大跨徑連續(xù)剛構橋施工監(jiān)測BIM管控平臺技術實現(xiàn)探究

閆升華

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

大跨徑橋梁剛構連續(xù)的工程量一般較大，其施工過程及施工安全監(jiān)控的技術要求亦相對復雜?；贐IM技術框架的橋施工監(jiān)測BIM管控平臺系統(tǒng)擁有在線實時測量、海量數(shù)據(jù)智能計算存儲、數(shù)據(jù)連續(xù)輸送、及時發(fā)覺異常和數(shù)據(jù)程式相對完整等優(yōu)勢。引入BIM技術輔助施工監(jiān)測，可以較好實現(xiàn)大跨徑連續(xù)剛構橋施工監(jiān)測動態(tài)可視化BIM管控平臺模型系統(tǒng)和施工方案表達。本研究針對大跨徑連續(xù)剛構橋施工監(jiān)測數(shù)字化和信息化，基于BIM技術框架，對大跨徑連續(xù)剛構橋施工監(jiān)測BIM管控平臺技術實現(xiàn)課題開展專題分析探究，為同類橋梁工程安全施工監(jiān)控提供研究與技術參考，助力實現(xiàn)該類橋梁工程施工安全監(jiān)控的數(shù)字信息化水平。

1 工程管理平臺概述

1.1 平臺功能

平臺選用B/S架構，用戶可以通過網絡瀏覽器登錄。安全施工監(jiān)測負責人員進入該系統(tǒng)，實施項目必要技術資料的及時輸入以及其他基礎化操作，提供與安全監(jiān)測相關的技術資料錄入以及基本分析，查詢所存儲的各種資料，必要時提供監(jiān)測命令。對于監(jiān)督管理來說，可通過系統(tǒng)窗口把握與工程操作相關技術監(jiān)測資料信息，對上行傳送的相關監(jiān)測控制命令進行查核，并且把通過審查的指令發(fā)送給施工方。施工方成功獲取到監(jiān)測操作命令以后，查閱相關命令信息可以借助在線微機或手機等多重途徑實現(xiàn)。成功登陸平臺系統(tǒng)以后，平臺系統(tǒng)都會自動轉跳至工程技術監(jiān)測專業(yè)模塊，首先映入眼簾的是三維BIM信息模型，可查看到監(jiān)測點標志及其部位信息。在底部可看到各種類型的統(tǒng)計報表，一般主要通過柱狀圖或餅圖的方式來展現(xiàn)監(jiān)控點數(shù)量等相關信息，對于監(jiān)測人員來說，只需選中監(jiān)控點便可看到測點曲線。其平臺結構組成可詳見圖1。

1.2 平臺開發(fā)環(huán)境

a）編程語言 SSM，Spring+Spring，MVC+Mybatis；

b）數(shù)據(jù)庫 Mysq1；

c）開發(fā)環(huán)境 CentOS；

d）客戶端 Chrome瀏覽器。

1.3 平臺開發(fā)有關技術

萬維網是一種以網絡為載體，由大量超文本構成的復雜系統(tǒng)。對于使用者來說，利用瀏覽器便可查找到各種資源信息[1]。概括來講，技術主要具備以下幾點特征優(yōu)勢：

a）信息量大，以超文本為主要鏈接，可通過文字、影音等多種方式來展現(xiàn)多媒體信息。

b）支持多平臺操作，由于瀏覽器是人們獲取信息資源的主要途徑，而Window，linux，Unix等各種系統(tǒng)均兼容瀏覽器，因此可通過瀏覽器尋訪web資源。

圖1 BIM協(xié)同信息化施工監(jiān)測管理平臺構造圖

c）分布式部署，有效提高了數(shù)據(jù)存儲的安全性與可靠性，顧名思義，就是進行數(shù)據(jù)備份，即便某臺服務器因故障不能正常運行，依然能夠為廣大用戶提供完善的技術管理數(shù)據(jù)。

d）在線即時更新，平臺系統(tǒng)所載技術資料信息是不斷變化的，可通過人工或自動的方式進行優(yōu)化與調整。

e）交互式，用戶可根據(jù)自己喜好來定義瀏覽次序及節(jié)點，賦予了用戶一定的操作權，保證了交互的友好性。

由于本系統(tǒng)采用Spring MVC組件進行開發(fā)，大大提高了用戶尋訪效率。其工作原理具體為：DispatcherServlet成功接收到用戶發(fā)出的HTTP請求后，根據(jù)請求對相關組件進行功能控制，通過Requestbody調用獲得用戶URL，根據(jù)URI確定出控制層映射關聯(lián)，并將生成的Handler對象反饋給用戶，再通過Requestbody提取到有效的模型數(shù)據(jù)，并將其映射到Handler中，驅動控制器執(zhí)行相關操作，經ViewResolver進行視圖處理，最后將處理結果以視圖的方式反饋給用戶。SpringMVC的運行過程可詳見圖2。

圖2 Spring MVC的工作原理

MyBatis是基于Java環(huán)境下搭建而成的一種框架，它利用描述符或注解實現(xiàn)了對象與SQL語句的有效關聯(lián)[2]。它利用java程序獨有的指向性可對協(xié)助用戶完成數(shù)據(jù)庫的增、刪改、查操作，概括來講，此框架對編程人員的要求不是很高，并且編程難度小，可輕松實現(xiàn)與Spring整合。除此之外，MyBatis和SpringFrameWork的集成也比較容易實現(xiàn)，如經過maven文件中加添有關的配置可完成。

結合本平臺設計需求，充分考慮各方面因素后，筆者選用了可靠、安全的作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，而它正式憑借小型化、成本投入低等顯著優(yōu)勢而受到了業(yè)界人士的關注，并逐漸發(fā)展成為最受歡迎的關系庫，最關鍵是它可滿足本系統(tǒng)的所有功能需求。

2 數(shù)據(jù)庫與信息網站設計實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫是電子化數(shù)據(jù)檔案箱，在龐大的信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫始終扮演著舉足輕重的厲害角色，無論是信息采集、整合，還是數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析等都需要數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供技術支持?？梢赃@樣講，在信息系統(tǒng)運行過程中，數(shù)據(jù)庫一直占據(jù)重要地位，其開發(fā)水平的高低將會對系統(tǒng)運行效率以及運行效果產生直接影響。

數(shù)據(jù)表常見形式有兩種，一是業(yè)務型，二是公共型。就前者而言，它是為了管理業(yè)務數(shù)據(jù)而形成的一種數(shù)據(jù)表。而后者則是為了管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)而設計的一種數(shù)據(jù)表。具體可詳見表1。

表1 應力技術信息基本數(shù)據(jù)表

用戶表user_info見表2、表3具體所示。

表2 使用客戶資料數(shù)據(jù)表

表3 角色數(shù)據(jù)表

2.2 網站模塊設計

2.2.1 數(shù)據(jù)尋訪功能層設計

數(shù)據(jù)尋訪層設計要點在于促使數(shù)據(jù)庫與邏輯業(yè)務層產生密切關聯(lián)[3]。具體來講，就是對數(shù)據(jù)庫鏈接進行相關操作。利用特定的編碼指令，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作。在實際中，人們通常將數(shù)據(jù)庫操作劃分為以下兩種，一是表內容操作，二是數(shù)據(jù)表操作。

旨在從源頭上縮短開發(fā)周期，加快開發(fā)進程，則在本設計中筆者采用了Mybatis的技術，只要合理導入并科學應用與MyBatis所關聯(lián)的程序數(shù)據(jù)包，就能依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的具體設計特點提供相匹配之Pojo以及Mapper，由此便可順利實現(xiàn)數(shù)據(jù)尋訪功能層的程序設計。其實現(xiàn)過程：

其次，配置數(shù)據(jù)庫的接連的xml文件：

最后，可通過手工或引入Generate的方法生成與數(shù)據(jù)庫相匹配的Pojo及Mapper。

其中，POJO（PlainOrdinaryJavaObject）雖然被人們看作是再簡單不過的Java對象，但就從本質上來看，它隸屬JavaBeans范疇，此舉是為了防止人們將其與EJB混淆而提出的一種新簡稱。Mapper是一種xml文件，其主要功能是促使Mysql表和Pojo形成關聯(lián)。它主要由兩部分構成，一是字段信息，二是查詢語句。

2.2.2 業(yè)務邏輯功能層的程序設計

業(yè)務邏輯功能層的程序是本系統(tǒng)不可缺少的一個重要構成部分，它主要負責業(yè)務邏輯處理。比如，數(shù)據(jù)的搜集、保存、處理、展示等。同樣在本設計中，凡是與業(yè)務相關的數(shù)據(jù)處理均會通過業(yè)務層來完成。

在實際操作中，其業(yè)務邏輯層一般會分為兩個模塊，一是Controller，二是Service。其中，前者主要負責龐大的業(yè)務量處理，而后者主要處理一些小細節(jié)。比如，數(shù)據(jù)收集功能在Controller中只有get-StressData(path)；可見，該功能實現(xiàn)完全得益于Service，其實現(xiàn)過程如下：

2.2.3 表示層設計

表示層引進了Bootstrap的風格，較以往Hastelloy Css jQuery方式功能有所改進，界面整體呈現(xiàn)出了全新的扁平化風格。以更直觀的ECharts方式來展現(xiàn)圖表信息。

ECharts實際上就是一種圖形映射插件，可通過圖表的方式來展現(xiàn)復雜的數(shù)據(jù)庫信息。在本設計中，筆者經多方面考慮及綜合分析后，選用了體積小、功能全的矢量圖形庫ZRender，不僅支持圖表靜態(tài)顯示，還可實現(xiàn)動態(tài)呈現(xiàn)功能。該平臺中的數(shù)據(jù)展示集嵌入了5種不同形的圖表展示形式。

2.3 基于BIM的信息動態(tài)測控集成設計

將與施工監(jiān)測相關的所有信息都輸入BIM模型中，以強化測控信息的透明度與專業(yè)性。在本設計中，將構建的感受器族及高度點示意族與BIM模型進行無縫化銜接，將所有重要信息完整、全面地展現(xiàn)在監(jiān)控平臺上，而此功能的實現(xiàn)完全得益于ACIS控件，它能夠促使測控點模型及施工測控信息產生密切關聯(lián)，可對限值預警的顏色進行自行定義，由此一來，也就能輕松、快速地定位危險梁體，而該功能的正常實現(xiàn)，離不開二次開發(fā)Revit語言所存在必要關聯(lián)，它使測控點的相關技術標高以及相關應變技術資料信息均跟數(shù)據(jù)庫產生了關聯(lián)。

3 設計結果及功效比較

3.1 設計結果

系統(tǒng)測試是軟件開發(fā)不可忽略的一個重要環(huán)節(jié)，唯有進行全面、細致的檢測，才能保證系統(tǒng)的各項功能正常實現(xiàn)[4]。

a）平臺登錄頁面。

b）橋梁信息起始化。在成功進入系統(tǒng)平臺后，安排施工人員將獲取到橋梁信息輸入到系統(tǒng)中，并做好信息維護工作，為保證信息安全，對不同人群的操作權限進行了等級劃分。對于施工監(jiān)測員來說，只能查看自己錄入的橋梁信息，其他人員要想查看這些信息，需獲得管理員授權。

c）施工階段。施工監(jiān)測員在系統(tǒng)平臺中可對施工環(huán)節(jié)中的相關信息進行定義，比如開工時間、名稱、工況等基礎信息。對施工環(huán)節(jié)進行定義可便于實施數(shù)據(jù)的有效查詢與合理分析，也便于同監(jiān)測點數(shù)據(jù)變化趨勢的客觀分析。其操作界面展示效果可詳見圖3。

圖3 箱梁節(jié)段信息輸入UI窗口

d）安全監(jiān)測信息數(shù)據(jù)瀏覽。施工監(jiān)測員在系統(tǒng)平臺中可對不同施工段的監(jiān)測點進行明確定義，也可對監(jiān)測點數(shù)據(jù)的來源及施工過程中各測點的標準值、預設值進行定義。值得一提的是，監(jiān)測點可直觀展現(xiàn)在三維模型圖中，同時也能完整展現(xiàn)各測點的最新數(shù)據(jù)，以便于用戶了解最新情況，也能查看以往數(shù)據(jù)。

橋梁BIM模型可將各種數(shù)據(jù)直觀地展現(xiàn)在項目負責人眼前，便于負責人做出科學、合理的決策。不僅如此，也可通過模型圖表查看到不同施工期的測點數(shù)據(jù)，由此一來，既提高了工作效率，也保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性與精準性。

e）偏差的超限控制。系統(tǒng)平臺具有智能分析偏差的功能，還能將超出限值的數(shù)據(jù)通過短信、移動端等多種途徑反饋給工作人員。在此情況下，施工監(jiān)測員便能根據(jù)數(shù)據(jù)反饋對超限做出相應整改，同時也為監(jiān)管人員高效督辦提供了強大信息支持。其偏差超限糾正過程可見圖4。

圖4 偏差超限閉環(huán)的處置流程圖

f）監(jiān)測指令?？勺孕性O置監(jiān)測指令格式，平臺就會在此格式的引導下完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計操作，由此便可形成規(guī)范的監(jiān)測指令，便于工作人員上傳與下載。設計部門負責復核，總監(jiān)辦及管理辦公室負責審批，主要通過審批便可發(fā)送給施工方。對于施工方的橋梁工程師來說，首先完整、細致地過一遍監(jiān)測指令，再將其抄送給總監(jiān)辦，為后期施工作業(yè)正常開展提供指導。

g）報告以及報表。對此前所存在的工程安全控測數(shù)據(jù)信息，通過系統(tǒng)綜合運算分析，制定出更直觀、更便于查看的監(jiān)測日報；施工監(jiān)測員可將編制的報告上傳到平臺；監(jiān)理人員及建設單位便能通過此平臺查看到這些報告。

h）數(shù)據(jù)分析。利用專業(yè)手段對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行全面分析，既要確定出這些數(shù)據(jù)是否存在直接關聯(lián)，還要借助專業(yè)工具探尋其中規(guī)律，為施工監(jiān)測工作順利開展提供有利指導，同時提供嚴謹且合理的施工監(jiān)測指令及階段報告。

3.2 與傳統(tǒng)施工監(jiān)測的功效比較

表4 傳統(tǒng)安全監(jiān)測與智能數(shù)字化安全監(jiān)測比較

概括來講，相較于一般的施工監(jiān)測工具，利用功能強大、性能可靠的施工監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)下述幾個功效：提高了工程安全控測監(jiān)督效率；減少了人力支出；保證了控測監(jiān)督相關信息的精準性與可靠性；從源頭上實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化施工監(jiān)測。其對比詳情如表4。

4 結語

本研究基于BIM技術框架，對大跨徑連續(xù)剛構橋施工監(jiān)測BIM管控平臺技術實現(xiàn)課題開展專題分析探究。首先對監(jiān)測管控平臺的功能需求及實現(xiàn)過程進行了全面闡述，然后對系統(tǒng)開發(fā)過程中涉及到的層級關系進行了詳細介紹。展示了設計成果并簡要開展了功效比較，揭示體現(xiàn)了BIM技術良好的節(jié)省大量人工、增強工程監(jiān)控效率、數(shù)據(jù)動態(tài)又相對準確可靠的技術特點，顯示該技術能夠較好實現(xiàn)和提高工程施工監(jiān)測的數(shù)字化和信息化水平。