跨平台地铁施工信息安全监测系统设计与开发

朱蕾 朱华斌

摘要：在传统的地铁施工过程中，大量的监测数据、构件信息等通常采用独立的纸质文本或电子表格，这种方式明显的不足是数据不直观、查询慢、追踪难，也无法提前预警，难以发挥监测数据的作用。该文基于BIM模型、数据库技术以及灵活的软件开发技术，基于桌面系统、互联网系统及移动系统开发的地铁施工监测系统，将不同的构件信息、施工监测数据统一地保存在数据库中，并与BIM模型相关联，在跨平台的不同系统中，可方便地在可视化环境中根据模型查看相关的施工信息，通过监测数据的可视化表现对数据进行有效的分析和预警。

关键词：地铁；施工监测；建筑信息模型；数据库

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）28-0045-03

Design and Development of Cross-platform Metro Construction Monitoring System

ZHU Lei1，ZHU Hua-bin2

（1.Shanghai rail Transit Line Eighteen Development Co.， Ltd.， Shanghai 200120， China；2.Shanghai Tunnel Engineering & Rail Transit Design and Research Institute， Shanghai 200235， China）

Abstract： In the previous construction process of metro， lots of data and elements information are saved in paper or spreadsheet， such as Excel files. In this way the data cannot be shown directly and it is also difficult to query and follow up， and user cannot predict the dangers with data. In this paper， a Cross-platform metro construction monitoring system is developed based BIM and database. In the system， the elements information and data are saved in the database and connected with BIM model. In the BIM software， web browser and the mobile phone the construction data can be queried through BIM model and the survey data is shown with graphic and can be understood by user easily.

Key words： metro； construction monitoring； Building Information Model； database

工程监测是指在建构筑物施工过程中，采用监测仪器对关键部位各项控制指标进行监测的技术手段，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理[1]。

对于轨道交通工程中重要的基坑监测主要包括[2]：支护结构、相关自然环境、施工工况、地下水状况、基坑底部及周围土体、周围建（构）筑物、周围地下管线及地下设施、周围重要的道路、其他应监测的对象。

目前，各种施工信息与监测数据通常以独立的Excel文件记录，数据表现不直观，与监测对象、监测位置分离，难以发挥监测数据的作用。

基于Revit建立地铁工程BIM模型，并将记录在Excel文件中的施工信息与监测数据快速录入，通过数据库记录和查询。将各种数据与模型关联，可以充分发挥数据的作用[3-4]，也可以实现施工数据的数字化归档。

基于同一套模型与数据库，采用不同的开发方式，开发基于Revit、Web浏览器和移动系统的施工监控系统，可使工程相关的管理人员、施工监测人员和建模人员等在施工过程中方便直观地分析监测数据的趋势，并及时发现存在隐患的构件及其位置[5-6]。

1 系统架构设计

在跨平台的监测系统中，使用相同的数据库，均从传感器读入到数据库中，并通过跨平台的不同UI界面进行展示。

本软件的功能主要有：传感器数据读取、数据庫存储与查询、施工显示与监测信息查询与展示这三部分。数据的传输过程如图1所示：

本软件将传统方式中存储于电子表格中的施工信息与监测数据信息存储到数据库中，如地墙的成槽时间、验收时间等；中板的钢筋绑扎时间、抗压强度、坍落度等，以及站体周围监测点的监测信息数据，在监测系统中以折线图表现数据变化趋势。同时，能够对超过安全阀值的数据进行及时的监控、预警及模型高亮显示等。

系统架构如图2所示。

2 数据库设计

为使用方便，本软件数据库包括服务器端的数据库和本地存储数据库。本地数据库仅针对桌面系统。对于桌面系统用户，即使因工地条件限制等原因，无法连接数据库服务器，也可通过本地数据库使用本系统。

服务器数据库和本地数据库的表设计是相同的，主要有6个表：BaseTable、KeyTable、GroupTable、EntityTable、InfoTable、DrawDataTable。

BaseTable存储的是其它表的基本信息，如数据表描述、符号等信息。

KeyTable存储的是BIM模型中各构件的属性名称信息。

GroupTable存储的是各构件属性信息的分组信息。

EntityTable存储的是施工过程中关注的构件基本信息，与Revit模型中的实体相对应。

InfoTable存储的是施工过程中的各种施工信息，与BIM模型中的实体相对应。

DrawDataTable存储的是与测点相关联的检测值，包括日期、同一时刻最大值、最小值等信息。

通过这6个表的设计，用户能够灵活定义不同的属性，并显示不同类型的监测数据。原先存储于如图4所示的电子表格中的构件属性，第一行的表头作为属性名称，记录于KeyTable中，第二行开始的属性值，记录于InfoTable中，通过名称与值的分离，使用户可以定义不同的属性名称。同理，对不同类型的监测数据，统一数据记录格式后，分别将类型信息和检测值信息存储于BaseTable和DrawDataTable中，可使系统方便地应对不同监测数据的导入和显示，可使系统支持不同的监测数据。

3 软件交互设计

本监测系统的跨平台主要体现在用户可以通过Revit平台、Web浏览器、手机对同一套模型和监测数据进行浏览和分析。

3.1 Revit平台下的交互

基于Revit平台二次开发的施工监测软件主界面如图5所示。

通过电子表格导入属性数据和从传感器读入监测数据后，可方便地使用软件的两项主要功能，构件信息展示和监测信息展示。

选中构件，可在属性面板显示预先输入在电子表格中的构件属性，即施工过程中记录的相关信息。如图6所示。

监测信息功能可通过折线图方式展示制定时间段内的监测值，使用户能够直观地查看监测值的变化，用户可在软件中设定不同类型监测值的不同阈值，超出阈值的部分将以特殊颜色显示。如图7所示。

对于测斜值，软件进行了特殊设计，为了方便用户对同一时间相邻测点的相互影响以及同一测点相邻时间段内的测斜值变化进行分析，系统提供了如图8所示的功能，可在同一界面中集中显示多测点或多时间的测斜图，从而可方便用户对其关联性进行比较分析。

3.2 Web平台下的交互

对BIM三维几何模型进行轻量化后，可在浏览器中进行三维展示。监测系统中施工信息查询和监测数据分析界面分别如图9和图10所示。

3.3 移动平台下的交互

由于移动设备内存、屏幕等限制，本系统移动端主要提供轻量化模型浏览和监测数据显示和统计等核心功能，使用户第一时间获得关键信息。该功能在移动端的界面如图11和图12所示。

4 结论

现有的BIM软件中，更偏向于设计阶段的相关应用，对施工阶段的支持与辅助较少。但是施工阶段又是整个BIM工作的重点阶段，如何让BIM落地，如何让BIM的价值在施工中可以起到数据集成整理归纳，指导，警示的作用，从而实实在在提高建设安全管理水平是一个重大而棘手的课题。

本文中的地铁施工监测软件通过BIM软件和数据库将构件属性与几何模型有机的关联起来，通过不同的平台，使用户能够在浏览模型时查看构件属性，对于施工过程中的通过各种传感器采集的不同类型的监测数据，亦可方便地通过时间、位置等条件查看分析，在地铁施工过程中的数据分析和过程记录、归档等方面均可起到积极的作用。

参考文献：

[1] 胡荣明，杨成斌，陈晓娣，等.地铁施工监测预警系统研究与应用[J].城市轨道交通研究，2013（9）：157-160.

[2] 金超.城市地鐵施工监测系统的探讨[J].建筑与装饰，2017（12）：196-198.

[3] 刘子朋，张晓东，丁义南，等.基于Revit开发创建自定义插件[J].智能建筑与智慧城市，2018（3）：73-77，96.

[4] 余雯婷，李希胜.基于BIM技术的建筑设施管理信息提取与应用[J].土木工程与管理学报，2016（5）：85-89

[5] 郝莹.轻量化BIM应用打造数字化建造的崭新未来--访广联达软件股份有限公司副总裁、BIM中心总经理汪少山[J].中国勘察设计，2015（10）：46-51.

[6] 郭思怡，陈永锋.建筑运维阶段信息模型的轻量化方法[J].图学学报，2018（1）：123-128.

【通联编辑：梁书】