基于BIM的水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)

王文琦

(常州市武進(jìn)水利工程有限公司，江蘇 常州 213000)

0 引 言

水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)水利工程項(xiàng)目現(xiàn)代化管理的先進(jìn)管理模式[1]。通過(guò)建立局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)交換和數(shù)據(jù)的共享。它是一種以“項(xiàng)目法施工”為基礎(chǔ)的管理模式，由人、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等組成，是對(duì)進(jìn)度、質(zhì)量、材料等管理內(nèi)容進(jìn)行信息收集、處理、存儲(chǔ)和傳遞的信息管理系統(tǒng)。水利工程項(xiàng)目管理是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的系統(tǒng)工程，它包括進(jìn)度、質(zhì)量、人員、合同、材料、機(jī)械、財(cái)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(xiàng)目管理無(wú)法發(fā)揮潛在的作用。計(jì)算機(jī)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(yán)謹(jǐn)、量化、系統(tǒng)化[3]。

焦圣明等[4]為了解決在傳統(tǒng)模式中當(dāng)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(wèn)題，特地設(shè)計(jì)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(guò)GeoServer構(gòu)建了WMS地圖服務(wù)，并通過(guò)sketchu P建模工具建立了主要數(shù)據(jù)的模型結(jié)構(gòu)，并對(duì)系統(tǒng)的功能模塊和體系結(jié)構(gòu)進(jìn)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(kù)的整體結(jié)構(gòu)，讓其通過(guò)二級(jí)緩存的數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制，來(lái)對(duì)氣象等因素反復(fù)演算，而且還集成交通氣象信息，并對(duì)共享產(chǎn)品進(jìn)行綜合運(yùn)用，從而得到了信息共享的案例，這樣正好說(shuō)明了系統(tǒng)的三維效果好，實(shí)用性強(qiáng)。馬渝勇等[5]對(duì)于省級(jí)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(duì)大量的氣象信息進(jìn)行的系統(tǒng)管理，通過(guò)該項(xiàng)服務(wù)，能提供氣象信息定位、要素級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)和檢索等功能。通過(guò)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(shí)現(xiàn)信息的共享，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)來(lái)提供可靠的接口，這樣不但讓數(shù)據(jù)庫(kù)更加安全，訪問(wèn)效率更高，而且通過(guò)訪問(wèn)各種開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)行編程管理等來(lái)形成氣象信息服務(wù)的共享模式，在建立省級(jí)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(lái)支持省級(jí)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(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，從而提高水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)的性能。

1 水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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

水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類水利工程建設(shè)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一管理，同時(shí)根據(jù)用戶角色和權(quán)限控制要求，實(shí)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(píng)分服務(wù)[6]。同時(shí)，為了方便用戶使用，系統(tǒng)運(yùn)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(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)架構(gòu)圖

基礎(chǔ)層：為水利工程項(xiàng)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(kù)服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)施。

數(shù)據(jù)層：依托關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)信息涵蓋研究論文、知識(shí)項(xiàng)目、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、科研成果、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)報(bào)告、示范報(bào)告、榮譽(yù)獎(jiǎng)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(chǔ)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(hù)評(píng)分規(guī)則體系和按量化考核標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)評(píng)分，配合統(tǒng)一用戶管理等協(xié)同用戶信息，維護(hù)水利工程項(xiàng)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(píng)分規(guī)則提供自動(dòng)評(píng)分服務(wù)。

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

基于BIM的水利工程項(xiàng)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(jì)具有分布式特點(diǎn)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2，簡(jiǎn)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)部分組成。

1) 水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)的用戶。用戶可以通過(guò)向水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)的服務(wù)器發(fā)送http請(qǐng)求，從而達(dá)到使用的目的，在圖2中表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)。

2) 水利工程項(xiàng)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(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)的服務(wù)器來(lái)完成，將一些軟件程序部署在服務(wù)器中[9]，水利工程項(xiàng)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(kāi)啟Active MQ服務(wù)的水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)服務(wù)器。水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)服務(wù)器中采用Active MQ框架來(lái)實(shí)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(lái)開(kāi)啟地址信息。在圖2中，采用已經(jīng)開(kāi)啟部署Active MQ 服務(wù)的服務(wù)器進(jìn)行表示。

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

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(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)部分包括施工信息管理、水利工程項(xiàng)目的量化評(píng)分管理以及基礎(chǔ)功能管理等[10]，具體功能見(jiàn)圖3。

圖3 水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)功能

1) 施工信息管理。對(duì)水利工程項(xiàng)目施工信息的報(bào)送、審批、發(fā)布等業(yè)務(wù)流程進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)科研論文、知識(shí)項(xiàng)目、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、科研成果、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)報(bào)告、示范報(bào)告和榮譽(yù)獎(jiǎng)的統(tǒng)一管理[4]。

2) 水利工程項(xiàng)目的量化評(píng)分管理。根據(jù)職稱和技術(shù)職務(wù)評(píng)審的要求，維護(hù)量化評(píng)分規(guī)則，并根據(jù)規(guī)則自動(dòng)計(jì)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(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，與權(quán)限管理、組織管理、角色管理等有關(guān)。

通過(guò)分析水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)各個(gè)模塊的功能，設(shè)計(jì)了水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)架構(gòu)；根據(jù)水利工程項(xiàng)目的業(yè)務(wù)要求，設(shè)計(jì)了水利工程項(xiàng)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(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。

2 水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 確認(rèn)水利工程項(xiàng)目施工信息的空間點(diǎn)坐標(biāo)

BIM技術(shù)的核心就是確定施工坐標(biāo)點(diǎn)的位置[11]，在水利工程項(xiàng)目施工的三維空間中，已知待估計(jì)點(diǎn)的坐標(biāo)x和y，z坐標(biāo)待確認(rèn)。假設(shè)x1,x2,…,xn表示n個(gè)施工坐標(biāo)點(diǎn)空間位置中的x、y坐標(biāo)，Zi=Z(xi)，i=1,2,…,n表示水利工程項(xiàng)目施工i點(diǎn)空間位置中的z坐標(biāo)測(cè)量值，因此，存在：

(1)

(2)

(3)

根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的建立，得到如下方程組：

(4)

(5)

基于計(jì)算的估計(jì)值，將式(4)的方程組改寫(xiě)為：

(6)

在水利工程項(xiàng)目施工的三維空間中，估計(jì)了施工點(diǎn)的縱向坐標(biāo)，通過(guò)確認(rèn)施工點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建了目標(biāo)函數(shù)，確認(rèn)了水利工程項(xiàng)目施工信息的空間點(diǎn)坐標(biāo)。

2.2 水利工程項(xiàng)目施工信息共享的實(shí)現(xiàn)

基于BIM的水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一收集和管理水利工程項(xiàng)目施工信息，結(jié)合BIM的技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)水利工程項(xiàng)目施工信息和量化評(píng)分。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理是由定量評(píng)估的需求驅(qū)動(dòng)的。在分析水利工程項(xiàng)目施工信息時(shí)，要充分覆蓋職稱、技術(shù)職務(wù)評(píng)審過(guò)程中的指標(biāo)[13]。為了保證量化評(píng)分的正常開(kāi)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(xiàng)中，作為定量評(píng)分的有效數(shù)據(jù)，成為水利工程項(xiàng)目施工信息的有效共享和發(fā)布。水利工程項(xiàng)目施工信息共享流程見(jiàn)圖4。

圖4 水利工程項(xiàng)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(xiàng)目施工信息在提交之后，需要根據(jù)施工類別的不同，開(kāi)始進(jìn)入水利工程項(xiàng)目施工的審批、提交或發(fā)布證明材料，形成一個(gè)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(shí)還要配置量化評(píng)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(rèn)水利工程項(xiàng)目施工信息的空間點(diǎn)坐標(biāo)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了水利工程項(xiàng)目施工信息共享流程，完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了水利工程項(xiàng)目施工信息的共享。

3 系統(tǒng)測(cè)試分析

為了驗(yàn)證基于BIM的水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)性能，采用Simulation軟件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證分析。引入文獻(xiàn)[4]的信息共享系統(tǒng)和文獻(xiàn)[5]的信息共享系統(tǒng)作為對(duì)比對(duì)象，測(cè)試了水利工程項(xiàng)目施工信息的噪聲含量，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 水利工程項(xiàng)目施工信息的噪聲含量測(cè)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(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)，共享的水利工程項(xiàng)目施工信息是噪聲含量最少的，說(shuō)明該系統(tǒng)可以有效保證水利工程項(xiàng)目施工信息的質(zhì)量，避免水利工程項(xiàng)目施工信息出現(xiàn)亂碼和失真的問(wèn)題，提高了水利工程項(xiàng)目施工信息的共享性能。

為了實(shí)現(xiàn)水利工程項(xiàng)目施工信息共享的實(shí)時(shí)性，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了水利工程項(xiàng)目施工信息的共享時(shí)間，3個(gè)系統(tǒng)的水利工程項(xiàng)目施工信息共享時(shí)間對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 水利工程項(xiàng)目施工信息共享時(shí)間對(duì)比結(jié)果

從圖6的結(jié)果可以看出，隨著水利工程項(xiàng)目施工信息越來(lái)越多，水利工程項(xiàng)目施工信息的共享時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，基于BIM的水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)所用的時(shí)間是最短的，原因是該系統(tǒng)通過(guò)引入BIM技術(shù)，降低了水利工程項(xiàng)目施工信息的復(fù)雜度；文獻(xiàn)[4]的水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)的共享時(shí)間是最長(zhǎng)的，說(shuō)明基于BIM的水利工程項(xiàng)目施工信息共享系統(tǒng)可以加快水利工程項(xiàng)目施工信息的共享速度，保證了水利工程項(xiàng)目施工信息共享的實(shí)時(shí)性。

4 結(jié) 語(yǔ)

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