基于BIM的基坑施工任务监管云平台

杨国平 刘志刚

(北京理正软件股份有限公司,北京 100044)

基于BIM的基坑施工任务监管云平台

杨国平 刘志刚

(北京理正软件股份有限公司,北京 100044)

基于BIM、公有云和移动互联网，构建了一个基坑支护施工现场任务监管云平台：1) 读入基坑设计模型，经过组织整理与设计深化，创建完成基坑施工BIM模型； 2)将模型上传到云端后，施工管理人员可基于模型向施工队下达任务；3)施工工长可通过手机APP接受任务，查看设计资料，实时上传施工现场的各种数据、照片、视频等信息； 4)监管人员可通过云平台对施工现场进行实时监管。

基坑施工； BIM； 实时监管； 云平台； 移动客户端

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.08

1 引言

深基坑工程在建筑工程中属于事故高发项目，风险较大，各地对基坑工程的安全监管也十分重视，如规定支护方案必须通过专家论证，施工过程需纳入“危险性较大的分部分项工程施工监管平台”进行管理等措施，但基坑工程事故仍然不时发生。这些事故发生的主要原因，是工程建设各方主体责任单位不严格执行规范、规程及相关管理文件，不认真履行质量安全责任，没有对深基坑工程从勘察设计到基坑回填的全过程每一环节进行有效的监管，信息采集手段落后，信息不对称，隐患问题发现滞后，处置不及时造成的。

现今科学技术与施工技术不断进步，BIM、互联网、公有云、移动客户端等技术蓬勃发展，已经在建筑工程中发挥着越来越大的作用，完全可以做到施工信息获取的实时性与准确性，可以实现实时监管，但在基坑工程中的应用还不多见。利用BIM技术可做到直观准确，利用移动互联技术可做到信息实时采集，利用系统间数据集成技术可实时抓取施工监测关键数据并进行预警，利用公有云技术可大幅降低系统架构成本，让更多基坑项目获益。

目前施工阶段的BIM应用，基本上停留在对施工“事前的模拟与指导”基础上，很少能见到在施工过程中BIM的深入应用。理正公司利用自身在“BIM+MIS+移动互联+云平台”几方面优势，搭建了“基于BIM的基坑施工任务监管云平台”，将BIM与施工过程结合起来，使BIM在施工过程中得以发挥巨大作用，实现了施工BIM由“静态应用”到“动态应用”的飞跃。以下将对理正施工监管云平台进行简单介绍。

2 系统工作原理

理正施工监管云平台由云服务器、施工模型加工客户端、施工任务分配与监管客户端、工长任务接收与信息采集APP、基坑监测系统接口等五部分组成。其中模型加工客户端为C/S软件，任务分配客户端为B/S软件，工长APP为移动端软件，基坑监测接口为后台定时自动抓取数据的服务。因此本系统采用的技术架构是较为复杂的，构建此系统需要综合采用多种研发技术，如图1所示。

本系统所采用的关键技术包括BIM建模与展示技术、移动互联APP技术、公有云平台技术和管理信息系统集成技术。系统使用角色主要有项目部技术人员、项目部管理人员、施工工长、建设企业领导和业主等。施工监管云平台的工作原理如图2所示，基于此系统工作的典型步骤如下：

图1 系统架构

图2 系统工作原理

1)项目部：读入设计模型，进行施工模型建模；

2)项目部：施工模型上传；

3)项目部：基坑施工任务策划、上载施工资料；

4)工长：手机APP接受任务，查询资料，上传现场施工信息；

5)项目部：实时查询施工进度与现场资料；

6)业主、建企领导：综合查询与监管。

3 基坑施工BIM模型创建

基坑施工BIM模型包含支护桩、内支撑、立柱、连续墙、土钉、锚杆、土方、降水等多种分项模型。创建有两种方法：其一，可通过读入P-BIM[1]标准数据创建，这种方法非常简单方便； 其二，如果得不到P-BIM数据，也可利用设计阶段的Revit成果，将几何造型读入后，再通过手工对构件所属施工分部分项类别进行组织、整理，对构件属性进行补充设置(如代码、名称等)，最终形成施工模型。

3.1 读入基坑P-BIM标准数据创建模型

中国BIM发展联盟主导的协会标准《建筑基坑设计P-BIM软件功能与信息交换标准》已经进入报批阶段，理正公司研发的标准配套软件已实现设计数据库(mdb格式)的直接导出[2]。本系统可以直接读入“理正基坑”输出的P-BIM标准数据，形成初步的基坑施工BIM模型。这种方法的好处是不言而喻的，用户不需要培训，只需点击功能按钮，选择设计软件输出的mdb数据库，施工模型就可在瞬间建立完毕，包括几何形体与构件的属性数据，甚至于分部分项信息也可自动建立。图3为读入P-BIM标准数据形成的初步施工模型。

图3 读入P-BIM基坑模型

3.2 利用设计阶段Revit成果创建模型

目前，设计阶段采用BIM技术已经相对普遍，重要程度稍高的项目，为了完成高质量的设计协同工作，一般都有利用Revit软件完成的基坑工程设计模型(rvt格式)。这种设计模型虽然一般只包含三维几何信息与少量属性信息，但在施工阶段仍然具有很大的利用价值。本系统可以直接读入Revit设计模型，直接利用其几何体与属性，再对分部分项进行分类加工，对构件属性进行补充设置，即可应用于后续的云平台施工监管中。模型加工界面及读入后的Revit模型如图4所示。

3.3 模型深化设计

设计模型一般都需经过深化设计工作，才能达到施工模型的深度。基坑深化设计的内容较多，仅以灌注桩深化设计为例。灌注桩深化设计包括：钢筋笼深化设计、设计要求参数设置、施工要求参数设置三部分，如图5所示。

图4 模型加工界面及读入Revit基坑模型

图5 灌注桩深化设计

3.4基坑施工进度模拟

在模型上传到云端之前，本系统还提供了基坑施工进度模拟功能。对模型中各分部分项设置计划开工与完成时间后，即可进行施工进度模拟。模拟的粒度可以到分项工程，也可以到检验批，甚至可精确到具体某根构件的某道施工工序。施工模拟的过程可进行视频录制，方便在脱离本系统的情况下进行演示。施工进度模拟界面如图6所示。

图6 基坑施工进度模拟

3.5 模型上传云端

施工BIM模型构建成功后，即可上传到云端，系统提供了上传云端命令，上传工作可一键完成。模型上传到云端后，管理人员即可基于此模型进行施工任务的下达。图7为上传到云平台的的部分基坑施工模型。

图7 部分基坑施工模型

4 基坑施工任务下达

施工管理人员登录监管云平台后，可在系统中按照BIM模型分部分项的划分，进行施工任务的下达。下达施工任务包括以下两个步骤。

4.1 施工任务策划

包括新建施工任务、分部分项或构件选择、施工队指定等，相对于传统的施工任务管理系统，由于是基于BIM模型进行管理，有三维构件展示，任务分配更加直观明了，操作界面如图8所示。

图8 基坑施工任务策划

4.2 施工资料上传

施工资料包括两种类别，一种是工程一级的资料，如基坑施工方案，设计图纸，地勘资料，项目施工要求等； 另一种为任务级别的施工资料，例如对某根灌注桩的深化设计图纸，对某根桩的施工要求等。这些资料上传成功后，施工人员可通过手机APP随时随地直接查看，这样就可做到施工资料有序分发与查看，不但减少了沟通工作量，而且比电子邮件或纸质资料方式更不容易出错。具体操作界面如图9所示。

图9 基坑施工资料上传

5 基坑施工工长APP

5.1 接受施工任务

工长通过手机APP登录云平台后，自动接受分配给他的施工任务。以灌注桩施工任务为例，进入某一具体任务后，软件列出了在本任务中需要完成的灌注桩编号，并用不同颜色表示不同的施工状态。每个灌注桩均需要完成成孔、钢筋笼加工、混凝土浇筑三个工艺步骤。具体操作界面如图10所示。

图10 接受基坑施工任务

5.2 查看任务资料

管理人员上传施工资料后，工长通过手机APP，即可实时查看这些资料。这些资料均可在联网时进行下载，自动缓存到手机中，即使在断网的环境中，仍可进行浏览阅读，具体界面如图11。

图11 查看施工资料

5.3 提交现场施工信息

现场施工信息包括施工参数、施工人员照片以及现场施工照片等。这些信息均可在断网离线时进行录入或拍照，网络连接后自动上传到云端。拍照时，将自动记录拍照时间与拍照地点的GPS坐标，杜绝造假情况的发生。APP的界面如图12所示。

图12 现场施工信息提交

5.4 设置任务完成状态

如果已完成施工，并将现场信息录入后，工长可点击任务完成按钮，设置云端的任务完成状态。这时管理人员即可通过管理程序，实时查看任务完成状态。具体界面如图13所示。

图13 设置任务完成状态

6 基坑施工实时监管

6.1 现场进度查看

施工管理人员在任何时间与地点，均可通过浏览器上的任务监管界面实时查看某一具体任务基本信息与实时完成状态。如图14所示。

图14 列表方式查看任务完成状态

也可在三维场景中查看实时完成状态，不同的完成状态采用不同的颜色显示，非常直观，具体界面如图15所示。

图15 三维方式查看任务完成状态

6.2 施工现场实时信息查看

由手机APP实时上传的施工现场参数、施工人员照片、现场照片等信息，施工管理人员均可及时查看。由于采用了移动互联网技术，所得到的施工信息实时且真实准确，因此十分便于快速发现施工中的问题，及时纠正以便减少损失。具体操作界面图16所示。

6.3 基坑位移监测预警

由于本系统与基坑监测系统进行了接口，因此可得到位移等监测的实时数据。通过对每个监测点设置位移上下限，以及位移变化速率的上下限值，可在三维模型视图中直观显示位移监测结果，对超限的情况用醒目的颜色进行预警，也可设置发生通知短信。位移监测预警界面如图17所示。

图16 查看现场施工信息

图17 基坑位移监测预警

图18 房屋建筑与地铁基坑测试模型

7 系统实施中的一些问题

系统开发完成后，共进行了三个基坑支护工程的测试验证，包括一个地铁基坑支护结构工程、两个房屋建筑基坑支护工程，如图18所示。经测试，三个工程均能达到预定的功能要求，能够体现BIM与移动互联网结合带来的好处。但实施过程中也发现了一些问题，对未来系统的大规模推广应用影响较大，包括BIM模型在线变更问题，以及与现场基坑监测数据采集系统的接口问题。

7.1 基坑BIM模型的在线变更问题

在整个施工过程中，受现场未定因素的干扰，预定实施计划被反复调整是不可避免的，有时会涉及到对BIM模型的更改，其中有两种情况较难处理：其一是BIM构件的拆分，例如将原属于一个施工班组任务的一片地下连续墙一分为二，分别安排给两个施工班组进行施工，这时就需要系统具备必要的在线三维模型剖切功能； 其二是BIM构件的添加，例如经现场施工发现事先未预料的地质问题，需要变更增加锚杆，这时就需要能够在线新增或在线导入锚杆模型。但目前本系统不具备三维BIM模型的在线编辑功能，只能在线下修改BIM模型后，对模型进行重新上载，对原模型的三维几何体进行覆盖，同时保留构件编码与施工任务的现场采集信息。由于前后两次上载时，模型构件的编码并未发生变化，因此不会丢失施工过程中采集到的各种信息，但应用过程不够简洁，操作复杂且工作量大。因此，未来系统应增加在线BIM模型的简单编辑功能，包括对三维几何体的拆分、合并、添加、导入、删除等功能。

7.2 与现场基坑监测数据采集系统的接口问题

经过调研发现，目前市场上基坑施工监测数据采集技术较为庞杂，仪器厂商与监测单位各有各的数据采集管理系统，也有单位尚未建立监测采集管理系统。因此，本系统需要与不同的数据采集系统进行对接，势必造成实施工作量与成本的大幅增加，无法达到大量推广的目的。为此，我们制订了《理正基坑监测类型编码标准》和《理正基坑监测数据上载XML标准格式》，并提供了一组配套的WebAPI供监测厂商调用，向本系统定时推送监测数据。这样，本系统就具备了与不同监测厂商数据采集系统进行在线连接的能力，为大规模实施做好了准备。目前，本系统已经完成了与智博联数据采集管理系统的在线对接。

8 总结

采用BIM、移动互联网、公有云、MIS等新技术搭建的基坑施工监管云平台，能够达到模型直观展示、任务有序下达、信息实时采集、问题及时发现的效果，并且实现了静态BIM应用到动态BIM应用的提升； BIM技术与移动终端、MIS、云技术的结合大有可为； BIM技术在施工中的应用值得大力探索。

[1]黄强. 论BIM[M].北京：中国建筑工业出版社， 2016.

[2]杨国平，冯金志，崔年治.理正勘察设计阶段P-BIM应用系统研究[J].中国勘察设计， 2015(4)： 92-97.

Based on BIM Supervision Cloud of Foundation Pit Construction Task

Yang Guoping， Liu Zhigang

(BeijingleadingsoftwareCo.,Ltd.，Beijing100044,China)

Based on BIM，public cloud and mobile internet，a cloud platform for the task supervision on the site construction of foundation pit support was set up.It provided the following functions：Firstly，after reading，modifing and design-developing the model of foundation pit design，BIM model of foundation pit construction could be created. Secondly，if the BIM model is uploaded to the cloud，the construction manager can issure assignments to the construction team on the basis of the BIM model. Thirdly，using the mobile client，the construction team leader can accept the tasks，view the design data，and upload the realtime information，including kinds of data，photoes，videos and so on. Fourth，the supervisor can do the realtime supervision of the construction site.

Foundation Pit Construction； BIM； Realtime Supervision； Cloud Platform； Mobile Client

杨国平(1968-)，男，工学博士，教授级高工，副院长，主要从事土木工程CAD、协同与BIM等软件研发; 刘志刚(1972-)，男，工程师，技术总监，主要从事协同设计、BIM等软件研发与实施。

TU443；TU17

A

1674-7461(2016)06-0044-07