CN111552995B - 基于bim-3dgis和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理*** - Google Patents

基于bim-3dgis和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于BIM‑3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***：所述***包括监测管理模块、电子沙盘模块、数据库模块和显示模块，所述监测管理模块包括基础信息配置模块、仪器原始数据上传模块、数据自动解析模块、数据查询模块，所述的电子沙盘模块包括BIM模块、3DGIS模块、BIM‑3DGIS模型模块、基础信息模块、测点数据模块、测点三维报警模块，所述的显示模块包括PC网页端显示和移动端显示。本发明可以实现地铁车站地下地上接口及周边环境的可视化浏览，开发数据分析算法，省去了线下大量的数据处理工作并提高测量数据处理效率，通过施工测点的三维可视化定位，直观展示施工现场安全风险隐患，快速回报现场施工状况，使项目管理更高效、透明。

Description

基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化 监测管理***
技术领域
本发明属于轨道交通建设过程技术领域，涉及一种轨道交通施工监测管理***，特别涉及一种基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***。
背景技术
随着城市化建设的发展，迎来了城市轨道交通建设浪潮，许多大规模的基坑工程因应而生，其总体数量和开挖深度都得到快速增长，伴随着基坑施工安全问题也与日俱增。基坑开挖具有投资大、工程周期长、技术复杂等特点。由于其特点，基坑施工中有许多不可预测的风险因素，也因此有很多事故发生，并且一些严重的事故对社会和环境产生了严重的影响。
施工信息化管理是保障施工安全的重要手段，传统施工测量依靠人力定点定时检测后由相关人员进行内业处理，人为误差较大、时效性差而且测量数据的不规范管理极易导致信息丢失，无法对基坑施工安全性起到预防控制作用。
传统测量工作通过内业处理后将数据上传到监测管理平台，大多数基坑结构位移风险监测方法都基于二维曲线或图表。并且常用数据报表结合二维曲线和图形的方式表达变形趋势。当工程师查看基坑变形情况时，很难直观感知基坑状态，对基坑支护结构的变形趋势难以准确判断，更遑论较无经验的新手管理工程师。
但是，通过链接图形和数据可以促进不同数据的可视化，识别危险位置，并支持管理者的决策。而BIM作为一种强大的信息技术，可用于整合综合信息，是工程信息化的重要手段。
BIM是工程信息化应用的重要载体，BIM技术的发展和应用在很多领域改变了人们的思维定式，它作为一个集成的信息化技术，良好的数据承载性和可视化等优势引导了建筑行业新一轮的技术革命。就目前国内BIM应用现状，相对于设计，在施工阶段应用价值更高，如管线综合、施工模拟等可以为施工单位减少大量的施工成本并保证更安全的施工。尽管BIM在施工过程中的应用相对较多，但将其应用于地铁车站施工风险监测的应用却很少。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，可以实现地铁车站地下地上接口及周边环境的可视化浏览，开发数据分析算法，省去了线下大量的数据处理工作并提高测量数据处理效率，通过施工测点的三维可视化定位，直观展示施工现场安全风险隐患，快速回报现场施工状况，使项目管理更高效、透明。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，其特征在于，所述***包括轨道交通建设管理平台中的监测管理模块、电子沙盘模块、数据库模块和显示模块；
所述的监测管理模块包括基础信息配置模块、仪器原始数据上传模块、数据自动解析模块、数据查询模块，所述的电子沙盘模块包括BIM模块、3DGIS模块、BIM-3DGIS模块、基础信息模块、测点数据模块、测点三维报警模块，所述的显示模块包括PC网页端显示和移动端显示；
所述的基础信息配置模块能够实现对监测测项和测点的设定录入、测项测点的预警阈值设定以及报警颜色设置、测点在BIM-3DGIS模型上的批量三维布设功能；所述的仪器原始数据上传模块能够将徕卡电子水准仪和天宝电子水准仪等多种电子水准仪的仪器测量数据直接导出上传到***数据库模块，自动实现格式转换和错误分析，提示错误数据，供用户可以在***上进行增删以确保上传数据的准确；所述的数据自动解析模块集成了闭合差和平差计算测量计算规则，在数据上传后可进行自动解析和计算，大量减少了测量人员的内业数据处理工作；所述的数据查询模块可查询数据计算的结果、施工方和监理方上传数据对比和测量数据的变化速率、趋势、报警情况；
所述的BIM模块能够建立地铁车站围护及主体结构三维模型，准确反映地下车站的实际情况，并包含地铁车站构件的几何和非几何属性信息，所述非几何属性信息诸如名称、材料、建设单位、供应商等；所述的3DGIS模块能够建立地铁车站地下及地上周边环境三维模型，包括地上建筑物及地下地质和市政管网模型，直观展示车站周边环境及隐蔽工程；所述的BIM-3DGIS模块通过BIM和3DGIS模型的融合，能够反映车站结构与周边建构筑物的距离关系，保障施工安全；所述的基础信息模块包括建立模型所需的基础图纸资料、三维模型附带的非几何属性信息、地铁车站及周边建构筑物的建筑物信息；所述的测点数据模块包括测点的基础信息、测点对应的后台历史测量和计算的数据；所述的测点三维报警模块包含测点预警阈值及预警等级颜色设定，能够实现测点报警时高亮闪烁提示；
所述的数据库模块能够将测量数据、BIM数据、3DGIS数据整合存储，相关模块数据通过编码字典实现一一映射，互联互通。
进一步地，所述的BIM-3DGIS模块通过将地下车站等BIM模型的IFC格式统一采用映射关系转换为3DGIS模型的CityGML格式，与3DGIS模块建立的地铁车站地下及地上周边环境三维模型结合形成BIM-3DGIS模型，实现底层数据融合，使BIM-3DGIS模型不仅包含了BIM的属性信息，也包含了BIM和3DGIS模型的几何属性信息，并通过轻量化发布技术，生成网页模型图形平台，具备模型定位索引、分图层显示、漫游、测量分析、透明度调节、属性信息展示等功能，实现地铁车站地下地上接口及周边环境的可视化浏览。
进一步地，所述的基础信息配置模块可实现测点在BIM-3DGIS模型上的批量三维定位，通过在***中导入测点三维(x，y，z)坐标，坐标导入后，自动在BIM-3DGIS模型上生成立体测点，并根据测点测项的不同以不同方式显示，实现施工测点的三维可视化定位。
进一步地，所述的数据自动解析模块将传统测量业务管理中测量人员通过仪器测量后繁杂重复的内业处理过程包装成相关算法写入***，使***能直接解析仪器数据，计算精度可达0.0001mm，并且不同时间测量最小差异0.1mm，省去了线下大量的数据处理工作，不仅减少了误差，也减少了大量的重复劳动力，提高了效率。
进一步地，所述的测点三维报警模块通过预设的报警等级，在测点数据模块对应测点上传监测数据后，通过自动计算若超过预报警界限，***测点三维报警模块就会在BIM-3DGIS模型中三维定位预报警测点，并以不同颜色高亮闪烁提示，同时，可通过测点数据模块查看测点报警情况及历史测量数据，直观展示施工现场安全风险隐患，为管理人员提供了决策支持。
进一步地，所述的显示模块是与监测管理模块和电子沙盘模块数据互联互通的，所述的监测管理模块数据可在所述的电子沙盘模块中实时对应查看，并且监测管理模块和电子沙盘模块的数据都可以在PC网页端和移动端实时显示，所述的PC网页端显示让管理人员可以不去施工现场的情况下也能够对现场施工的各种情况了如指掌，同时所述的移动端显示可以让现场人员也实时了解现场的监测情况并及时快速回报现场施工状况，使项目管理更高效、透明。
本发明的基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，可实现风险时空演化、施工现场及周边环境可视化、监测信息预测及动态预警等功能。通过在BIM-3DGIS模型中建立车站基坑的三维模型风险监测点，可使监测动态追踪。车站基坑施工需要考虑周边环境风险，通过整合BIM和3DGIS底层数据，搭建3DGIS环境，可视化周边环境风险，直观感受施工过程对周边环境的影响。并且BIM模型中附带了大量工程数据，在车站施工管理过程中，可直接调阅查看模型构件附属信息，以辅助施工管理，使风险可见，达到快速响应的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本***的总体结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，包括轨道交通建设管理平台中的监测管理模块、电子沙盘模块、数据库模块和显示模块；所述的监测管理模块包括基础信息配置模块、仪器原始数据上传模块、数据自动解析模块、数据查询模块，所述的电子沙盘模块包括BIM模块、3DGIS模块、BIM-3DGIS模块、基础信息模块、测点数据模块、测点三维报警模块，所述的显示模块包括PC网页端显示和移动端显示。
目前轨道交通建设工程中建立的轨道交通建设管理平台，包括设计管理模块、安全管理模块、进度管理模块、质量管理模块、成本管理模块、综合展示模块、显示模块、数据库模块和***管理模块；其中，安全管理模块包括安全统计模块、安全方案管理模块、监测管理模块、隐患管理子模块和风险管理模块，综合展示模块包括电子沙盘模块、二维GIS模块、视频监控模块和模型展示模块。
所述的BIM模块能够建立地铁车站围护及主体结构三维模型，准确反映地下车站的实际情况，并包含地铁车站构件的几何和非几何属性信息，所述非几何属性信息诸如名称、材料、建设单位、供应商等；所述的3DGIS模块能够建立地铁车站地下及地上周边环境三维模型，包括地上建筑物及地下地质和市政管网模型，直观展示车站周边环境及隐蔽工程；所述的BIM-3DGIS模块通过BIM和3DGIS模型的融合，能够反映车站结构与周边建构筑物的距离关系，保障施工安全；所述的基础信息模块包括建立模型所需的基础图纸资料、三维模型附带的非几何属性信息、地铁车站及周边建构筑物的建筑物信息；所述的测点数据模块包括测点的基础信息、测点对应的后台历史测量和计算的数据；所述的测点三维报警模块包含测点预警阈值及预警等级颜色设定，能够实现测点报警时高亮闪烁提示；
所述的基础信息配置模块能够实现对监测测项和测点的设定录入、测项测点的预警阈值设定以及报警颜色设置、测点在BIM-3DGIS模型上的批量三维布设功能；所述的仪器原始数据上传模块能够将徕卡电子水准仪和天宝电子水准仪等多种电子水准仪的仪器测量数据直接导出上传到***数据库模块，自动实现格式转换和错误分析，提示错误数据，供用户可以在***上进行增删以确保上传数据的准确；所述的数据自动解析模块集成了闭合差和平差计算测量计算规则，在数据上传后可进行自动解析和计算，大量减少了测量人员的内业数据处理工作；所述的数据查询模块可查询数据计算的结果、施工方和监理方上传数据对比和测量数据的变化速率、趋势、报警情况；
所述的数据库模块能够存储监测数据、BIM数据、3DGIS数据和BIM-3DGIS数据。数据上传模块上传的监测数据和BIM-3DGIS模块的模型数据统一存储在数据库模块中，统一存储的数据通过编码字典实现监测数据和BIM-3DGIS模型数据的一一映射，互联互通。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对国内某城市某条轨道交通线路提出了一种基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***。图1为该***整体架构图，具体实现方法如下：
根据轨道交通勘察设计图纸建立轨道交通沿线BIM和3DGIS模型，通过将地下车站等BIM模型的IFC格式统一采用映射关系转换为3DGIS模型的CityGML格式，与3DGIS模块建立的地铁车站地下及地上周边环境三维模型结合形成BIM-3DGIS模型，实现底层数据融合，使BIM-3DGIS模型不仅包含了BIM的属性信息，也包含了BIM和3DGIS模型的几何属性信息。随后在软件中将整合的BIM-3DGIS模型导出轻量化格式文件，发布至云服务器中，生成网页模型图形平台，具备模型定位索引、分图层显示、漫游、测量分析、透明度调节、属性信息展示等功能，实现地铁车站地下地上接口及周边环境的可视化浏览，使轨道交通建设过程中对地上地下周边环境有直观认识，包括周边地质条件、市政管线和周边风险源等。
基础信息配置模块实现测点在BIM-3DGIS模型上的批量三维定位，由于电子沙盘模块中内置了地理坐标***，通过在***基础信息配置模块中导入测点三维(x，y，z)坐标，坐标导入后，***便自动在电子沙盘模块的BIM-3DGIS模型上生成立体测点，并根据测点测项的不同以不同方式显示，如桩顶位移以三角形标记、围护桩测斜以圆点标记，实现施工测点的三维可视化定位。
数据自动解析模块将传统测量业务管理中测量人员通过仪器测量后繁杂重复的内业处理过程包装成相关算法(如监测闭合差和平差计算方法等)写入***，使***能直接解析仪器数据，计算精度可达0.0001mm，并且不同时间测量最小差异0.1mm，省去了线下大量的数据处理工作，不仅减少了误差，也减少了大量的重复劳动力，提高了效率。
通过在测点三维报警模块预设报警等级，在测点数据模块对应测点上传监测数据后，通过自动计算若超过预报警界限，***测点三维报警模块就会在BIM-3DGIS模型中三维定位预报警测点，并以不同颜色高亮闪烁提示，同时，可通过测点数据模块查看测点报警情况及历史测量数据，直观展示施工现场安全风险隐患，为管理人员提供了决策支持。
通过数据库模块，实现监测管理模块和电子沙盘模块数据互联互通。数据库模块能够存储监测数据、BIM数据、3DGIS数据和BIM-3DGIS数据，数据上传模块上传的监测数据和BIM-3DGIS模块的模型数据统一存储在数据库模块中，统一存储的数据通过编码字典实现监测数据和BIM-3DGIS模型数据的一一映射，互联互通，使得电子沙盘模块中的测点数据模块可直接调用数据库模块中相关的监测数据进行查看。
显示模块可实现数据库模块内数据的可视化展示。监测管理模块和电子沙盘模块的数据都可以在PC网页端和移动端实时显示，所述的PC网页端显示让管理人员可以不去施工现场的情况下也能够对现场施工的各种情况了如指掌，同时所述的移动端显示可以让现场人员也实时了解现场的监测情况并及时快速回报现场施工状况，使项目管理更高效、透明。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，其特征在于，所述***包括轨道交通建设管理平台中的监测管理模块、电子沙盘模块、数据库模块和显示模块；
所述的监测管理模块包括基础信息配置模块、仪器原始数据上传模块、数据自动解析模块、数据查询模块，所述的电子沙盘模块包括BIM模块、3DGIS模块、BIM-3DGIS模块、基础信息模块、测点数据模块、测点三维报警模块，所述的显示模块包括PC网页端显示和移动端显示；
所述的基础信息配置模块能够实现对监测测项和测点的设定录入、测项测点的预警阈值设定以及报警颜色设置、测点在BIM-3DGIS模型上的批量三维布设功能；所述的仪器原始数据上传模块能够将多种电子水准仪的仪器测量数据直接导出上传到***，自动实现格式转换和错误分析，提示错误数据，供用户可以在***上进行增删以确保上传数据的准确；所述的数据自动解析模块集成了闭合差和平差计算测量计算规则，在数据上传后可进行自动解析和计算；所述的数据查询模块可查询数据计算的结果、施工方和监理方上传数据对比和测量数据的变化速率、趋势、报警情况；
所述的BIM模块能够建立地铁车站围护及主体结构三维模型，包含地铁车站构件的几何和非几何属性信息；所述的3DGIS模块能够建立地铁车站地下及地上周边环境三维模型，包括地上建筑物及地下地质和市政管网模型；所述的BIM-3DGIS模块通过BIM和3DGIS模型的融合，能够反映车站结构与周边建构筑物的距离关系；所述的基础信息模块包括建立模型所需的基础图纸资料、三维模型附带的非几何属性信息、地铁车站及周边建构筑物的建筑物信息；所述的测点数据模块包括测点的基础信息、测点对应的后台历史测量和计算的数据；所述的测点三维报警模块包含测点预警阈值及预警等级颜色设定，能够实现测点报警时高亮闪烁提示；
所述的数据库模块能够将测量数据、BIM数据、3DGIS数据整合存储，相关模块数据通过编码字典实现一一映射，互联互通。
2.根据权利要求1所述的基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，其特征在于：所述的BIM-3DGIS模块通过将BIM模型的IFC格式统一采用映射关系转换为3DGIS模型的CityGML格式，与3DGIS模块建立的地铁车站地下及地上周边环境三维模型结合形成BIM-3DGIS模型，实现底层数据融合，使BIM-3DGIS模型不仅包含了BIM的属性信息，也包含了BIM和3DGIS模型的几何属性信息，并通过轻量化发布技术，生成网页模型图形平台，具备模型定位索引、分图层显示、漫游、测量分析、透明度调节、属性信息展示功能，实现地铁车站地下地上接口及周边环境的可视化浏览。
3.根据权利要求1所述的基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，其特征在于：所述的基础信息配置模块可实现测点在BIM-3DGIS模型上的批量三维定位，通过在***中导入测点三维(x，y，z)坐标，坐标导入后，自动在BIM-3DGIS模型上生成立体测点，并根据测点测项的不同以不同方式显示，实现施工测点的三维可视化定位。
4.根据权利要求1所述的基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，其特征在于：所述的数据自动解析模块将传统测量业务管理中测量人员通过仪器测量后繁杂重复的内业处理过程包装成相关算法写入***，使***能直接解析仪器数据。
5.根据权利要求1所述的基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，其特征在于：所述的测点三维报警模块通过预设的报警等级，在对应测点上传监测数据后，通过自动计算若超过预报警界限，***就会在BIM-3DGIS模型中三维定位预报警测点，并以不同颜色高亮闪烁提示，同时，可点击报警测点查看报警情况及历史测量数据，直观展示施工现场安全风险隐患，为管理人员提供了决策支持。
6.根据权利要求1所述的基于BIM-3DGIS和数据自动解析技术的轨道交通施工可视化监测管理***，其特征在于：所述的显示模块是与监测管理模块和电子沙盘模块数据互联互通的，所述的监测管理模块数据可在所述的电子沙盘模块中实时对应查看，并且监测管理模块和电子沙盘模块的数据都可以在PC网页端和移动端实时显示，所述的PC网页端显示让管理人员可以不去施工现场的情况下也能够对现场施工的各种情况了如指掌，同时所述的移动端显示可以让现场人员也实时了解现场的监测情况并及时快速回报现场施工状况，使项目管理更高效、透明。
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