基于BIM技術的健康監測平臺信息關聯的設計與實現

杜小平 溫泉 佘健 黃穎銳 何建宏

（1.重慶高速工程顧問有限公司，重慶 401121；2.重慶金交勁通科技股份有限公司，重慶 401336）

一、軟件開發技術

軟件系統采用B/S三層結構，基于Microsoft.NET Framework 4.0框架，開發環境為Visual Studio 2010，數據庫為SQL Server 2008，開發語言為Visual C#、Javascript、Asp.net。這種開發方式相比于其他方式在系統的開發、維護和使用中更為簡潔。客戶只需安裝通用的Web瀏覽器即可，通過Web協議即可與主機進行數據交換。

橋梁健康檢測系統是一項綜合的系統工程，集成了諸如結構分析和計算、計算機技術、通信技術、網絡技術和傳感器技術等高科技技術。為使該系統成為一個有效并能真正在運營期內用于結構損傷和狀態評估，滿足大橋養護管理和運營的需要，同時又具有經濟效益的大橋結構健康檢測系統，應遵循如下原則：

（一）根據橋梁的結構和環境特點，掌握影響結構安全的主要因素，建立功能完備、性能優良、運行周期經濟的監測系統；

（二）采用成熟的系統配套產品，以確保系統的準確性和穩定性；

（三）采用模塊化設計，確保系統的可更換性和經濟性；

（四）采用開放系統設計，確保系統具有良好的可升級性、遠程數據共享和監控功能；

（五）設置適度冗余的傳感器和相關設備，以確保系統的可靠性，并滿足系統改進、擴展和完善的需求；

（六）實時監控與定期監控相結合，減少數據采集量和后期處理難度；

（七）設計功能強大、合理且易于使用的前后處理模塊有效地處理、分析和管理收集數據。

根據監測系統的功能要求，并基于系統建立的總體思路，建立了3個子系統，其構成及主要功能如表1所示。

表1.系統構成及主要功能

二、監測信息數據庫的創建

根據需求分析，數據庫的設計分為六個階段：概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計、數據庫實施、數據庫運行與維護。需求分析主要包括對存儲信息、程序操作和安全性三個方面的分析：明確要管理的信息，確定要存儲的數據，并選擇相應的數據庫類型；明確數據庫管理方法，必要時對存儲進行某些優化以提高運行速度；根據人員職責設置不同權限，以確保信息的機密性和可靠性。

（一）概念結構設計

首先形成一個局部概念模型，然后進行優化和合并以形成一個全局概念模型。對于健康檢測平臺應達到分析基于存儲的信息需求，包括運行用戶的信息、傳感器的類型、傳感器的位置、傳感器的測量數據、傳感器的相應預警值、監視數據的類型、數據收集時間、BIM模型零件表、BIM模型屬性、監視報告文檔類型、報告文檔名稱、報告創建時間、報告存儲路徑等；根據程序運行要求進行分析，包括實時監控數據收集、數據預處理、數據管理、文件管理等；根據安全要求主要是進行用戶權限管理。

（二）邏輯結構設計

邏輯結構設計是概念結構設計的不斷深化，即將概念模型轉換為數據模型。健康狀況檢測平臺的數據庫環境是SQL Serve 2010，使用的數據庫是關系數據庫。將概念模型轉換為數據模型的步驟如下：首先將ER圖轉換為關系模型，然后轉換關系模型成為數據模型，最后對關系模型進行優化。

（三）物理結構設計

物理結構設計是對邏輯結構設計的進一步深化，其任務是為數學模型選擇最能滿足平臺程序操作要求的物理結構。物理結構是服務器和其他設備上的數據庫訪問方法和存儲結構。此監測平臺專注解決海量監視數據的存儲問題和查詢方法。

三、 BIM模型與實測數據的關聯性研究

該健康檢測平臺相比于傳統平臺，在使用功能方面，最大的進步即引用了BIM模型，充分運用了BIM技術的管理理念，以模型構建為信息載體，承載設計信息與實時監測數據，主要分為前端展示界面與后臺數據庫。使用Visual Studio 2010開發環境與SQL Server 2008數據庫完成后臺的搭建，使用three.JS、ztree、echarts三種插件完成模型、菜單、實測數據圖表等前端展示。

后臺程序主要包括數據庫的創建與模型的導入，將模型導入平臺主要包括三個功能：模型的導入、模型的添加、模型的刪除。為了操作界面更加舒適簡潔，該平臺使用諸多插件搭建前端界面。前端固定界面主要包括結構分部分項樹形菜單與BIM模型。Visual Studio 2010雖然可完成這兩部分內容，但由于操作復雜可觀賞性不高，因此采用three.js插件將模型展示到前端界面，通過ztree插件生成樹形菜單。在完成以上兩步操作過后，即可以進行實測數據的關聯。采用echarts插件結合定時器，可將數據庫中的實測值生成動態圖表。

四、結語

BIM技術普遍以平臺為基礎、以模型為載體，實現大數據的管理與集成。本文的邏輯思路適用于所有BIM技術的基礎工作，不論是BIM在施工階段的應用還是在運維管理中的應用，都離不開平臺、數據庫的搭建以及模型的導入。在該平臺雛形的基礎上，創建不同的子系統，用以實現不同的功能，將BIM的管理理念應用到實際工程中。