基于BIM的水利工程施工监管平台设计与实现

基于 BIM的水利工程施工监管平台设计与实现

林衍

广西城建建设集团有限公司 广西北流市 537400

摘要：随着国家对数字化转型提出更高要求，BIM技术在水利工程设计与建设领域也得到了较快发展，与之相关的数字孪生流域、智慧工程等新理念、新技术在水利行业也被广泛接受。聚焦水利工程施工阶段，利用BIM、大数据、3S、三维可视化等新一代信息技术，为更好地解决施工过程中各单位协作难度大、信息采集困难、数据共享与一致性差、施工管理效率低等风险和问题，建成了先进实用、安全可靠，集基础性、全局性的施工过程信息资源于一体的水利工程施工监管平台，实现了项目建设的全方位动态化监管，加强了项目信息的全过程整合，推进了项目质量、安全、进度、成本、档案等可视化、集成化、协同化管理，最终为水利工程施工精细化、高效化管理提供技术支撑

关键词：水利工程;BIM;;施工监管平台

引言

党的十九大以来，水资源、水环境、水生态与水灾害等受到了更多的关注。在此背景下，基层水利工程质量有了更高的要求，很多基层水利工程建设单位开始探索更加有效的质量监管途径，并取得了较好的效果。为进一步提升其规范作用，要求引入大数据技术，综合当前与以往各阶段出现的质量监管问题，以问题为导向来制定针对性的质量监管策略，维护基层水利工程的长远发展。

1总体思路与目标

1.1总体思路

为落实新时代治水思路和水利高质量发展的新形势和新要求，进一步推进水利工程项目标准化、规范化、信息化、精细化管理，优化资源配置，促进实现项目建设全方位动态化监管，更好的解决水利工程施工过程中各单位协作难度大、信息采集困难、数据共享与一致性差、施工管理效率低等风险和问题，建设基于BIM的水利工程施工监管平台，提升信息传递效率、降低数据利用损失，提升工程建设质量、安全水平，为工程运营维护和资产管理打好基础。

1.2总体目标

利用BIM、大数据、3S、三维可视化等新一代信息技术，以分项工程为精细化管理对象，接入施工现场监控视频、上下游雨水情监测等实时信息，整合工程参建各方的多源、多维度、多时态项目施工数据，进行项目进度、质量、安全、成本、档案的可视化、集成化、协同化管理，实现水利工程及其影响区域三维地理模型和工程BIM模型在平台中融合及流畅漫游;实现以BIM构件为基础的设计信息与施工信息集约化管理与协同;实现远程数据共享，满足多层级管理人员对BIM应用的需求;实现工艺工法交底、隐蔽工程数据采集、质量安全检查、远程视频监控等应用，为提升水利工程施工管理的能力和水平，提供有效的技术手段。

2平台关键技术

2.1基于Cesium的多维空间数据融合可视化技术

Cesium是一款基于WebGL技术的三维虚拟地球与地图的开源JavaScript库，可加载海量的二维矢量数据和三维模型。本平台将水利工程及其影响区域的遥感、DEM、倾斜摄影、水利空间矢量、BIM模型等多源空间数据存储在PostgreSQL数据库中，由于PostgreSQL本身提供的空间数据类型和功能不能满足空间数据需求，因此需安装PostGIS扩展模块为PostgreSQL提供空间数据的增删改查和存储能力。对于多维空间数据可视化渲染，平台采用分级分块分类处理方式，其中对于栅格数据进行瓦片分割并构建网格，采用四叉树算法加载渲染;对于矢量数据通过转换为Json格式后贴合地形表面加载渲染;对于BIM模型数据，先将Bentley制作的dgn格式模型转换为obj文件，利用Cesium提供的obj2gltf库将obj转换成glTF，利用多叉树算法对b3dm瓦片数据进行加载调用。

2.2基于BIM构件的信息检索技术

在BIM模型加载和渲染前，需对BIM构件进行分类编码及命名工作，平台BIM构件分类编码分为5部分，用17位阿拉伯数字表示。前7位编码是按照水利工程的划分规则设置，分别为单位工程(2位数字)、分部工程(2位数字)和单元工程(3位数字);中间3位编码是根据工程属性及类别设置;后7位编码是根据位置信息的流水编码。完成构件分类编码和命名后，平台进行数据库设计，为水利工程BIM设计建设了构件、BIM模型信息、构件关系表等数据表，构件表中存储水利工程分项工程建筑物的三维模型;BIM模型信息表中存储每个建筑物模型的各类信息，如尺寸、特征参数、质量信息、安全信息和扩展信息等;构件关系表中存储构件模型与模型信息的关联关系。通过上述方式将模型和信息解耦，能够在加载模型和检索构件时更加流畅，也使得BIM构件信息检索成为可能。

2.3平台特点

a)一站式的工程信息管理。平台接入施工现场监控视频、上下游雨水情监测等实时信息，预设水利工程施工涉及的标准规范、设计图纸等资料，并为施工管理过程中产生的数据资源提供分级管理以及增删改查接口，实现信息与BIM模型挂接和三维场景下的可视化展示。b)精细化的工程进度管理。基于BIM技术，平台实现计划进度信息、实际进度信息与BIM模型关联;实现精细到构件级别的工程进度管理，并利用横道图、BIM构件分类渲染等形式，实现计划进度与实际进度的对比，为用户直观展示工程进度。c)科学的质量安全管理。通过对从设计、施工等各个阶段的质量和安全风险源的录入，实现风险源与BIM构件绑定，及时查询各风险源的位置、描述与施工时的注意事项，从而实现更为科学的质量安全管理。d)直观的工程投资管理。平台实现了工程量信息管理、投资事前事后管理、投资进度展示与分析、设计工程量与施工工程量对比等内容。更直观的体现出建筑工程项目的三维空间模型、时间、成本的五维建设信息，从而为工程造价管理提供了有利条件，使项目按照施工图设计的思路进行人力资源、机械设备、物料的有效配置，从而降低工程投资。

3平台设计

3.1数据库设计平台涉及水利工程施工全过程，信息量较大，包括工程基本信息、项目基本信息、BIM模型信息、进度信息、质量信息、安全信息、监测实时信息等。通过对平台功能点数据存储需求分析与抽象，利用PowerDesigner软件画出平台EＲ图，BIM构件与月报基础信息、月安全问题、月质量问题等实体之间存在一对多关系。

3.2总体设计

平台开发前后端采用Ｒeact+SpringBoot的微服务架构，通过基于Ｒeact的前端组件式开发能够提升开发效率，提高功能组件的复用率，并且页面具有响应速度快、跨浏览器兼容性好的特点;微服务架构是将单体服务程序拆分为一组小型服务，每个小型服务运行在独立进程中，采用Ｒest/Json等更加轻量级通信机制，具有独立部署、动态扩展、快速迭代等优势，可使开发者短时间内构建高可部署性、高可扩展性的应用，本文利用SpringBoot实现。平台采用Cesium三维图形引擎，调用计算机GPU资源进行三维场景渲染，实现BIM模型轻量化以及GIS+BIM场景可视化展示。

结束语

随着BIM技术广泛应用于水利工程施工过程，使得原本需要通过纸质文件作为传递媒介的信息，通过BIM模型准确、高效、丰富的流转在建造过程的每个环节和各参建单位中。

参考文献

［1］李云贵，邱奎宁，刘金樱．我国BIM发展现状与问题探讨［J］．江苏建筑，2018(4):6－9．

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部．建筑信息模型应用统一标准:GB/T51212—2016［S］．北京:中国建筑工业出版社，2016．

［3］李成，王奋，江涛．BIM技术在大河水库工程施工阶段中的应用［J］．水电站机电技术，2021，44(3):78－81．