基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計

引言

隧道施工可視化管理系統(tǒng)是工程建設(shè)方依靠計算機技術(shù)完成隧道施工管理工作，是隧道施工信息化建設(shè)的核心內(nèi)容，為隧道施工管理提供了便利，提高了管理效率，已被廣泛應(yīng)用在隧道施工管理工作中[1]。但是，傳統(tǒng)系統(tǒng)在實際應(yīng)用中不能對施工信息進行實時顯示，會產(chǎn)生一定的延遲，已經(jīng)無法滿足隧道施工管理需求，為此，本研究提出基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計。BIM又稱建筑信息模型，是建筑行業(yè)在不斷發(fā)展過程中衍生的新技術(shù)，主要用于表達建筑施工中難以直觀表示的三位立體圖像與導向類建筑物[2]。此次提出基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)，利用BIM技術(shù)，將隧道施工管理數(shù)據(jù)實現(xiàn)融合，幫助企業(yè)更好地完成施工管理工作。

基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)硬件設(shè)計

服務(wù)器

服務(wù)器是系統(tǒng)操作設(shè)備，用于向系統(tǒng)其他硬件設(shè)備傳輸系統(tǒng)操作指令，由于此次設(shè)計的是隧道施工可視化管理系統(tǒng)，信息儲存量較大，所以選用KLHB-6814.62型號的服務(wù)器設(shè)備為隧道施工可視化管理系統(tǒng)運行提供硬件環(huán)境。KLHB-6814.62型號服務(wù)器的配置為雙核CPU，外設(shè)多個可擴展處理器，內(nèi)存分別為6G、32GB的硬盤。表1為KLHB-6814.62型號服務(wù)器的硬件環(huán)境配置。

KLHB-6814.62型號服務(wù)器擁有圖形處理及現(xiàn)場可編程邏輯門陣列兩個選項，具備適應(yīng)任何系統(tǒng)應(yīng)用程序的通用能力，為基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)運行奠定了良好的平臺基礎(chǔ)。利用該硬件設(shè)備中的雙核多路實現(xiàn)加速器、存儲設(shè)備以及可視化資源之間的平衡，可最大程度地提高系統(tǒng)應(yīng)用程序的性能。

讀卡器

讀卡器主要用于讀取隧道施工設(shè)備運行參數(shù)，根據(jù)隧道施工可視化管理需求，選取KOPHN-561.365型號讀卡器，該型號讀卡器功率最大時可以對5臺施工設(shè)備運行參數(shù)進行同時讀取，KOPHN-561.365讀卡器支持抗碰撞算法來讀取隧道施工設(shè)備數(shù)據(jù)。表2為KOPHN-561.365讀卡器讀取隧道施工設(shè)備電子標簽指令表。

負載均衡器

表1 KLHB-6814.62型號服務(wù)器的硬件環(huán)境配置

表2 KOPHN-561.365讀卡器讀取電子標簽指令

負載均衡器主要用于接收所有隧道施工數(shù)據(jù)信息，按照特定的資源調(diào)度算法將收集到的隧道施工數(shù)據(jù)發(fā)放到服務(wù)器交換中心，使服務(wù)器能夠統(tǒng)一對隧道施工數(shù)據(jù)進行處理。負載均衡器硬件設(shè)備設(shè)計的主要目的是緩解隧道施工可視化管理系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)處理壓力，保證隧道施工可視化管理系統(tǒng)始終處于平穩(wěn)的運行狀態(tài)[3]。由于負載均衡器需要連接多個服務(wù)器，其中包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、備份數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，導致線路交易趨于復雜化，為了避免運行過程中由于負載均衡器與服務(wù)器的線路交叉連接出現(xiàn)鎖死或互鎖等原因出現(xiàn)系統(tǒng)故障，將負載均衡器的連接線路設(shè)計成單線程，使負載均衡器和服務(wù)器的每個線路只能使用各自的局部變量。除此之外，由于負載均衡器是連接在瀏覽器與各種服務(wù)器之間，為了避免在網(wǎng)絡(luò)資源均衡分配過程中出現(xiàn)隧道施工數(shù)據(jù)信息的泄露，在負載均衡器芯片裝置中設(shè)計一個內(nèi)存分配函數(shù)，由該函數(shù)合理分配每一個隧道施工數(shù)據(jù)信息，以保證基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的安全。

基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)軟件設(shè)計

隧道施工數(shù)據(jù)采集

若要實現(xiàn)隧道施工可視化管理，首先需要對隧道施工過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行采集，其中包括施工設(shè)備數(shù)據(jù)、施工材料數(shù)據(jù)、隧道的基本信息數(shù)據(jù)等，在這一過程采用MCGS組態(tài)軟件來完成。在組態(tài)軟件運行中，通過設(shè)定讀卡器對隧道施工數(shù)據(jù)采集周期調(diào)用接口，通過接口將組態(tài)軟件與讀卡器驅(qū)動程序進行連接，實現(xiàn)讀卡器與組態(tài)軟件之間實時數(shù)據(jù)的交換[4]。根據(jù)隧道施工數(shù)據(jù)采集要求，該系統(tǒng)調(diào)用組態(tài)軟件窗口中的子窗口，對隧道施工數(shù)據(jù)輸入與輸出通道的信號建立聯(lián)系，然后采用OBV 語言編制組態(tài)軟件驅(qū)動程序，實現(xiàn)對隧道施工數(shù)據(jù)的采集。

隧道施工數(shù)據(jù)存儲

系統(tǒng)的隧道施工數(shù)據(jù)存儲工作（將采集到的隧道施工數(shù)據(jù)分類儲存到對應(yīng)數(shù)據(jù)庫），是實現(xiàn)隧道施工可視化管理的關(guān)鍵。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)類型的不同，大體可分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。利用FerBIM下personal geodatabase通過FerBIM HKN建立空間數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)運用DGV Server 2010建立屬性數(shù)據(jù)庫，存儲隧道施工影像數(shù)據(jù)、隧道施工區(qū)域三維坐標數(shù)據(jù)、隧道數(shù)據(jù)地形數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)，以及施工材料數(shù)據(jù)、施工設(shè)備數(shù)據(jù)、施工人員數(shù)據(jù)、隧道基本信息數(shù)據(jù)、施工進程數(shù)據(jù)等屬性數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫對采集到的隧道施工數(shù)據(jù)進行有效存儲。

實現(xiàn)隧道施工可視化管理

BIM軟件的應(yīng)用是實現(xiàn)隧道施工可視化管理的核心軟件技術(shù)。BIM軟件通過ADO.NET訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，利用ADO.NET中的Connection對象實現(xiàn)BIM軟件與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫連接，利用C語言和BIM控件接口來調(diào)用BIM軟件中的axMapCintrol二維場景控件以及axKIHVions三維場景控件，并且對數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進行實時調(diào)取[5]。該系統(tǒng)將調(diào)取的數(shù)據(jù)填充到BIM軟件的各個模型中進行建模，如將隧道施工圖紙以及隧道基本信息導入到BIM軟件中，賦予其屬性，形成施工建筑模型；將隧道施工進度數(shù)據(jù)導入到BIM軟件中，形成隧道施工進度模型；將隧道施工材料數(shù)據(jù)導入到BIM軟件中，形成隧道施工材料模型；將隧道施工設(shè)備數(shù)據(jù)導入到BIM軟件中，形成隧道施工設(shè)備模型。然后對建立完成的BIM模型進行云模型檢驗，同時將隧道施工數(shù)據(jù)進行條目復核，實現(xiàn)對已經(jīng)建立的BIM模型的差、錯、漏檢查，保證BIM模型的有效性[6]。最后建立完相應(yīng)的BIM模型之后，通過BIM軟件接口與瀏覽器連接，對隧道施工進程、施工設(shè)備運行情況、施工材料使用情況等所有施工信息進行實時動態(tài)顯示，通過BIM軟件自定義操作對隧道施工不符合要求的內(nèi)容進行調(diào)整，對隧道施工進度、設(shè)備、材料、安全、質(zhì)量進行全面管理，以此實現(xiàn)基于BIM的隧道施工可視化管理，進而實現(xiàn)基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計。

實驗

實驗設(shè)計

實驗利用GIN仿真軟件模擬一個施工面積為16435m2、施工長度為1.2萬米的隧道，利用此次設(shè)計系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對該隧道施工進行可視化管理。實驗中兩個系統(tǒng)操作系統(tǒng)均為Window8，客戶端為XU9.0 flash20.6客戶端，將兩個系統(tǒng)基準頻率設(shè)置為156ms，時間變量更新頻率設(shè)置為1200ms，比特率設(shè)置為5500Bit，數(shù)據(jù)位為6位，4個停止位，通信超時時間設(shè)置為11ms-15ms，數(shù)據(jù)采集周期時間為100ms。利用兩個系統(tǒng)對GJU數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)信息進行采集，該數(shù)據(jù)包共含有2000個隧道施工數(shù)據(jù)，分10次向系統(tǒng)傳輸，并利用電子表格記錄系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集時間和信息顯示時間，對比兩個系統(tǒng)的延遲時間。

實驗結(jié)果分析

將設(shè)計系統(tǒng)用系統(tǒng)A表示，將傳統(tǒng)系統(tǒng)用系統(tǒng)B表示，表3為兩個系統(tǒng)延遲時間對比。

從表3可以看出，此次設(shè)計系統(tǒng)延遲時間遠低于傳統(tǒng)系統(tǒng)，證明此次設(shè)計系統(tǒng)可以對隧道施工信息進行實時顯示，滿足隧道施工可視化管理需求。

結(jié)語

此次結(jié)合相關(guān)文獻資料，對基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計進行了研究，由于傳統(tǒng)系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中對于信息顯示延遲時間較長，為此提出基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計研究。在系統(tǒng)硬件方面，服務(wù)器采用KLHB-6814.62型號，利用KOPHN-561.365型號讀卡器采集隧道施工數(shù)據(jù)，通過負載均衡器的設(shè)計，對采集到的隧道施工數(shù)據(jù)資源進行均衡分配，為系統(tǒng)正常運行提供保障；在系統(tǒng)軟件方面，利用MCGS組態(tài)軟件獲取到讀卡器采集到的數(shù)據(jù)，通過FerBIM軟件構(gòu)建屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行分類存儲，利用BIM軟件構(gòu)建隧道施工管理模型，通過對模型自定義操作實現(xiàn)對隧道施工可視化管理，以此完成基于BIM的隧道施工可視化管理系統(tǒng)設(shè)計。經(jīng)實驗證明，此次設(shè)計系統(tǒng)信息顯示延遲時長低于傳統(tǒng)系統(tǒng)，有效縮短了隧道施工信息顯示延遲，有助于提高隧道施工可視化管理水平，為隧道施工提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

表3 系統(tǒng)延遲時間對比（s）