基于BIM技术的健康监测平台信息关联的设计与实现

杜小平 温泉 佘健 黄颖锐 何建宏

（1.重庆高速工程顾问有限公司，重庆 401121；2.重庆金交劲通科技股份有限公司，重庆 401336）

一、软件开发技术

软件系统采用B/S三层结构，基于Microsoft.NET Framework 4.0框架，开发环境为Visual Studio 2010，数据库为SQL Server 2008，开发语言为Visual C#、Javascript、Asp.net。这种开发方式相比于其他方式在系统的开发、维护和使用中更为简洁。客户只需安装通用的Web浏览器即可，通过Web协议即可与主机进行数据交换。

桥梁健康检测系统是一项综合的系统工程，集成了诸如结构分析和计算、计算机技术、通信技术、网络技术和传感器技术等高科技技术。为使该系统成为一个有效并能真正在运营期内用于结构损伤和状态评估，满足大桥养护管理和运营的需要，同时又具有经济效益的大桥结构健康检测系统，应遵循如下原则：

（一）根据桥梁的结构和环境特点，掌握影响结构安全的主要因素，建立功能完备、性能优良、运行周期经济的监测系统；

（二）采用成熟的系统配套产品，以确保系统的准确性和稳定性；

（三）采用模块化设计，确保系统的可更换性和经济性；

（四）采用开放系统设计，确保系统具有良好的可升级性、远程数据共享和监控功能；

（五）设置适度冗余的传感器和相关设备，以确保系统的可靠性，并满足系统改进、扩展和完善的需求；

（六）实时监控与定期监控相结合，减少数据采集量和后期处理难度；

（七）设计功能强大、合理且易于使用的前后处理模块有效地处理、分析和管理收集数据。

根据监测系统的功能要求，并基于系统建立的总体思路，建立了3个子系统，其构成及主要功能如表1所示。

表1.系统构成及主要功能

二、监测信息数据库的创建

根据需求分析，数据库的设计分为六个阶段：概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行与维护。需求分析主要包括对存储信息、程序操作和安全性三个方面的分析：明确要管理的信息，确定要存储的数据，并选择相应的数据库类型；明确数据库管理方法，必要时对存储进行某些优化以提高运行速度；根据人员职责设置不同权限，以确保信息的机密性和可靠性。

（一）概念结构设计

首先形成一个局部概念模型，然后进行优化和合并以形成一个全局概念模型。对于健康检测平台应达到分析基于存储的信息需求，包括运行用户的信息、传感器的类型、传感器的位置、传感器的测量数据、传感器的相应预警值、监视数据的类型、数据收集时间、BIM模型零件表、BIM模型属性、监视报告文档类型、报告文档名称、报告创建时间、报告存储路径等；根据程序运行要求进行分析，包括实时监控数据收集、数据预处理、数据管理、文件管理等；根据安全要求主要是进行用户权限管理。

（二）逻辑结构设计

逻辑结构设计是概念结构设计的不断深化，即将概念模型转换为数据模型。健康状况检测平台的数据库环境是SQL Serve 2010，使用的数据库是关系数据库。将概念模型转换为数据模型的步骤如下：首先将ER图转换为关系模型，然后转换关系模型成为数据模型，最后对关系模型进行优化。

（三）物理结构设计

物理结构设计是对逻辑结构设计的进一步深化，其任务是为数学模型选择最能满足平台程序操作要求的物理结构。物理结构是服务器和其他设备上的数据库访问方法和存储结构。此监测平台专注解决海量监视数据的存储问题和查询方法。

三、 BIM模型与实测数据的关联性研究

该健康检测平台相比于传统平台，在使用功能方面，最大的进步即引用了BIM模型，充分运用了BIM技术的管理理念，以模型构建为信息载体，承载设计信息与实时监测数据，主要分为前端展示界面与后台数据库。使用Visual Studio 2010开发环境与SQL Server 2008数据库完成后台的搭建，使用three.JS、ztree、echarts三种插件完成模型、菜单、实测数据图表等前端展示。

后台程序主要包括数据库的创建与模型的导入，将模型导入平台主要包括三个功能：模型的导入、模型的添加、模型的删除。为了操作界面更加舒适简洁，该平台使用诸多插件搭建前端界面。前端固定界面主要包括结构分部分项树形菜单与BIM模型。Visual Studio 2010虽然可完成这两部分内容，但由于操作复杂可观赏性不高，因此采用three.js插件将模型展示到前端界面，通过ztree插件生成树形菜单。在完成以上两步操作过后，即可以进行实测数据的关联。采用echarts插件结合定时器，可将数据库中的实测值生成动态图表。

四、结语

BIM技术普遍以平台为基础、以模型为载体，实现大数据的管理与集成。本文的逻辑思路适用于所有BIM技术的基础工作，不论是BIM在施工阶段的应用还是在运维管理中的应用，都离不开平台、数据库的搭建以及模型的导入。在该平台雏形的基础上，创建不同的子系统，用以实现不同的功能，将BIM的管理理念应用到实际工程中。