唐建华1 程曦2 周姗1 高保家2 程浩川2 邹新成3
1重庆市市政工程协会 400015 2筑智建科技（重庆）有限公司 400030 3身份证号：51021219630521XXXX
摘要：随着经济的发展，水利工程发展越来越快。为了保证工程的建设质量，需要对工程建设的各个过程进行安全监测，提高水利工程建设质量。为了提高长距离输水工程安全监测信息的可视化表达效果，实现海量动态安全监测信息的高效管理，并用以辅助安全分析，提出了基于建筑信息模型的输水工程动态安全监测信息集成与网络可视化方法。
关键词：输水工程；BIM；安全监测；动态信息集成；网络可视化
引言
BIM技术即为建筑信息化模型技术，英文全称建筑信息化模型能够将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中。传统的水利工程项目管理方法，主要基于工程图纸和实际经验，而BIM技术实现了土石坝项目施工进度管理的可视化和动态化，通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，使该模型达到设计施工的一体化，各专业协同工作，从而降低了工程生产成本，保障工程按时按质完成。
1输水工程三维虚拟场景元素组织分析
输水工程存在纵坡、转弯等结构形式，所跨区域范围较大，与其他建筑工程相比，结构差异明显。对输水工程BIM建模首先要对三维虚拟场景元素构成进行分析，可将输水工程BIM场景分为以下几类：（a）水工建筑物：钢管、渡槽、明渠、气阀、蝶阀等输水工程建筑物；（b）地形：体现输水工程沿线区域地形起伏及周边环境；（c）安全监测布置：渗压计、测缝计、沉降仪等输水建筑物上布置的各类监测仪器。对场景元素分类，将不同类型的场景元素采用合理的方式组织在一起，可发挥BIM软件参数化建模特性，提高建模效率。
2输水工程BIM模型建模方法
2.1水工建筑物建模
输水工程BIM模型水工建筑物建模可以分为3步：第一步，完善项目族构件库。建立水工建筑物和安监布置模型时，应充分发挥Ｒevit建模过程中基于“族”的图元特性，然而Ｒevit软件中自带的系统族并未涵盖输水工程所有构件模型。对于系统族中已经包含的族类型，可直接在项目中载入使用。对于系统族中未包含的族类型，需要在Ｒevit中使用族编辑器自主建立族文件（．rfa），创建建筑物基本构件，定义不同类型构件的相应属性参数，比如几何尺寸、材料特性等，最后载入模型项目中，这样就组成了参数化的族构件库。第二步，创建输水工程轴网系统。Ｒevit采用将构件放置在项目中的建模方法，所以需要根据工程实际情况建立轴网系统，以确定构件放置的起末位置，对模型尺寸基本情况进行描述，构成结构框架。本项目各类元素按照实际空间坐标集成在一起，故先在AutoCAD中按照实际坐标建立构件的尺寸边界，再导入Ｒevit中建立标高轴网系统，以此确保坐标的准确性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第三步，构件模型放置与调整。将创建的族构件根据工程实际修改其构件参数，放置在标高轴网系统中，将构件的基本信息、结构属性、尺寸信息、安装状态等添加到对应的模型中，对每个构件模型设置特定的ID，BIM模型自动整合属性信息，建立集成信息的BIM模型，便于后期安全监测信息和模型的动态耦合。
2.2地形建模
Ｒevit中地形属于场地建模，建模方法区别于上述构件模型建模步骤。在Ｒevit中导入等高线CAD文件，应用“体量和场地”选项卡中“地形表面”工具，选择导入的等高线即可创建地形表面。
3关于BIM模型与动态安全监测信息集成及可视化方法
3.1输水工程安全监测数据采集与集成
输水工程安全监测数据采集分为监测仪器采集和人工巡检采集2种形式。沉降变形、连接缝开合度、外水压力、内水压力等这些监测数据由监测仪器自动远程采集并自动传输。工程沿线设标高测量点，工程人员巡检时通过水准测量监测沉降，人工巡检现场手持PDA或平板电脑，通过手动录入的方式对监测数据进行补充采集和现场照片上传，为实现数据分析、照片查询和安全监测可视化管理提供支持。数据库服务器上搭载2个数据库平台ACCESS和SQLServer，两者间开发数据接口，自动定期从ACCESS数据库读取更新数据并集成到SQLServer数据库内。自动远程采集的监测数据通过GPＲS网络传输到ACCESS数据库管理平台，再无缝集成到SQLServer数据库平台。人工巡检时读取沿程沉降数据，将数据手动录入手持PDA或平板电脑中，通过仪器编号保存相应的监测信息，现场数据和工程巡视照片通过GPＲS网络发送至数据库中，进行下一步应用。监测仪器数据采集以及人工巡检得到的监测数据按照不同的存储方式耦合到数据库中，使用数据前对数据进行预处理，保证数据采集频率相同，解决监测仪器和人工巡检时间不一致的问题。
3.2关于BIM模型与安全监测信息动态耦合
输水工程安全监测信息为多源异构数据，包括原始监测数据和现场巡视照片等，需要合理设计数据库，对这些数据进行储存并关联到BIM模型。采用SQLServer作为数据库平台，统一集中管理安全监测信息，以文件的形式存储安监信息和三维模型，在数据库中只存储文件路径。每个安全监测仪器都有唯一的仪器编号，运用关键字段映射的方法，在安全监测仪器编号和监测仪器BIM模型ID间建立一一对应的关系，原始监测数据、仪器信息、现场照片都可以通过监测仪器编号字段关联到BIM模型，从而实现BIM模型和安全监测信息的动态耦合。
3.3输水工程BIM模型的网络可视化
由上述可知BIM模型建模中将构件基本信息、结构属性、尺寸信息、安装状态等集成到BIM模型中，使得BIM模型数据量很大，实现BIM模型网络可视化需要对BIM模型轻量化处理。网络技术的快速发展使基于WEB的BIM显示研究逐渐展开，WebGL技术是一套JavaScriptAPI，可以解决硬件加速技术的不足，能够实现BIM模型在WEB浏览器的三维渲染问题，Three．js作为一款JavaScript编写的WebGL第三方库，提供了相当多的3D显示功能。ForgeViewer是由Autodesk公司提供的Three．js框架的高级封装，是一个基于WebGL的网页端模型查看器，它与Ｒevit建立的BIM模型之间有良好的数据接口，可以在线浏览．svf格式的三维模型，具备模型场景浏览、图层控制、信息查询等功能。
3.4动态安全监测的可视化分析
根据BIM技术及网络可视化平台，建立三维模型展示工程构造及虚拟场景等信息，通过浏览器控件对BIM模型和工程三维虚拟场景的操作控制，实现放大、缩小、平移、旋转等基本视图操作。点击监测仪器模型或通过条件筛选查询监测仪器，可在三维虚拟场景内对监测仪器位置聚焦，同时显示BIM模型建立时输入的模型属性信息，实现构件的基本信息、结构属性、设计编号、安装状态等信息可视化表达。根据BIM模型与安全监测信息的动态耦合可实时查阅监测数据，帮助管理者迅速决策。相关设计文档（安全监测布置图、设备安装图等）提供下载接口，方便对输水工程安全监测进一步分析，同时可对安全监测数据做进一步的统计分析、报表输出、时序图绘制等处理，实现安全监测信息三维可视化管理。
4结语
总之，输水工程沿途建筑物及监测设备种类复杂、数量繁多，对其进行安全监测会产生大量监测信息。对动态安全监测信息网络可视化分析开展了研究。
参考文献
[1]李佳宇.水利工程大坝的安全监测技术与发展[J].河南水利与南水北调，2015-02-28.
[2]李毅男.水利工程大坝的安全监测技术与发展[J].工程技术研究，2017-11-23.
论文作者:唐建华1,程曦2,周姗1,高保家2,程浩川2,邹新
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/11
标签：模型论文; 工程论文; 构件论文; 信息论文; 数据论文; 建模论文; 建筑物论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;