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Web Service与BIM技术集成应用下的基坑安全监测系统研究

2018-12-19 来源:《粉煤灰综合利用》作者:西安航空学院 汪丽 西安中交公路岩土工程有限责任公司 张军平 点击:
  摘 要:基于对Web Service与BIM技术以及两者集成应用思路的把握,进行Web Service与BIM技术集成应用下的基坑安全监测系统的设计,系统有表示层、业务逻辑层与数据访问层3层架构,通过开发指令、基坑BIM模型建立、Web Service与BIM的信息交互以及系统运行流程等的设计可实现数据录入、数据存储、数据处理、数据查询以及统计分析等功能,保证基坑施工的实时性与安全性监测。
  关键词:Web Service,BIM;基坑安全监测系统
  0 引 言
  现阶段,高层建筑与地铁工程呈现出迅速的发展态势,大型基坑工程数量逐年增加,规模也不断扩大,修建工作处于越来越复杂的工况环境下,基坑工程建设与实施的成败受到基坑开挖及降水带来的安全问题的极大影响。基坑工程复杂性、非线性与不确定性等特征突出,基坑安全状况的判定有赖于一个系统的、可靠的方法来支持,所以,基坑安全检测是对其安全事故发生予以预防的重要手段[1]。
  基于政府引导及行业推动,IBM技术越来越多地(1.西安航空学院,西安710077;2.西安中交公路岩土工程有限责任公司,西安710075)应用于市政基础工程的全生命周期管理[2],在提升工程质量的同时实现了对施工成本的降低。由于得到BIM技术的支持,信息的三维化与集中化处理成为可能,各项监测数据与信息的共享及协同亦处于更加便利的环境下,而利用Web Service技术,又可远程收集并发布管理基坑监测数据。文章对Web Service与BIM技术的集成进行重点研究,通过在基坑安全监测工程项目的实施中加以应用,有望实现自动化、信息化与可视化的监测目标。
  1 Web Service与BIM技术及其集成应用思路
  1.1 Web Service与BIM技术
  (1)Web Service技术 Web Service是一种标准,它对标准的调用过程进行定义,核心在于交互操作[3]。所有的Web Service技术环境均对以下基本活动予以涉及:发布(Publish)服务,服务提供人员发布服务描述于服务注册中心,为使用者的发现与调用提供便利,发布的信息涉及与该服务交互的全部内容,如服务路径、传输协议、消息格式等;查找(Find)服务,服务请求人员直接对服务描述进行检索,或者在服务注册中心查询与定位对标准予以满足的服务,明确服务的操作是由用户还是其他服务发起的;绑定(Bind)服务,服务请求人员以服务描述中的绑定细节为依据对服务进行定位、联系与调用,当发现适合自己的服务之时,会按照服务描述中的信息直接在运行过程中将服务激活。
  Web Service在很多领域均有较为广泛的应用,包含的途径也比较广,对B2B集成、数据重用以及通信服务器通信等予以涉及:B2B集成,以Web Service技术为支持进行B2B集成有着突出的优势,表现为互操作性能够得到很好的实现,只要对商务逻辑以Web Service的形式进行展示,所有的合作伙伴均可对它们进行调用,无需考虑系统运行的平台种类以及所使用的开发语言,此种方式可降低B2B集成的费用支出,缩短集成耗费的时间,使以往存在承受压力的中小企业也具有完成集成工作的能力;软件与数据重用,对于软件而言,其有着相对丰富的重用形式,程度上亦有所不同,其中以源代码模块或类一级的重用最为基本,其次是二进制的组件重用;防火墙通信,应用程序的用户在诸多领域均有分布,此种形势下,很难对客户端及服务器之间的通信问题进行可靠的解决,一般地,客户端及服务器两者之间会存在防火墙或代理服务器的设置,在使用DCOM时复杂程度会增加,不利于客户端程序向数量较大的用户手中的发布,已有的旧方法通常会让浏览器承担客户端的职务,在终端用户面前进行应用程序中间层的显示,对该种方法进行开发往往会有比较大的难度,对程序加以维护的目的亦难以完成,若想在应用程序中设置一个新的页面,必须进行Web页面的添加与创建,此页面应对相应的商业逻辑中间层组建予以含括,在制作过程中,应至少有一个ASP页面,以此完成对信息的接收任务,在调用中间层组件的过程中,对其结果进行格式化处理,生成HTML格式的文件,然后将最终的处理结果页反馈于浏览器端,如果客户端的代码并不以HTML表单中的编程为依赖,方便快捷度均会被增加;不同应用程序的集成,以程序集消耗的时间成本与费用为视角进行分析,利用不同语言写成的程序在不同平台运行之时将会花费较高的成本,一般状态下,应用程序需从运行主机的相关程序中执行对所需数据的获取任务,或者通过将它们向主机、UNIX应用程序中进行发送的形式达成获取目标,在相同的平台上,生产来源不同的软件是需要集成的,Web Service应用程序可采用标准方法对软件的功能与数据进行披露,进而达到应用其他应用程序的目的,通过对XML消息处理的使用,XMLWeb Service可完成对数据交换的启用以及对应用程序逻辑的远程调用,保证各项数据顺利地通过防火墙,同时,在不同系统之间自由移动,因此,利用该系统进行数据的上报并执行统计分析任务能大幅度缩短统计时间,减少人力与物力等资源的消耗。
  (2)BIM技术 它是以三维数字技术为基础而对建设工程各类信息进行集成与处理的一类工程数据模式,在工程项目的设计、建造与管理等诸多环节均有一定的应用。根据国际标准组织设施信息委员会所下的定义可知,BIM应用于开放的工业标准之下,它通过可计算的形式对相关设施的物力、功能特性以及某一具体项目的全寿命周期信息予以表达,为项目决策者的决策制定提供技术支持,目的在于更好地实现项目本应实现的价值[4]。BIM技术的应用具有3大特征:第一,它是一个数据库,该数据库由计算机三维模型构成,整个数据库存储着建筑从设计、施工直至建成之后投入运营的所有信息;第二,在以该技术为基础的三维模型数据库中,信息与信息之间存在相互关联性,当某一信息发生变化之时,与之相关联的其他信息亦会出现相应的变化;第三,该技术对协同工作提供支持,在开放的数据标准IFC标准的应用基础之上,利用该技术可有效地完成建筑业各应用系统之间的数据交换以及全寿命周期的数据管理等任务。
自诞生之日起,BIM理念已得到了40年左右的发展,它为建设工程领域创造了很大的经济、社会与环境效益,作为建设工程项目生命周期管理BLM的核心技术,BIM技术掀起了建筑业的深刻变革,它通过对数字模型的利用在建筑全寿命周期予以贯穿,集合各种建筑信息,从整体层面对项目的设计、建造以及运营施以综合化管理。
  1.2 Web Service与BIM技术的集成应用思路
  Web Service与BIM技术的集成通过Web Service的应用程序接口来实现,两者借助接口进行信息的交互[5](图1)。在刚开始基坑监测任务之时,应在BIM中进行监测点对象的添加,此时的BIM模型中会获得一些附加数据,以监测数据为来源。监测过程中,需要经常更新监测点信息,并利用Web Service与BIM的集成及交互对三维可视化监测信息进行实时展现与自动存储。
  在以基坑为对象执行监测任务的过程中,监测人员应在Web Service程序的作用下,将从自动监测设备处获得的监测数据发送给监测数据库;监测系统在收到这些数据之后立刻对其展开相应的分析,观察是否有异常现象的出现;如果出现异常,则启动安全预警功能,向相关人员发出警报,此时,BIM亦做出配套的响应,完成对异常位置的显示。工作人员不必赶赴现场便可在Web端的支持下实现以BIM为基础的全程监测、在线沟通与协同处理,达到高效且全面的安全监测目的。
  2 基坑安全监测系统总体设计
  2.1 系统结构
  以业务逻辑为依据,将系统划分为表示层、业务逻辑层与数据访问层3层架构(图2)。这是一种严格的分层方法,每层有着清晰的结构,层与层之间存在数据间的交互,但相互之间的影响并不大,可重用代码,能够保证系统的安全性与高效性。
  (1)表示层亦称转换器,用于编码与转换系统数据,同时,向用户提供交互操作的界面,当用户发出请求之时对其进行处理,反馈所需页面与数据;
  (2)业务逻辑层用于处理系统业务与操作数据库访问层,进行复杂逻辑判断及数据验证的处理;
  (3)数据访问层访问数据库数据,提供数据于业务逻辑层。同时,执行对数据库数据的增、删、改、查等任务。
  2.2 系统功能
  基于Web Service的开放性,与BIM模型建立链接关联,并按照相应的格式文件将监测数据图表导出。图3所示为基坑安全监测系统的功能模块图。
  根据图3可知,监测系统主要实现数据录入、数据存储、数据处理、统计分析等[6]功能。按照监测数据的不同类型,如数据、图表、文字等,系统进行了规范的录入格式的设置,可借助表格实现批量导入,以达成对相关数据进行高效而又准确地处理的目的,提供工程所需的查询、统计等各项内容。
  3 基坑安全监测系统实现
  3.1 系统开发部分指令
  系统的图形引擎任务由Unity来承担,基于Web Service的技术性支持,科学而有效地搭建应用程序接口,同时,在SQLServer上构建IFC标准数据库,利用RevitIFC开源接口完成与IFC文件数据的交互工作。系统直接将BIM模型导入作为三维基础模型,在客户端远程录入或自动输入检测数据后,系统自动执行数据分析与预警管理任务。
Web Service在IIS服务器上运行,WSDL语言对其接口定义进行描述,表1所示为主要的参数指令与功能。
  3.2 基坑BIM模型建立
  采用适用性强、建模自由度高的Autodesk Revit软件,与基坑工程全要素信息管理(FTIM)参数化建模方法相结合建立基坑BIM模型[7]。以设计部门提供的施工平面图、钻孔柱状图以及勘测点平面图等为依据进行Revit核心模型(含地质模型、基坑支护模型以及周边环境模型等)的建立。根据FTIM的理论指导,通过对各环节与各构件间性质与联系的协调对它们加以结合,管理全要素信息,在PC端进行工程从开始至结束整个环节全部数据文件的存储。以模型为基础,在具体的模型中录入实际信息,达到模型信息化的目标,利用信息模型对实际施工提供指导。借助Revit的内建构件库功能,科学分类与区分生产现状,进行模型所需各种构件的建立,准确布置基坑模型。图4所示为基坑BIM模型举例。
  3.3 Web Service与BIM的信息交互
  Web Service与BIM技术集成得以实现的关键在于利用Web Service实施对BIM的交互式操作。现阶段,BIM软件大多兼容工业基础类IFC标准数据,作为用于交换与共享复杂BIM的综合性国际标准,IFC在表达建筑信息之时对面向对象的设计思想予以运用,大致可分为资源层、核心层、共享层以及领域层4层。该架构使用EXPRESS语言进行定义,数据传输工作通过STEP物理文件来完成,由于各常规构件数据格式已经被确定,此处利用编程方式对IFC文件进行自动解读,同时,提取或修改构件相关信息。
  在Web Service接口的支持下,用户可以远程提交相应的操作请求,同时,完成构件相关信息的交互。服务器端对用户的合法性以及权限进行验证,验证工作完成后,在IFC接口支持下对IFC数据进行相应的操作,并向客户端反馈相应的结果,以此实现Web Service与BIM的信息交互。图5所示为交互流程图。
  3.4 系统运行流程
  系统运行过程中应考虑可靠性问题,合法用户进入系统并获取相应的权限,然后对业务执行与自身所需相符的操作[8]。图6所示为系统运行流程图。
  4 结 语
  基坑安全监测是一项长期不断变化的工作,随着基坑开挖与支护的加深,施工的各个环节都需要借助仪器获取与处理大量监测数据,连接数据与三维模型,为施工单位的进一步施工提供帮助,实现实时与安全的施工监测。研发Web Service与BIM技术集成的安全监测系统,可对基坑支护结构的性能变化进行精确且有效的实时监测,对比分析监测所得数据及理论分析数据,迅速启动危险点的安全预警,输送准确数据于施工单位。
参考文献
  [1] 何宏盛,梁超,童立元,等.深大基坑无线自动化监测系统的开发应用[J].城市轨道交通研究,2016,19(2):87-91.
  [2] 张飞涟,郭三伟,杨中杰.基于BIM的建设工程项目全寿命期集成管理研究[J].铁道科学与工程学报,2015,12(3):702-708.
  [3] 尹兆冰,王加阳.Web Service及其关键技术研究综述[J].软件导刊,2010,9(2):121-123.
  [4] 郑华海,刘匀,李元齐.BIM技术研究与应用现状[J].结构工程师,2015,31(4):233-241.
  [5] 李璐,刘新根,刘树亚,等.基于Web Service与BIM集成技术的基坑安全监测系统[J].城市轨道交通研究,2017(12):62-65.
  [6] 陆珺.BIM技术结合WEB系统在基坑监测中的应用[D].武汉科技大学,2016.
  [7] 赵峰.基于BIM的基坑工程自动化监测平台研发[J].煤田地质与勘探,2018,46(2):151-158.
  [8] 李世群.基坑监测系统的研究与实现[D].电子科技大学,2011.
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