基于BIM+GIS的水庫農田防護工程施工進度實時監測方法

趙浩然

(水發檢測科技有限公司，山東 濟南 250000)

0 引言

智能化時代下，建筑行業不斷發展、完善，相關的技術也實現了全面性創新。建筑工程施工進度的實時監測是該工程中十分重要且關鍵的一個環節，由于近年來人們對建筑施工要求的提升，施工進度的監測工作也進一步受到重視。以水庫農田的防護工程為例進行實踐分析。傳統的農田防護工程施工進度實時監測多為單向結構，參考文獻[1]和文獻[2]，設定傳統傾斜攝影技術工程施工進度實時監測方法、傳統數值模擬工程施工進度實時監測方法，這一類監測方式雖然能夠實現預期的監測任務和目標，但是缺乏針對性和穩定性，在不同的背景環境下，難以及時對施工進度數據、信息進行匯總，導致獲取的最終監測結果并不理想。不僅如此，單向監測結構對于農田防護工程的監測效率較低，圍繞工程建設的完成度，無法更加精準地判斷施工具體情況，初始獲取的監測結果出現不可控的誤差[3]。為此提出對基于BIM+GIS的水庫農田防護工程施工進度實時監測方法的設計與驗證分析。BIM+GIS實際上是一種組合式的區域測定標記形式，通過BIM技術可以對當前防護工程的基礎模型進行描述，同時利用GIS技術來進行位置標記，獲取地理信息將BIM+GIS技術與工程施工進度實時監測工作融合，一定程度上可以進一步擴大實際的監測范圍，從多個角度進行進度環節的管理與把控，設計更加靈活、多變的實時監測結構，從多個角度進行多維監測處理，加強對實際建筑情況的掌握，進而保證建筑工程的整體質量[4]。

1 設計防護工程施工進度BIM+GIS實時監測方法

1.1 基礎監測數據采集

對水庫龍田防護施工過程的的監測設計較多的外部因素，同時也容易受到特定環境和狀況的影響，致使最終得出的監測結果出現無誤差，為解決這一問題，相關人員需要先進行基礎監測數據的采集，匯總與整合[5]。先對不同施工階段工程地面狀態作出分類，利用專業的監測設備進行輔助測量。這部分需要注意的是，采集的類型并不局限于數據，還可以是三維圖像、圖片、視頻等，基于實際的測定要求，進行當前施工實際特征的測試[6]。

隨后，完成初始信息源的采集之后，明確設定一個統一的處理轉換格式，將采集的數據、信息預處理。在此基礎之上，還需要對水庫農田的實時施工情況進行監測處理[7]。在設備可識別的范圍之內，部署一定數量的監測節點，節點之間互相關聯，形成循環性的檢測環境，便于實時數據、信息的采集和應用[8]。當前采集的基礎性監測數據和控制指標參數見表1。

表1 監測數據及控制指標參數設置表

根據表1，完成對監測數據及控制指標參數的設置。隨后，在此基礎之上，將當前所采集的數據、信息分類處理，存儲在預設的數據庫之中，以待后續使用。但是需要注意的是，監測資源不僅僅是數據形式，還存在圖像、視頻等，可以建立多維動態式的采集存儲庫，按照資源類型劃分模塊，將實時監測資源通過節點直接傳輸到對應的模塊之中，縮短整體的數據采集實踐，營造更加穩定的實時監測環境。

1.2 設計多目標自適應識別監測結構

與傳統施工進度識別監測結構不同的是，此次依據當前施工建設需求及標準的變化，調節各個環節的監測內容和目標，從多個角度、多目標對監測結構和內置的流程進行把控，確保階段性監測結果真實可靠。首先，建立一個多目標的識別監測初始結構，如圖1所示。

圖1 多目標施工進度實時識別監測結構

由圖1可知，實現對多目標施工進度實時識別監測結構的設計與實踐性分析。當前針對水庫農田工程防護位置及任務的變化，采用調整節點位置的方式來轉換對應的監測范圍，此時，結合BIM技術，將當前的防護工程建筑轉換為一個多目標的信息化模型，利用GIS系統對施工的各個區域進行順序性定位，通過遙感技術和初始的自適應處理程序，進一步明確當前施工的具體完成度，進而判定當前處于的施工階段。基于設置該結構的多目標實時監測周期，并計算監測限值，公式為：

(1)

式中，S—監測限值；m—初始監測范圍；n—存在的監測堆疊范圍；e—單元監測頻次；v—覆蓋均值；α—監測特征差值。

結合當前的計算，將監測限值設置為該結構的限制標準，在對水庫農田防護工程監測的過程中，進行合理約束限制，確保最終測試結果的真實可靠。

1.3 構建BIM+GIS防護工程進度實時監測模型

以BIM+GIS組合式的結構，構建水庫農田防護工程進度實時監測模型。通過BIM技術，先對當前防護工程施工進度的變化進行實時監測解析。不同監測時點工程地表覆蓋數據實時空間疊加，前期地表覆蓋與后期地表覆蓋類型存在差異，這個“差異”就是工程所推進的進度。結合BIM技術的可視化特征，先構建工程的三維模型，關聯節點之后，便于數據的實時更新，幫助相關人員更快掌握進度的變化數據信息。隨后，以此為基礎，在當前的模型中建立一個工程進度變化轉換數學矩陣，并計算出變化轉移的實際面積，公式為：

(2)

式中，Di-y—實際面積的轉移過程；n—覆蓋面積。結合當前的測試，實現對變化轉移的實際面積的計算。此時，利用模型對各個周期實際建筑面積的轉移情況進行測算處理，記錄下對應的變化數據。隨后，利用GIS中的空間數據處理技術，相比對各個周期數據的變動情況，對變化的數據規律進行系統性總結，形成模型的內置結構，具體如圖2所示。

圖2 BIM+GIS防護工程進度實時監測模型結構

根據圖2，完成對BIM+GIS防護工程進度實時監測模型結構的設計與實踐分析。隨后，將上述設計的監測結構導入模型之中。通過部署的節點進行實時數據的采集、傳輸和共享，為模型提供對應的處理資源、信息，采用BIM+GIS組合式的技術輔助，對當前防護工程的施工進度進行實時監測和動態化解析把控。

1.4 點云技術輔助處理完成實時監測

所謂點云處理，實際上是空間信息的處理技術，主要是將物體、工程的三維空間信息轉化為由坐標點集合表示的數字量。利用設計的BIM+GIS防護工程進度實時監測模型先對采集的數據進行匯總，將點云程序接入系統之中，通過坐標點將整個施工進度變化過程動態化、具體化、靈活化，給予相關人員更加直觀的監測效果，具體的控制監測指標見表2。

表2 點云輔助控制監測指標設置表

根據表2，實現對點云輔助控制監測指標的設置，隨后，通過點云技術的輔助，使用BIM+GIS技術對施工進度的推進區域進行可視化處理，更為直觀地感受到進度的推進，一定程度上提升了針對水庫農田防護工程建設實時監測的質量和效率，進一步縮短了數據、信息的傳輸時間，實現技術的完善與定向優化。

2 方法測試

此次主要是對基于BIM+GIS的水庫農田防護工程施工進度實時監測方法的實際應用效果進行分析與驗證研究，考慮到最終測試結果的真實性與可靠性，采用對的方式展開分析，選定A工程作為測試的主要目標對象，參考文獻設定傳統傾斜攝影技術工程施工進度實時監測小組、傳統數值模擬工程施工進度實時監測小組以及此次所設計的BIM+GIS工程施工進度實時監測小組。結合當前測試需求及標準的變化，對最終的得出的結果比照研究，接下來，進行初始測試環境的搭建。

2.1 測試準備

結合BIM+GIS技術，對選定的水庫農田防護A工程施工進度實時監測方法的測試環境進行搭建處理。該工程是Q區域的一個農業工程，為確保水庫周圍的農田在汛期不受影響和破壞，需要在農田水庫的交界位置修建強有力的防護工程，并賦予其防水、抗洪的任務。所以基于上述的目標，保證工程順利完成，需要對當前的施工進度進行實時監測處理。首先進行基礎監測裝置、設備的設置。采用大疆精靈Phantom4RTK多旋翼無人機和RIY-D2M五鏡頭相機作為資源數據的采集支撐設備，并在控股程序之中增設遙感系統，便于數據、信息的轉換。設置無人機飛行高度為125～185m，航向重疊度控制在65%以下，旁向重疊度為89.5%。在工程的兩側設置相控點和數據監測采集節點，便于工程施工資料及數據的匯總，對A工程的BIM+GIS可視化工程監測示意圖如圖3所示。

圖3 A工程的BIM+GIS可視化工程監測示意圖

隨后，結合當前的監測需求，利用BIM+GIS協同處理，對當前的測試環境進行基礎性調整，實現對測試環境的搭建。

2.2 測試過程及結果分析

基于上述搭建的測試環境，結合BIM+GIS技術，對選定的A防護工程進行測試與驗證。先利用節點進行基礎數據、信息的采集。這個過程主要是先明確實際的監測區域，利用無人機進行覆蓋式采集，過程中通過遙感數據和GIS技術進行空間數據的實時處理，匯總整合之后，傳輸到對應的存儲位置之上。對當前的施工進度測定，見表3。

表3 A工程實時施工進度表

根據表3，對A工程實時施工進度進行分析：在不同的施工狀態下，當前的施工狀況與初始的相比推進了很多，設置對應的施工周期，使用GIS系統進行實時工程的監測。完成數據的采集和定位之后，在利用BIM技術，進行可視化實踐匹配，在相同的環境下，關聯施工管控程序，并對施工進度完成環節進行多維匹配處理，計算出同周期的監測匹配頻次，公式為：

(3)

式中，N—同周期的監測匹配頻次，同周期的監測匹配頻次，表示覆蓋范圍；v—監測周期；λ—實時監測差值；l—轉換均值；τ—監測面積；c—重復監測面積。結合當前的測試，進行實驗結果數據的呈現，見表4。

表4 實驗結果數據呈現表

根據表4中呈現的結果數據，可以得出以下的實驗結論：在BIM+GIS技術的輔助下，對比于設定傳統傾斜攝影技術工程施工進度實時監測小組、傳統數值模擬工程施工進度實時監測小組，此次所設計的BIM+GIS工程施工進度實時監測小組同周期對于工程進度的監測匹配頻次相對更多，說明實時監測的靈敏度、穩定性較強，更加可靠，具有實際的應用價值。

3 結語

傳統的工程進度實時監測形式效率較低，無法控制其中的關鍵性指標，因此，在BIM+GIS組合式技術的輔助下，提出水庫農田防護工程施工進度實時監測方法。由實驗結果可知，采用改進監測方法時，其監測識別耗時、監測匹配次數、重復監測概率均要優于傳統方法，表明當前所設計的實時監測結構更加靈活、多變，與建筑工程項目監測系統相關聯之后，可以形成更為具體、完整的監測程序，為后續相關技術的發展及完善提供參考依據和理論借鑒。