楊國平 劉志剛

(北京理正軟件股份有限公司,北京 100044)

基于BIM的基坑施工任務(wù)監(jiān)管云平臺(tái)

楊國平 劉志剛

(北京理正軟件股份有限公司,北京 100044)

基于BIM、公有云和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建了一個(gè)基坑支護(hù)施工現(xiàn)場任務(wù)監(jiān)管云平臺(tái)：1) 讀入基坑設(shè)計(jì)模型，經(jīng)過組織整理與設(shè)計(jì)深化，創(chuàng)建完成基坑施工BIM模型； 2)將模型上傳到云端后，施工管理人員可基于模型向施工隊(duì)下達(dá)任務(wù)；3)施工工長可通過手機(jī)APP接受任務(wù)，查看設(shè)計(jì)資料，實(shí)時(shí)上傳施工現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)、照片、視頻等信息； 4)監(jiān)管人員可通過云平臺(tái)對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。

基坑施工； BIM； 實(shí)時(shí)監(jiān)管； 云平臺(tái)； 移動(dòng)客戶端

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.08

1 引言

深基坑工程在建筑工程中屬于事故高發(fā)項(xiàng)目，風(fēng)險(xiǎn)較大，各地對(duì)基坑工程的安全監(jiān)管也十分重視，如規(guī)定支護(hù)方案必須通過專家論證，施工過程需納入“危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程施工監(jiān)管平臺(tái)”進(jìn)行管理等措施，但基坑工程事故仍然不時(shí)發(fā)生。這些事故發(fā)生的主要原因，是工程建設(shè)各方主體責(zé)任單位不嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程及相關(guān)管理文件，不認(rèn)真履行質(zhì)量安全責(zé)任，沒有對(duì)深基坑工程從勘察設(shè)計(jì)到基坑回填的全過程每一環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)管，信息采集手段落后，信息不對(duì)稱，隱患問題發(fā)現(xiàn)滯后，處置不及時(shí)造成的。

現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)與施工技術(shù)不斷進(jìn)步，BIM、互聯(lián)網(wǎng)、公有云、移動(dòng)客戶端等技術(shù)蓬勃發(fā)展，已經(jīng)在建筑工程中發(fā)揮著越來越大的作用，完全可以做到施工信息獲取的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)管，但在基坑工程中的應(yīng)用還不多見。利用BIM技術(shù)可做到直觀準(zhǔn)確，利用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)可做到信息實(shí)時(shí)采集，利用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成技術(shù)可實(shí)時(shí)抓取施工監(jiān)測關(guān)鍵數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)警，利用公有云技術(shù)可大幅降低系統(tǒng)架構(gòu)成本，讓更多基坑項(xiàng)目獲益。

目前施工階段的BIM應(yīng)用，基本上停留在對(duì)施工“事前的模擬與指導(dǎo)”基礎(chǔ)上，很少能見到在施工過程中BIM的深入應(yīng)用。理正公司利用自身在“BIM+MIS+移動(dòng)互聯(lián)+云平臺(tái)”幾方面優(yōu)勢，搭建了“基于BIM的基坑施工任務(wù)監(jiān)管云平臺(tái)”，將BIM與施工過程結(jié)合起來，使BIM在施工過程中得以發(fā)揮巨大作用，實(shí)現(xiàn)了施工BIM由“靜態(tài)應(yīng)用”到“動(dòng)態(tài)應(yīng)用”的飛躍。以下將對(duì)理正施工監(jiān)管云平臺(tái)進(jìn)行簡單介紹。

2 系統(tǒng)工作原理

理正施工監(jiān)管云平臺(tái)由云服務(wù)器、施工模型加工客戶端、施工任務(wù)分配與監(jiān)管客戶端、工長任務(wù)接收與信息采集APP、基坑監(jiān)測系統(tǒng)接口等五部分組成。其中模型加工客戶端為C/S軟件，任務(wù)分配客戶端為B/S軟件，工長APP為移動(dòng)端軟件，基坑監(jiān)測接口為后臺(tái)定時(shí)自動(dòng)抓取數(shù)據(jù)的服務(wù)。因此本系統(tǒng)采用的技術(shù)架構(gòu)是較為復(fù)雜的，構(gòu)建此系統(tǒng)需要綜合采用多種研發(fā)技術(shù)，如圖1所示。

本系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)包括BIM建模與展示技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)APP技術(shù)、公有云平臺(tái)技術(shù)和管理信息系統(tǒng)集成技術(shù)。系統(tǒng)使用角色主要有項(xiàng)目部技術(shù)人員、項(xiàng)目部管理人員、施工工長、建設(shè)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)主等。施工監(jiān)管云平臺(tái)的工作原理如圖2所示，基于此系統(tǒng)工作的典型步驟如下：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 系統(tǒng)工作原理

1)項(xiàng)目部：讀入設(shè)計(jì)模型，進(jìn)行施工模型建模；

2)項(xiàng)目部：施工模型上傳；

3)項(xiàng)目部：基坑施工任務(wù)策劃、上載施工資料；

4)工長：手機(jī)APP接受任務(wù)，查詢資料，上傳現(xiàn)場施工信息；

5)項(xiàng)目部：實(shí)時(shí)查詢施工進(jìn)度與現(xiàn)場資料；

6)業(yè)主、建企領(lǐng)導(dǎo)：綜合查詢與監(jiān)管。

3 基坑施工BIM模型創(chuàng)建

基坑施工BIM模型包含支護(hù)樁、內(nèi)支撐、立柱、連續(xù)墻、土釘、錨桿、土方、降水等多種分項(xiàng)模型。創(chuàng)建有兩種方法：其一，可通過讀入P-BIM[1]標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建，這種方法非常簡單方便； 其二，如果得不到P-BIM數(shù)據(jù)，也可利用設(shè)計(jì)階段的Revit成果，將幾何造型讀入后，再通過手工對(duì)構(gòu)件所屬施工分部分項(xiàng)類別進(jìn)行組織、整理，對(duì)構(gòu)件屬性進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)置(如代碼、名稱等)，最終形成施工模型。

3.1 讀入基坑P-BIM標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建模型

中國BIM發(fā)展聯(lián)盟主導(dǎo)的協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑設(shè)計(jì)P-BIM軟件功能與信息交換標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)進(jìn)入報(bào)批階段，理正公司研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)配套軟件已實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(mdb格式)的直接導(dǎo)出[2]。本系統(tǒng)可以直接讀入“理正基坑”輸出的P-BIM標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，形成初步的基坑施工BIM模型。這種方法的好處是不言而喻的，用戶不需要培訓(xùn)，只需點(diǎn)擊功能按鈕，選擇設(shè)計(jì)軟件輸出的mdb數(shù)據(jù)庫，施工模型就可在瞬間建立完畢，包括幾何形體與構(gòu)件的屬性數(shù)據(jù)，甚至于分部分項(xiàng)信息也可自動(dòng)建立。圖3為讀入P-BIM標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)形成的初步施工模型。

圖3 讀入P-BIM基坑模型

3.2 利用設(shè)計(jì)階段Revit成果創(chuàng)建模型

目前，設(shè)計(jì)階段采用BIM技術(shù)已經(jīng)相對(duì)普遍，重要程度稍高的項(xiàng)目，為了完成高質(zhì)量的設(shè)計(jì)協(xié)同工作，一般都有利用Revit軟件完成的基坑工程設(shè)計(jì)模型(rvt格式)。這種設(shè)計(jì)模型雖然一般只包含三維幾何信息與少量屬性信息，但在施工階段仍然具有很大的利用價(jià)值。本系統(tǒng)可以直接讀入Revit設(shè)計(jì)模型，直接利用其幾何體與屬性，再對(duì)分部分項(xiàng)進(jìn)行分類加工，對(duì)構(gòu)件屬性進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)置，即可應(yīng)用于后續(xù)的云平臺(tái)施工監(jiān)管中。模型加工界面及讀入后的Revit模型如圖4所示。

3.3 模型深化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)模型一般都需經(jīng)過深化設(shè)計(jì)工作，才能達(dá)到施工模型的深度。基坑深化設(shè)計(jì)的內(nèi)容較多，僅以灌注樁深化設(shè)計(jì)為例。灌注樁深化設(shè)計(jì)包括：鋼筋籠深化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)要求參數(shù)設(shè)置、施工要求參數(shù)設(shè)置三部分，如圖5所示。

圖4 模型加工界面及讀入Revit基坑模型

圖5 灌注樁深化設(shè)計(jì)

3.4基坑施工進(jìn)度模擬

在模型上傳到云端之前，本系統(tǒng)還提供了基坑施工進(jìn)度模擬功能。對(duì)模型中各分部分項(xiàng)設(shè)置計(jì)劃開工與完成時(shí)間后，即可進(jìn)行施工進(jìn)度模擬。模擬的粒度可以到分項(xiàng)工程，也可以到檢驗(yàn)批，甚至可精確到具體某根構(gòu)件的某道施工工序。施工模擬的過程可進(jìn)行視頻錄制，方便在脫離本系統(tǒng)的情況下進(jìn)行演示。施工進(jìn)度模擬界面如圖6所示。

圖6 基坑施工進(jìn)度模擬

3.5 模型上傳云端

施工BIM模型構(gòu)建成功后，即可上傳到云端，系統(tǒng)提供了上傳云端命令，上傳工作可一鍵完成。模型上傳到云端后，管理人員即可基于此模型進(jìn)行施工任務(wù)的下達(dá)。圖7為上傳到云平臺(tái)的的部分基坑施工模型。

圖7 部分基坑施工模型

4 基坑施工任務(wù)下達(dá)

施工管理人員登錄監(jiān)管云平臺(tái)后，可在系統(tǒng)中按照BIM模型分部分項(xiàng)的劃分，進(jìn)行施工任務(wù)的下達(dá)。下達(dá)施工任務(wù)包括以下兩個(gè)步驟。

4.1 施工任務(wù)策劃

包括新建施工任務(wù)、分部分項(xiàng)或構(gòu)件選擇、施工隊(duì)指定等，相對(duì)于傳統(tǒng)的施工任務(wù)管理系統(tǒng)，由于是基于BIM模型進(jìn)行管理，有三維構(gòu)件展示，任務(wù)分配更加直觀明了，操作界面如圖8所示。

圖8 基坑施工任務(wù)策劃

4.2 施工資料上傳

施工資料包括兩種類別，一種是工程一級(jí)的資料，如基坑施工方案，設(shè)計(jì)圖紙，地勘資料，項(xiàng)目施工要求等； 另一種為任務(wù)級(jí)別的施工資料，例如對(duì)某根灌注樁的深化設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)某根樁的施工要求等。這些資料上傳成功后，施工人員可通過手機(jī)APP隨時(shí)隨地直接查看，這樣就可做到施工資料有序分發(fā)與查看，不但減少了溝通工作量，而且比電子郵件或紙質(zhì)資料方式更不容易出錯(cuò)。具體操作界面如圖9所示。

圖9 基坑施工資料上傳

5 基坑施工工長APP

5.1 接受施工任務(wù)

工長通過手機(jī)APP登錄云平臺(tái)后，自動(dòng)接受分配給他的施工任務(wù)。以灌注樁施工任務(wù)為例，進(jìn)入某一具體任務(wù)后，軟件列出了在本任務(wù)中需要完成的灌注樁編號(hào)，并用不同顏色表示不同的施工狀態(tài)。每個(gè)灌注樁均需要完成成孔、鋼筋籠加工、混凝土澆筑三個(gè)工藝步驟。具體操作界面如圖10所示。

圖10 接受基坑施工任務(wù)

5.2 查看任務(wù)資料

管理人員上傳施工資料后，工長通過手機(jī)APP，即可實(shí)時(shí)查看這些資料。這些資料均可在聯(lián)網(wǎng)時(shí)進(jìn)行下載，自動(dòng)緩存到手機(jī)中，即使在斷網(wǎng)的環(huán)境中，仍可進(jìn)行瀏覽閱讀，具體界面如圖11。

圖11 查看施工資料

5.3 提交現(xiàn)場施工信息

現(xiàn)場施工信息包括施工參數(shù)、施工人員照片以及現(xiàn)場施工照片等。這些信息均可在斷網(wǎng)離線時(shí)進(jìn)行錄入或拍照，網(wǎng)絡(luò)連接后自動(dòng)上傳到云端。拍照時(shí)，將自動(dòng)記錄拍照時(shí)間與拍照地點(diǎn)的GPS坐標(biāo)，杜絕造假情況的發(fā)生。APP的界面如圖12所示。

圖12 現(xiàn)場施工信息提交

5.4 設(shè)置任務(wù)完成狀態(tài)

如果已完成施工，并將現(xiàn)場信息錄入后，工長可點(diǎn)擊任務(wù)完成按鈕，設(shè)置云端的任務(wù)完成狀態(tài)。這時(shí)管理人員即可通過管理程序，實(shí)時(shí)查看任務(wù)完成狀態(tài)。具體界面如圖13所示。

圖13 設(shè)置任務(wù)完成狀態(tài)

6 基坑施工實(shí)時(shí)監(jiān)管

6.1 現(xiàn)場進(jìn)度查看

施工管理人員在任何時(shí)間與地點(diǎn)，均可通過瀏覽器上的任務(wù)監(jiān)管界面實(shí)時(shí)查看某一具體任務(wù)基本信息與實(shí)時(shí)完成狀態(tài)。如圖14所示。

圖14 列表方式查看任務(wù)完成狀態(tài)

也可在三維場景中查看實(shí)時(shí)完成狀態(tài)，不同的完成狀態(tài)采用不同的顏色顯示，非常直觀，具體界面如圖15所示。

圖15 三維方式查看任務(wù)完成狀態(tài)

6.2 施工現(xiàn)場實(shí)時(shí)信息查看

由手機(jī)APP實(shí)時(shí)上傳的施工現(xiàn)場參數(shù)、施工人員照片、現(xiàn)場照片等信息，施工管理人員均可及時(shí)查看。由于采用了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所得到的施工信息實(shí)時(shí)且真實(shí)準(zhǔn)確，因此十分便于快速發(fā)現(xiàn)施工中的問題，及時(shí)糾正以便減少損失。具體操作界面圖16所示。

6.3 基坑位移監(jiān)測預(yù)警

由于本系統(tǒng)與基坑監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了接口，因此可得到位移等監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過對(duì)每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置位移上下限，以及位移變化速率的上下限值，可在三維模型視圖中直觀顯示位移監(jiān)測結(jié)果，對(duì)超限的情況用醒目的顏色進(jìn)行預(yù)警，也可設(shè)置發(fā)生通知短信。位移監(jiān)測預(yù)警界面如圖17所示。

圖16 查看現(xiàn)場施工信息

圖17 基坑位移監(jiān)測預(yù)警

圖18 房屋建筑與地鐵基坑測試模型

7 系統(tǒng)實(shí)施中的一些問題

系統(tǒng)開發(fā)完成后，共進(jìn)行了三個(gè)基坑支護(hù)工程的測試驗(yàn)證，包括一個(gè)地鐵基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)工程、兩個(gè)房屋建筑基坑支護(hù)工程，如圖18所示。經(jīng)測試，三個(gè)工程均能達(dá)到預(yù)定的功能要求，能夠體現(xiàn)BIM與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合帶來的好處。但實(shí)施過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，對(duì)未來系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用影響較大，包括BIM模型在線變更問題，以及與現(xiàn)場基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接口問題。

7.1 基坑BIM模型的在線變更問題

在整個(gè)施工過程中，受現(xiàn)場未定因素的干擾，預(yù)定實(shí)施計(jì)劃被反復(fù)調(diào)整是不可避免的，有時(shí)會(huì)涉及到對(duì)BIM模型的更改，其中有兩種情況較難處理：其一是BIM構(gòu)件的拆分，例如將原屬于一個(gè)施工班組任務(wù)的一片地下連續(xù)墻一分為二，分別安排給兩個(gè)施工班組進(jìn)行施工，這時(shí)就需要系統(tǒng)具備必要的在線三維模型剖切功能； 其二是BIM構(gòu)件的添加，例如經(jīng)現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)事先未預(yù)料的地質(zhì)問題，需要變更增加錨桿，這時(shí)就需要能夠在線新增或在線導(dǎo)入錨桿模型。但目前本系統(tǒng)不具備三維BIM模型的在線編輯功能，只能在線下修改BIM模型后，對(duì)模型進(jìn)行重新上載，對(duì)原模型的三維幾何體進(jìn)行覆蓋，同時(shí)保留構(gòu)件編碼與施工任務(wù)的現(xiàn)場采集信息。由于前后兩次上載時(shí)，模型構(gòu)件的編碼并未發(fā)生變化，因此不會(huì)丟失施工過程中采集到的各種信息，但應(yīng)用過程不夠簡潔，操作復(fù)雜且工作量大。因此，未來系統(tǒng)應(yīng)增加在線BIM模型的簡單編輯功能，包括對(duì)三維幾何體的拆分、合并、添加、導(dǎo)入、刪除等功能。

7.2 與現(xiàn)場基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接口問題

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前市場上基坑施工監(jiān)測數(shù)據(jù)采集技術(shù)較為龐雜，儀器廠商與監(jiān)測單位各有各的數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，也有單位尚未建立監(jiān)測采集管理系統(tǒng)。因此，本系統(tǒng)需要與不同的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，勢必造成實(shí)施工作量與成本的大幅增加，無法達(dá)到大量推廣的目的。為此，我們制訂了《理正基坑監(jiān)測類型編碼標(biāo)準(zhǔn)》和《理正基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)上載XML標(biāo)準(zhǔn)格式》，并提供了一組配套的WebAPI供監(jiān)測廠商調(diào)用，向本系統(tǒng)定時(shí)推送監(jiān)測數(shù)據(jù)。這樣，本系統(tǒng)就具備了與不同監(jiān)測廠商數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行在線連接的能力，為大規(guī)模實(shí)施做好了準(zhǔn)備。目前，本系統(tǒng)已經(jīng)完成了與智博聯(lián)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的在線對(duì)接。

8 總結(jié)

采用BIM、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、公有云、MIS等新技術(shù)搭建的基坑施工監(jiān)管云平臺(tái)，能夠達(dá)到模型直觀展示、任務(wù)有序下達(dá)、信息實(shí)時(shí)采集、問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)的效果，并且實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)BIM應(yīng)用到動(dòng)態(tài)BIM應(yīng)用的提升； BIM技術(shù)與移動(dòng)終端、MIS、云技術(shù)的結(jié)合大有可為； BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用值得大力探索。

[1]黃強(qiáng). 論BIM[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2016.

[2]楊國平，馮金志，崔年治.理正勘察設(shè)計(jì)階段P-BIM應(yīng)用系統(tǒng)研究[J].中國勘察設(shè)計(jì)， 2015(4)： 92-97.

Based on BIM Supervision Cloud of Foundation Pit Construction Task

Yang Guoping， Liu Zhigang

(BeijingleadingsoftwareCo.,Ltd.，Beijing100044,China)

Based on BIM，public cloud and mobile internet，a cloud platform for the task supervision on the site construction of foundation pit support was set up.It provided the following functions：Firstly，after reading，modifing and design-developing the model of foundation pit design，BIM model of foundation pit construction could be created. Secondly，if the BIM model is uploaded to the cloud，the construction manager can issure assignments to the construction team on the basis of the BIM model. Thirdly，using the mobile client，the construction team leader can accept the tasks，view the design data，and upload the realtime information，including kinds of data，photoes，videos and so on. Fourth，the supervisor can do the realtime supervision of the construction site.

Foundation Pit Construction； BIM； Realtime Supervision； Cloud Platform； Mobile Client

楊國平(1968-)，男，工學(xué)博士，教授級(jí)高工，副院長，主要從事土木工程CAD、協(xié)同與BIM等軟件研發(fā); 劉志剛(1972-)，男，工程師，技術(shù)總監(jiān)，主要從事協(xié)同設(shè)計(jì)、BIM等軟件研發(fā)與實(shí)施。

TU443；TU17

A

1674-7461(2016)06-0044-07