基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)設(shè)計

周正媛，張火炬

(1.貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴陽 550081；2.福建縱橫聯(lián)信信息科技有限公司，福州 350001)

我國的降水量從東南沿海地區(qū)至西北內(nèi)陸地區(qū)呈現(xiàn)出逐漸遞減的現(xiàn)象，可以順次劃分為5種地區(qū)，包括多雨地帶地區(qū)、濕潤地帶地區(qū)、半濕潤地帶地區(qū)、半干旱地帶地區(qū)、干旱地帶地區(qū)。降水量的不均勻分布帶來了整體水土資源的不平衡分布。其中，長江流域及其南部僅擁有36%的耕地，但其水資源總體占比卻高達(dá)80%；而黃、海、淮三大流域的耕地占比高達(dá)40%，水資源總體占比卻僅為8%，水土資源配置差異十分懸殊。針對這種情況，我國構(gòu)建了多個遠(yuǎn)距離調(diào)水工程[1]。在遠(yuǎn)距離調(diào)水工程中，由于施工難度較高，因此需要進(jìn)行可視化管理以提升工程效益、保障人員施工安全，基于該背景對遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)進(jìn)行研究。對于遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)，國內(nèi)外都十分重視其研究[2]。國外對于遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的研究整體起步較早且研究較為深入，國外學(xué)者提出一種基于動態(tài)監(jiān)測技術(shù)的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)，主要基于動態(tài)監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的搭建。而國內(nèi)對于遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的研究則相對起步較晚，但也取得了一定的研究成果。國內(nèi)學(xué)者提出一種基于循環(huán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)，主要通過循環(huán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)。由于以上系統(tǒng)存在可視化調(diào)控率較低的問題，因此本文將BIM模型應(yīng)用于遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)設(shè)計中，并提出一種基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)。

1 基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)設(shè)計

1.1 硬件設(shè)計

基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成為RFID系統(tǒng)模塊[3]。RFID系統(tǒng)模塊中的讀卡器型號選擇GT2000，在最大功率時可達(dá)10 m的識別距離[4]。讀卡器的具體技術(shù)數(shù)據(jù)見表1。

表1 讀卡器的具體技術(shù)數(shù)據(jù)

RFID系統(tǒng)模塊中RFID標(biāo)簽的讀取指令具體見表2。

表2 RFID標(biāo)簽的讀取指令

續(xù)表2

1.2 軟件設(shè)計

1.2.1 設(shè)計施工仿真模塊

基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的軟件構(gòu)成包括施工仿真模塊、可視化管理模塊、現(xiàn)場監(jiān)測模塊、GIS模塊、報表模塊[5]。

基于BIM模型設(shè)計施工仿真模塊，對遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的施工進(jìn)行仿真。在施工仿真模塊中，利用BIM 4D軟件，結(jié)合數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用、連接、構(gòu)建、空間數(shù)據(jù)庫、SQL、GIS二次開發(fā)等技術(shù)，構(gòu)建遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的屬性數(shù)據(jù)模型、施工建筑、施工過程以及施工場景仿真模型等BIM模型[6]。在根據(jù)時間順序?qū)h(yuǎn)距離調(diào)水工程施工中各種BIM模型進(jìn)行加載的過程中，獲取遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的相關(guān)動態(tài)仿真信息，其中包括工程屬性信息、進(jìn)度信息、工程空間信息、仿真工序信息、工程備注信息、工序時間信息，為遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的管理、施工、設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持[7]。

1.2.2 設(shè)計可視化管理模塊

可視化管理模塊有效結(jié)合了管理科學(xué)技術(shù)與可視化技術(shù)，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的可視化管理。以遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化施工模擬的形式動態(tài)三維地呈現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)水工程實際施工情況與進(jìn)度，為遠(yuǎn)距離調(diào)水工程提供三維的、可視化的、動態(tài)的施工管理支持[8]。

將遠(yuǎn)距離調(diào)水工程施工場地布置和水工建筑施工的動態(tài)三維可視化管理作為實現(xiàn)目標(biāo)，在Visual Studio 平臺上，利用C#語言對可視化管理模塊進(jìn)行搭建。結(jié)合交互式三維集成、可視化等計算機(jī)技術(shù)，通過C#語言接口和GIS控件對接口內(nèi)嵌的場景控件進(jìn)行調(diào)用，對后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實時鏈接，從而對BIM模型、二維場景、三維場景等進(jìn)行加載[9]。

在可視化管理模塊中，主要通過三維與二維聯(lián)動的形式對遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的施工場景進(jìn)行呈現(xiàn)，通過施工要素閃爍中的各種顏色表示不同的施工狀態(tài)[10]。

由于在對遠(yuǎn)距離調(diào)水工程進(jìn)行可視化管理時涉及到十分冗雜而龐大的數(shù)據(jù)量，因此利用SQL數(shù)據(jù)庫存儲可視化管理中的屬性數(shù)據(jù)，并利用ArcGIS空間存儲可視化管理中的空間數(shù)據(jù)[11]。

可視化管理模塊中的可視化施工管理界面具體見圖1。

圖1 可視化施工管理界面

1.2.3 設(shè)計現(xiàn)場監(jiān)測模塊

現(xiàn)場監(jiān)測模塊主要用于對遠(yuǎn)距離調(diào)水工程進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，以保障施工的質(zhì)量和安全[12]。在現(xiàn)場監(jiān)測模塊中，主要通過視頻播放端進(jìn)行視頻播放，選擇的視頻播放端為Windows Media Player，通過Office 2010對視頻信息進(jìn)行記錄，并利用C#語言與數(shù)據(jù)庫接口構(gòu)建視頻存儲接口[13]?，F(xiàn)場監(jiān)測模塊具體由客戶端、數(shù)據(jù)分析單元、視頻切換管理單元、視頻傳輸單元、視頻采集單元構(gòu)成，其模塊結(jié)構(gòu)具體見圖2。

圖2 現(xiàn)場監(jiān)測模塊結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同距離，現(xiàn)場監(jiān)測模塊所運(yùn)用的傳輸視頻方式不同，具體見表3。

表3 傳輸視頻方式

1.2.4 設(shè)計GIS模塊

GIS模塊主要通過GIS開發(fā)引擎提供屬性雙向查詢、GIS 模型與空間分析、三維地圖與二維地圖查看功能。使用的GIS開發(fā)引擎頁面具體見圖3[14]。

圖3 GIS開發(fā)引擎頁面

1.2.5 設(shè)計報表模塊

報表模塊主要用于對遠(yuǎn)距離調(diào)水工程安全報表、質(zhì)量報表進(jìn)行數(shù)字化查詢、更改、上傳等功能，能夠大大提升安全、質(zhì)量管理的規(guī)范化、自動化水平。報表模塊的操作界面共包含4個區(qū)域，包括操作顯示區(qū)、報表目錄區(qū)、工具欄、快速查找區(qū)[15]。同時，報表模塊還提供報表模板導(dǎo)出功能。模塊中的報表操作顯示與報表模板導(dǎo)出界面具體見圖4。

圖4 報表操作顯示與報表模板導(dǎo)出界面

2 仿真實驗測試

2.1 仿真實驗設(shè)計

對所設(shè)計的基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)進(jìn)行仿真實驗測試。實驗中的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程為一個大型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程，該工程的具體信息見表4。

表4 實驗遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的具體信息

利用所設(shè)計的基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)對實驗遠(yuǎn)距離調(diào)水工程進(jìn)行可視化管理實驗。獲取基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的施工場地可視化測試結(jié)果、施工過程可視化測試結(jié)果以及施工建筑可視化測試結(jié)果。為增強(qiáng)本次實驗結(jié)果的對比性，將現(xiàn)有的兩種遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)作為實驗中的對比系統(tǒng)進(jìn)行對比實驗，包括基于動態(tài)監(jiān)測技術(shù)、基于循環(huán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)。同樣利用這兩種遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)對實驗遠(yuǎn)距離調(diào)水工程實施可視化管理實驗，并獲取二者的實驗數(shù)據(jù)作為對比實驗數(shù)據(jù)。

2.2 施工場地可視化測試

利用基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)與兩種對比實驗系統(tǒng)對實驗遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的施工場地進(jìn)行可視化管理測試，獲取實驗系統(tǒng)的施工場地可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)，具體見圖5。

圖5 施工場地可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)圖5的施工場地可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)可知，基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的施工場地可視化調(diào)控率更高。

2.3 施工過程可視化測試結(jié)果

利用基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)與兩種對比實驗系統(tǒng)對實驗遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的施工過程進(jìn)行可視化管理測試，獲取實驗系統(tǒng)的施工過程可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)，具體見圖6。

圖6 施工過程可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)圖6的施工過程可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)可知，基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的施工過程可視化調(diào)控率高于兩種對比實驗系統(tǒng)。

2.4 施工建筑可視化測試結(jié)果

利用基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)與兩種對比實驗系統(tǒng)對實驗遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的施工建筑進(jìn)行可視化管理測試，獲取實驗系統(tǒng)的施工建筑可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)，具體見圖7。

圖7 施工建筑可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)圖7的施工建筑可視化調(diào)控率對比實驗數(shù)據(jù)可知，基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)的施工建筑可視化調(diào)控率更高。

3 結(jié) 語

基于BIM模型的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程可視化管理系統(tǒng)實現(xiàn)了多種方面可視化調(diào)控率的提升，對于遠(yuǎn)距離調(diào)水工程的安全高效管理有重大意義。