BIM技術(shù)結(jié)合WEB系統(tǒng)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

陳金鋒

摘 要：為了解決基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題，開展了BIM技術(shù)與WEB系統(tǒng)聯(lián)合用于基坑監(jiān)測(cè)的研究。結(jié)合基坑開挖工程實(shí)例，介紹工程實(shí)際情況，利用BIM技術(shù)構(gòu)建出基坑三維立體模型，在此基礎(chǔ)上，建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)族，并反饋到模型中，實(shí)現(xiàn)模型與基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的有效關(guān)聯(lián)，推動(dòng)基坑監(jiān)測(cè)工作可視化進(jìn)行。根據(jù)研究結(jié)果可知，搭建具備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與預(yù)警功能的WEB系統(tǒng)，并找出BIM模型與WEB系統(tǒng)的交互方式，可達(dá)到充分發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)的效果，實(shí)現(xiàn)基坑工程數(shù)字化開展。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);WEB系統(tǒng);基坑監(jiān)測(cè);模型創(chuàng)建;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TU754? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）04-0096-03

0 引言

城市化的不斷推進(jìn)與發(fā)展，使深基坑工程施工數(shù)量增多，為保證基坑開挖施工安全性、秩序性，需注重對(duì)該項(xiàng)工作的全過程監(jiān)測(cè)。在陳林波研究中指出，BIM技術(shù)作為當(dāng)前建設(shè)工程常應(yīng)用的技術(shù)之一，在施工監(jiān)測(cè)、故障判斷等方面優(yōu)勢(shì)顯著;WEB系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)警，并創(chuàng)設(shè)出直觀性的數(shù)據(jù)圖表，便于施工前的分析。但對(duì)二者聯(lián)合應(yīng)用方面研究較少，本研究將二者結(jié)合起來，應(yīng)用到開展基坑開挖作業(yè)中，通過創(chuàng)建模型，導(dǎo)出基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等方式，使基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題得到有效解決。

1 工程概況

某工程建設(shè)有2層地下室，基坑開挖面積約1.5萬m2，開挖深度18 m，土方總開挖量達(dá)30萬 m3。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，發(fā)現(xiàn)主要土質(zhì)為粉土、砂土互層以及粉質(zhì)黏土。經(jīng)測(cè)量，基坑與周邊河道最近距離為50 m，為保證基坑外圍的穩(wěn)固性，決定設(shè)置TRD水泥攪拌墻與鋼筋混凝土地下連續(xù)墻。此外，基坑中的支撐結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，共兩層，均采用雙圓環(huán)的設(shè)置形式，各圓環(huán)半徑為64.5 m、75.2 m。工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，基坑安全等級(jí)為一級(jí)，施工結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 BIM技術(shù)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 打造BIM監(jiān)測(cè)模型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境以及基坑監(jiān)測(cè)要求打造BIM模型，在此期間需應(yīng)用到Revit軟件，而軟件中談及到的“項(xiàng)目”主要指單個(gè)設(shè)計(jì)信息的集合，通常有設(shè)計(jì)圖紙、項(xiàng)目視圖、項(xiàng)目構(gòu)件等?！白濉眲t同時(shí)包括相關(guān)圖形的圖元組以及通用屬性集。但需注意的是，相同族的不同圖元部分的值可能存在差異。

模型建設(shè)時(shí)，需借助族的組合來制定項(xiàng)目文件，因此，族便是項(xiàng)目的核心，貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，是項(xiàng)目模型中最基礎(chǔ)構(gòu)筑單元。結(jié)合工程具體要求，在建設(shè)BIM模型時(shí)，將基坑各類構(gòu)件設(shè)置為一個(gè)“族”類別，包括地下連續(xù)墻、樁基礎(chǔ)、土方等參數(shù)化族，而族文件為各類建筑構(gòu)件，如柱、板、鋼筋等，再將其分別整合到項(xiàng)目文件中，做好與項(xiàng)目有關(guān)信息的填寫，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)構(gòu)件的導(dǎo)入。與此同時(shí)，依托于不同構(gòu)件在空間中所表現(xiàn)出的實(shí)際位置關(guān)系，精準(zhǔn)記錄相對(duì)應(yīng)的平面坐標(biāo)，還需詳細(xì)標(biāo)記構(gòu)件標(biāo)高，以此為依據(jù)，打造出基坑支護(hù)的BIM模型。模型的建立極大程度地便利了構(gòu)件的更新工作，只需對(duì)軸網(wǎng)位置、標(biāo)高值便能夠?qū)崟r(shí)改變構(gòu)件位置與高程。

2.2 模型中監(jiān)測(cè)點(diǎn)族設(shè)置

族是組成項(xiàng)目的基礎(chǔ)構(gòu)件，亦是參數(shù)信息的重要載體。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)打造專用族庫，再導(dǎo)入相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)BIM模型與基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效關(guān)聯(lián)。本工程基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容有不同連續(xù)墻的深層側(cè)向位移監(jiān)測(cè)，如地下連續(xù)墻、基坑外側(cè)TRD連續(xù)墻等，同時(shí)，還包括基坑內(nèi)、外水位監(jiān)測(cè)、周邊建筑沉降監(jiān)測(cè)等。針對(duì)不同監(jiān)測(cè)工作設(shè)計(jì)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)專用族庫，包括水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)族、周邊沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)族、水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)族[1]。

創(chuàng)建族時(shí)，若選用公制常規(guī)模型族樣板進(jìn)行，則可將“常規(guī)模型”族看做成通用族，由于其不具備其他族的特性，可在模型任意位置放置，因此這類族能夠有效適應(yīng)基坑監(jiān)測(cè)作業(yè)的實(shí)際需求，在模型上加以顯現(xiàn)。此外，在族類別、族參數(shù)中對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)族進(jìn)行處理，將其變更為基于工作平面的添加方式，便可以按照工作平面的方式將監(jiān)測(cè)點(diǎn)族添加到項(xiàng)目指定的監(jiān)測(cè)平面上，從而達(dá)到點(diǎn)族集中操作的目的。

完成族類型確定后，執(zhí)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)族相關(guān)參數(shù)信息的添加工作，比如報(bào)警值、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，通過對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可建立起基坑BIM模型與基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)彼此間的聯(lián)系。而監(jiān)測(cè)點(diǎn)族的設(shè)置能夠?qū)⒏黝惐O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)填寫至對(duì)應(yīng)的族類別中，實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)測(cè)信息的全面該匯總，并呈現(xiàn)在模型上，只需對(duì)模型進(jìn)行觀察，便能夠獲取到有價(jià)值信息，便于數(shù)據(jù)處理、分析工作的進(jìn)行。

2.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)色彩變化模擬

監(jiān)測(cè)點(diǎn)族設(shè)置工作完成后，此時(shí)的BIM模型中便能夠查詢到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，但為實(shí)現(xiàn)對(duì)模型全方位、跟蹤監(jiān)控，就需在模型中增加一維時(shí)間參數(shù)，以此有效處理靜態(tài)監(jiān)測(cè)信息，并轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)性的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，賦予模型色彩，增強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況的直觀性。色彩模型設(shè)計(jì)、打造期間，需應(yīng)用到BIM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析模擬軟件。其作用是整合所有靜態(tài)模型，并設(shè)置時(shí)間軸維度，且該軟件具備動(dòng)態(tài)模擬的功能，從而達(dá)到對(duì)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)模擬的目的。具體處理程序如下：在族編輯器中，借助Revit族函數(shù)中的if函數(shù)關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與報(bào)警值，對(duì)點(diǎn)族顏色變化進(jìn)行控制，若監(jiān)測(cè)數(shù)值大于設(shè)定的報(bào)警值，監(jiān)測(cè)點(diǎn)族則為紅色，如圖2所示。若小于報(bào)警值，點(diǎn)族則顯示綠色。

3 基坑監(jiān)測(cè)WEB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 問題與需求分析

本工程涉及到的基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容較多，需整理的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大，傳統(tǒng)人工操作方式無法實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的快速處理，對(duì)此，需應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理工作。在此基礎(chǔ)上，搭建相應(yīng)的分析系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)，設(shè)置數(shù)據(jù)庫，建立起系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系，確保各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的及時(shí)錄入與計(jì)算。數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用WEB系統(tǒng)構(gòu)架原理，可同時(shí)調(diào)取多個(gè)用戶界面，再將給定的預(yù)警值作為依據(jù)，構(gòu)建出直觀的數(shù)據(jù)圖表。因系統(tǒng)具有開放性的特點(diǎn)，能夠和BIM模型有效結(jié)合在一起，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖表轉(zhuǎn)換為模型可識(shí)別的格式文件進(jìn)行導(dǎo)出。

3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

WEB系統(tǒng)設(shè)置有多個(gè)功能模塊，包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入、存儲(chǔ)、查詢、分析等，且不同類型數(shù)據(jù)均有相對(duì)應(yīng)的錄入格式，借助表格完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一導(dǎo)入，促使數(shù)據(jù)處理效率大幅提高。此外，系統(tǒng)獨(dú)特的網(wǎng)頁格式可將鏈接功能設(shè)置于模型中，只需對(duì)模型界面進(jìn)行操作，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)頁的調(diào)控，并做到網(wǎng)頁中各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)取，為模型具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)提供直觀的基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息[2]。

3.3 軟硬件設(shè)計(jì)

3.3.1 B/S架構(gòu)

B/S結(jié)構(gòu)是在Intenet技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)C/S結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)，一部分事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。B/S結(jié)構(gòu)主要利用了不斷成熟的Web瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種ScriPt語言（Java Script等）和服務(wù)器端的Script語言（PHP、ASP、JSP）等技術(shù)，利用通用瀏覽器實(shí)現(xiàn)了原來需要復(fù)雜專用軟件才能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能，并節(jié)約了開發(fā)和維護(hù)成本，架構(gòu)如圖3所示。

3.3.2 軟件功能

本工程運(yùn)行的網(wǎng)站系統(tǒng)在開發(fā)時(shí)遵循三層框架原理，分別為表示層UI、業(yè)務(wù)邏輯層BLL、數(shù)據(jù)訪問層DAL。其中，表示層又叫做轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)地轉(zhuǎn)換，“UI”為用戶界面，具體指可供用戶操作以及和后臺(tái)交互的頁面，確保用戶發(fā)出的請(qǐng)求能夠被系統(tǒng)操作人員及時(shí)接收與處理，并做到所需數(shù)據(jù)信息的快速反饋，打通用戶端訪問系統(tǒng)的窗口。業(yè)務(wù)邏輯層BLL是開發(fā)系統(tǒng)時(shí)的關(guān)鍵性內(nèi)容，主要功能是處理系統(tǒng)各類業(yè)務(wù)，并跟蹤操作數(shù)據(jù)訪問層，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜邏輯判斷的有效處理，并起到精準(zhǔn)驗(yàn)證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的作用。數(shù)據(jù)訪問層用于訪問數(shù)據(jù)庫中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，再將查詢到的數(shù)據(jù)傳輸給業(yè)務(wù)邏輯層。同時(shí)，該層還能執(zhí)行數(shù)據(jù)增加、刪除、修改等操作。

系統(tǒng)主要由兩大模塊組成即數(shù)據(jù)圖表查詢、基礎(chǔ)信息管理，系統(tǒng)功能模塊圖如圖4所示。前者工作內(nèi)容為分類、查詢、統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線圖或其他類型的圖表;而基礎(chǔ)信息管理模塊功能表現(xiàn)在跟蹤管理項(xiàng)目信息、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、點(diǎn)位信息等方面，還可執(zhí)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、編輯等操作。

3.3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

針對(duì)本工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)，共創(chuàng)設(shè)5張數(shù)據(jù)表，包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表、報(bào)警數(shù)據(jù)表、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位信息數(shù)據(jù)表、監(jiān)測(cè)類型信息表、工程項(xiàng)目信息表。各表均設(shè)有主鍵，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的唯一性。同時(shí)，又針對(duì)不同數(shù)據(jù)表建立外鍵鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。采取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)方式，以此增多數(shù)據(jù)庫中總數(shù)據(jù)量，還能夠大幅提高數(shù)據(jù)讀寫效率。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位信息表的作用是存儲(chǔ)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相關(guān)信息，主鍵為點(diǎn)位ID，而外鍵分別為項(xiàng)目ID、類型ID，分別關(guān)聯(lián)工程項(xiàng)目信息表、監(jiān)測(cè)類型信息表，以此確定點(diǎn)位所屬工程項(xiàng)目與監(jiān)測(cè)類型。而工程項(xiàng)目信息表功能是存儲(chǔ)與工程項(xiàng)目有關(guān)的基本信息，主鍵為項(xiàng)目的ID，數(shù)據(jù)表格式如表1所示。

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)自身帶有的鏈接功能，將超鏈接設(shè)置在模型監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各類文件的有效導(dǎo)出，而在填寫鏈接選項(xiàng)卡時(shí)，應(yīng)保證文件名稱與監(jiān)測(cè)點(diǎn)名稱相一致。比如，若想要在模型中上傳某點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖，則需在鏈接名稱欄中寫入系統(tǒng)相應(yīng)網(wǎng)址，便可實(shí)現(xiàn)模型信息的跳轉(zhuǎn)。超鏈接導(dǎo)入正確后，可在模型中選擇隨機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)便可彈出與此點(diǎn)有關(guān)信息的窗口，比如監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖片信息、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)圖表等，同時(shí)，系統(tǒng)還可對(duì)不同時(shí)間段基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并對(duì)該區(qū)段信息的曲線圖進(jìn)行放大查看。

通過鏈接導(dǎo)出的數(shù)據(jù)信息曲線界面可實(shí)現(xiàn)頁面布局的及時(shí)響應(yīng)，且各界面均能夠?qū)?shù)據(jù)曲線完整地呈現(xiàn)出來，而頁面中還設(shè)有查看該監(jiān)測(cè)點(diǎn)圖片與表格的按鈕，依托于BIM模型色彩呈現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的直觀查看，為工作人員基坑位移判斷提供可視化參考[3]。

3.5 成效評(píng)價(jià)

在B/S架構(gòu)基礎(chǔ)上，將BIM技術(shù)與Web系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來應(yīng)用到基坑監(jiān)測(cè)中，可幫助監(jiān)測(cè)人員全過程掌握施工現(xiàn)場(chǎng)情況，經(jīng)過細(xì)致分析與現(xiàn)場(chǎng)圖畫調(diào)用，找出可能引發(fā)基坑位移沉降的影響因素，制定可行的預(yù)防措施，使基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確問題得到妥善解決，取得理想成效。

4 結(jié)語

本文依托于BIM技術(shù)可視化、可參數(shù)化的優(yōu)勢(shì)，打造BIM模型，實(shí)現(xiàn)模型與工程基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享，并在模型中設(shè)置基坑三維變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)警。將WEB系統(tǒng)創(chuàng)建在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，完成數(shù)據(jù)的超鏈接導(dǎo)出，有效結(jié)合BIM模型與WEB系統(tǒng)，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助下，展開對(duì)工程的遠(yuǎn)程監(jiān)管，以保證基坑監(jiān)測(cè)數(shù)值準(zhǔn)確。但本研究因項(xiàng)目樣本有限，只對(duì)一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行研究，結(jié)果不夠具備說服力，在未來應(yīng)將BIM模型與WEB系統(tǒng)結(jié)合方式投入到更多項(xiàng)目中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。

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