(shù)據(jù)顯示界面

4 結(jié)論與討論

本文對隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，從簡單實(shí)用的角度開發(fā)了紫之隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)，將BIM模型引入到隧道運(yùn)維的日常工作中，提供了直觀可視化的工作界面，提高了運(yùn)維工作效率。

1)通過對BIM軟件及相關(guān)二次開發(fā)技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了針對隧道工程的快速建模。同時實(shí)現(xiàn)了三維模型幾何及屬性數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，為三維模型的瀏覽器端渲染奠定了基礎(chǔ)。

2)利用WebGL在網(wǎng)頁端重建BIM模型的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了紫之隧道三維模型網(wǎng)頁端展示與交互的功能，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了Web架構(gòu)的三維展示、定期檢查、機(jī)電設(shè)備管理等模塊，為隧道的日常養(yǎng)護(hù)提供了新的方法。

3)基于WebGL的網(wǎng)頁端模型渲染存在一定的性能制約，無法同一時間在屏幕上顯示大量的構(gòu)件。以本系統(tǒng)為例，當(dāng)三維場景中的構(gòu)件數(shù)超過1 500個時，屏幕的刷新率FPS會降低到10以下，當(dāng)構(gòu)件數(shù)達(dá)到2 400以上時，F(xiàn)PS降到5以內(nèi)，屏幕出現(xiàn)明顯的卡頓。當(dāng)構(gòu)件造型比較復(fù)雜(如電纜構(gòu)件等)時，即使加載構(gòu)件數(shù)量較少，也會出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。因此，后續(xù)研究應(yīng)考慮引入LOD模型細(xì)度等級的概念，對不同范圍的場景加載不同細(xì)度等級的模型。同時可以結(jié)合傾斜攝影，實(shí)現(xiàn)對隧道地形地貌的全景加載。

4)在功能方面，隧道的應(yīng)急管理系統(tǒng)也是BIM技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)，除了應(yīng)急預(yù)案管理，BIM模型在隧道應(yīng)急方案展示、疏散路線指示等方面的應(yīng)用也應(yīng)進(jìn)一步研究和開發(fā)。