基于BIM的隧道施工可视化管理系统设计

引言

隧道施工可视化管理系统是工程建设方依靠计算机技术完成隧道施工管理工作，是隧道施工信息化建设的核心内容，为隧道施工管理提供了便利，提高了管理效率，已被广泛应用在隧道施工管理工作中[1]。但是，传统系统在实际应用中不能对施工信息进行实时显示，会产生一定的延迟，已经无法满足隧道施工管理需求，为此，本研究提出基于BIM的隧道施工可视化管理系统设计。BIM又称建筑信息模型，是建筑行业在不断发展过程中衍生的新技术，主要用于表达建筑施工中难以直观表示的三位立体图像与导向类建筑物[2]。此次提出基于BIM的隧道施工可视化管理系统，利用BIM技术，将隧道施工管理数据实现融合，帮助企业更好地完成施工管理工作。

基于BIM的隧道施工可视化管理系统硬件设计

服务器

服务器是系统操作设备，用于向系统其他硬件设备传输系统操作指令，由于此次设计的是隧道施工可视化管理系统，信息储存量较大，所以选用KLHB-6814.62型号的服务器设备为隧道施工可视化管理系统运行提供硬件环境。KLHB-6814.62型号服务器的配置为双核CPU，外设多个可扩展处理器，内存分别为6G、32GB的硬盘。表1为KLHB-6814.62型号服务器的硬件环境配置。

KLHB-6814.62型号服务器拥有图形处理及现场可编程逻辑门阵列两个选项，具备适应任何系统应用程序的通用能力，为基于BIM的隧道施工可视化管理系统运行奠定了良好的平台基础。利用该硬件设备中的双核多路实现加速器、存储设备以及可视化资源之间的平衡，可最大程度地提高系统应用程序的性能。

读卡器

读卡器主要用于读取隧道施工设备运行参数，根据隧道施工可视化管理需求，选取KOPHN-561.365型号读卡器，该型号读卡器功率最大时可以对5台施工设备运行参数进行同时读取，KOPHN-561.365读卡器支持抗碰撞算法来读取隧道施工设备数据。表2为KOPHN-561.365读卡器读取隧道施工设备电子标签指令表。

负载均衡器

表1 KLHB-6814.62型号服务器的硬件环境配置

表2 KOPHN-561.365读卡器读取电子标签指令

负载均衡器主要用于接收所有隧道施工数据信息，按照特定的资源调度算法将收集到的隧道施工数据发放到服务器交换中心，使服务器能够统一对隧道施工数据进行处理。负载均衡器硬件设备设计的主要目的是缓解隧道施工可视化管理系统服务器数据处理压力，保证隧道施工可视化管理系统始终处于平稳的运行状态[3]。由于负载均衡器需要连接多个服务器，其中包括应用服务器、数据库服务器、备份数据库服务器，导致线路交易趋于复杂化，为了避免运行过程中由于负载均衡器与服务器的线路交叉连接出现锁死或互锁等原因出现系统故障，将负载均衡器的连接线路设计成单线程，使负载均衡器和服务器的每个线路只能使用各自的局部变量。除此之外，由于负载均衡器是连接在浏览器与各种服务器之间，为了避免在网络资源均衡分配过程中出现隧道施工数据信息的泄露，在负载均衡器芯片装置中设计一个内存分配函数，由该函数合理分配每一个隧道施工数据信息，以保证基于BIM的隧道施工可视化管理系统数据信息的安全。

基于BIM的隧道施工可视化管理系统软件设计

隧道施工数据采集

若要实现隧道施工可视化管理，首先需要对隧道施工过程中产生的数据进行采集，其中包括施工设备数据、施工材料数据、隧道的基本信息数据等，在这一过程采用MCGS组态软件来完成。在组态软件运行中，通过设定读卡器对隧道施工数据采集周期调用接口，通过接口将组态软件与读卡器驱动程序进行连接，实现读卡器与组态软件之间实时数据的交换[4]。根据隧道施工数据采集要求，该系统调用组态软件窗口中的子窗口，对隧道施工数据输入与输出通道的信号建立联系，然后采用OBV 语言编制组态软件驱动程序，实现对隧道施工数据的采集。

隧道施工数据存储

系统的隧道施工数据存储工作（将采集到的隧道施工数据分类储存到对应数据库），是实现隧道施工可视化管理的关键。根据采集到的数据类型的不同，大体可分为属性数据和空间数据。利用FerBIM下personal geodatabase通过FerBIM HKN建立空间数据库，该系统运用DGV Server 2010建立属性数据库，存储隧道施工影像数据、隧道施工区域三维坐标数据、隧道数据地形数据等空间数据，以及施工材料数据、施工设备数据、施工人员数据、隧道基本信息数据、施工进程数据等属性数据，利用数据库对采集到的隧道施工数据进行有效存储。

实现隧道施工可视化管理

BIM软件的应用是实现隧道施工可视化管理的核心软件技术。BIM软件通过ADO.NET访问系统数据库，利用ADO.NET中的Connection对象实现BIM软件与系统数据库连接，利用C语言和BIM控件接口来调用BIM软件中的axMapCintrol二维场景控件以及axKIHVions三维场景控件，并且对数据库中的空间数据与属性数据进行实时调取[5]。该系统将调取的数据填充到BIM软件的各个模型中进行建模，如将隧道施工图纸以及隧道基本信息导入到BIM软件中，赋予其属性，形成施工建筑模型；将隧道施工进度数据导入到BIM软件中，形成隧道施工进度模型；将隧道施工材料数据导入到BIM软件中，形成隧道施工材料模型；将隧道施工设备数据导入到BIM软件中，形成隧道施工设备模型。然后对建立完成的BIM模型进行云模型检验，同时将隧道施工数据进行条目复核，实现对已经建立的BIM模型的差、错、漏检查，保证BIM模型的有效性[6]。最后建立完相应的BIM模型之后，通过BIM软件接口与浏览器连接，对隧道施工进程、施工设备运行情况、施工材料使用情况等所有施工信息进行实时动态显示，通过BIM软件自定义操作对隧道施工不符合要求的内容进行调整，对隧道施工进度、设备、材料、安全、质量进行全面管理，以此实现基于BIM的隧道施工可视化管理，进而实现基于BIM的隧道施工可视化管理系统设计。

实验

实验设计

实验利用GIN仿真软件模拟一个施工面积为16435m²、施工长度为1.2万米的隧道，利用此次设计系统与传统系统对该隧道施工进行可视化管理。实验中两个系统操作系统均为Window8，客户端为XU9.0 flash20.6客户端，将两个系统基准频率设置为156ms，时间变量更新频率设置为1200ms，比特率设置为5500Bit，数据位为6位，4个停止位，通信超时时间设置为11ms-15ms，数据采集周期时间为100ms。利用两个系统对GJU数据包中的数据信息进行采集，该数据包共含有2000个隧道施工数据，分10次向系统传输，并利用电子表格记录系统对数据采集时间和信息显示时间，对比两个系统的延迟时间。

实验结果分析

将设计系统用系统A表示，将传统系统用系统B表示，表3为两个系统延迟时间对比。

从表3可以看出，此次设计系统延迟时间远低于传统系统，证明此次设计系统可以对隧道施工信息进行实时显示，满足隧道施工可视化管理需求。

结语

此次结合相关文献资料，对基于BIM的隧道施工可视化管理系统设计进行了研究，由于传统系统在实际应用过程中对于信息显示延迟时间较长，为此提出基于BIM的隧道施工可视化管理系统设计研究。在系统硬件方面，服务器采用KLHB-6814.62型号，利用KOPHN-561.365型号读卡器采集隧道施工数据，通过负载均衡器的设计，对采集到的隧道施工数据资源进行均衡分配，为系统正常运行提供保障；在系统软件方面，利用MCGS组态软件获取到读卡器采集到的数据，通过FerBIM软件构建属性数据库和空间数据库，对数据进行分类存储，利用BIM软件构建隧道施工管理模型，通过对模型自定义操作实现对隧道施工可视化管理，以此完成基于BIM的隧道施工可视化管理系统设计。经实验证明，此次设计系统信息显示延迟时长低于传统系统，有效缩短了隧道施工信息显示延迟，有助于提高隧道施工可视化管理水平，为隧道施工提供优质的服务。

表3 系统延迟时间对比（s）