基于BIM技术的图书馆建筑施工测量系统设计

高秀娟

基于BIM技术的图书馆建筑施工测量系统设计

高秀娟

（安徽新华学院 土木与环境工程学院，合肥 230088）

由于常规图书馆建筑施工测量系统对无效测量值的剔除不彻底，导致测量结果与实际值间存在较大误差，为此提出基于BIM技术的图书馆建筑施工测量系统设计。选用STM32F407ZET6微处理器，在内核中增加自适应实时闪存加速器，外接数据存储器，将信息数据独立存储，利用FSMC连接数据存储芯片与微处理器；借助BIM技术，建立4D可视化的进度模型，分析历史工程案例，计算局部相似度，结合实际情况，选择合适的测量方案，完成图书馆建筑施工，实现基于BIM技术的图书馆建筑施工测量系统设计。提出仿真对照实验，利用计算机程序，模拟图书馆建筑施工现场的系统运行情况，将所设计系统的测量结果与两种常规系统相对照，测试系统性能，测试结果数据表明，所设计系统测量值与实际值之间的误差明显减小，即对无效测量值的剔除效果更佳。

BIM技术；建筑施工；测量；微处理器；数据存储器

在我国2017年7月1日起开始实施的《建筑信息模型应用统一标准GB/T51212-2016》当中，对BIM作如下定义：在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称[1]。BIM并非表达建筑信息、辅助工程实施的唯一办法，应该灵活地将BIM技术与图纸、文档、视频、模型等各种形式的信息综合应用，建筑信息的模型化是一个生成建筑信息并将其应用于设计施工等生命期阶段的商业过程。BIM的应用模式分为单业务应用模式、多业务应用模式以及与项目管理集成应用模式三种，多业务集成应用模式是通过协同平台、数据接口、数据标准，集成多个模型所完成的[2-4]。将BIM技术应用到图书馆建筑施工测量系统的设计当中，借助其发挥的可视化效果，为建筑物的结构功能设计提供技术支持，使项目估算结果更加精准，强化施工团队的合作关系，使信息交换的实效性得以提高，降低施工完成后的返修概率。

1 图书馆建筑施工测量系统硬件设计

1.1 微处理器性能优化

图书馆建筑施工测量系统沿用当前市场上较为成熟的STM32F407ZET6微处理器为主体，保持模块化设计，避免多路姿态通信的矛盾性，该处理器采用Cortex-M4架构，优化成本及功耗敏感的问题，其32位处理器能够支持浮点运算，高控制性能是系统正常运行的基础，其芯片具体实物如图1所示。

图 1 STM32F407ZET6微处理芯片

STM32F4系列作为高性能微控制器，其主要参数如表1所示。

由表1中的数据可知，在内核中增加自适应实时闪存加速器，能够使处理能力达到210MIDPS。选用3.3V的电源供电，当电源波动超过既定阈值时，向主控芯片发送信号，自动产生复位信号使程序复位[5-7]。

表1 STM32F407ZET6主要参数

1.2 数据存储器扩展

由于图书馆建筑施工测量系统的特性，其运行过程中会存在大量的信息数据传输与存储，这些信息数据大多应用于建模仿真[8-10]。上述所选用的STM32F407ZET6微处理器仅有1M内部FLASH，无法满足系统对于数据的存储需求，为此需要外接存储器，将信息数据独立保存，以保障数据安全，图2为FLASH存储器的电路设计原理。

由图2可知，数据存储芯片与微处理器通过FSMC相连接传输建筑施工的测量数据，图中所示的引脚类型及功能作用如表2所示。

图2 FLASH存储器电路设计原理图

至此完成图书馆建筑施工测量系统的硬件部分优化，并在该硬件构造的支持下，利用BIM技术设计系统的软件部分。

表2 引脚说明

2 基于BIM技术的图书馆建筑施工测量系统软件设计

2.1 施工测量模型建立

通常情况下，一个建筑项目的相关设计图纸至少有几百甚至成千上万张，所包含的信息量巨大，将设计出的二维图纸成果在三维空间中展现时，会不可避免地出现碰撞交叉，且施工现场的环境复杂，图书馆建筑作为一次性产品，必须在保证施工安全的基础上在规定的期限内完成建设[11-13]。为此需要利用BIM技术科学分配施工作业，控制施工进度，校正偏离部分，建立4D可视化的进度模型，实时监测图书馆建筑的施工情况[14]。参照表3中的相关标准，调整施工进度，确保施工质量。

表3 已经发布实施的BIM标准

在满足上述标准的前提下，按照具体的施工情况，添加构件并消除建模过程中模型各构件之间的无用连接，仅保留图书馆建筑的相关属性数据。

2.2 测量方案选取

采用BIM数据库，保证传输过程中数据的安全性与完整性，在案例库中检所相似案例，借助其施工测量操作情况，搭建工程框架（表4）。

表4 工程框架

参考文献[15]中的研究成果，采用海明距离法，得到其加权距离计算式：

由上述计算能够得知，相似度距离越大，则图书馆工程与历史工程的施工相似程度越大，利用这一特点，完成各级工程的点位测量，至此实现了基于BIM技术的图书馆建筑施工测量系统设计，为测试所设计系统的性能，提出如下对照实验。

3 系统性能测试

由于施工场地情况较为复杂，不适合系统性能的测试实验，为此利用计算机程序模拟施工情况，对已知长度的某线段测量，并将测量结果与其他两种常规系统的测量结果相比较。为保证实验结果精准，分别采集3组数据进行实验，将所采集到的各点数据间的距离，利用MATLAB的GUI功能，以球面弧长近似弦长算法为核心编制如图3所示的经纬度距离计算器。

图3 距离计算器操作界面

根据上述操作能够直观地得出每段距离中各标记点上，采集到的定位数据分布情况，将得到的结果利用MATLAB呈现出来，如图4所示。

图4 数据位置分布

利用所设计测量系统与另两种常规系统，针对上述3组数据分别进行实验，并取3组数据的平均误差值，将所设计系统设置为实验组，常规测量系统为对照组，具体对照情况如图5所示。

图5 测试结果对比

上述误差分布图当中，展示了不同测试系统所得到的结果误差分布情况，从测量学的角度对实验所得到的误差值进行分析，实验组误差在7.5mm以内，而对照组1和对照组2的结果误差均在9mm以内，说明实验组误差比对照组1和对照组2的结果误差小。

4 结束语

由于传统的图书馆建筑施工测量系统存在测量结果与实际结果误差较大的问题，本文设计基于BIM技术的图书馆建筑施工测量系统。通过微处理器性能优化和数据存储器扩展设计系统硬件，在此基础上，采用BIM技术，建立4D可视化的进度模型，分析历史工程案例，计算局部相似度，结合实际情况，选择合适的测量方案，完成图书馆建筑施工，从而实现基于BIM技术的图书馆建筑施工测量系统设计。实验结果表明，BIM技术的应用能够帮助测量系统剔除无效测量值，提高测量精度。

[1] 沈洋，林石兵，柯元英. 测绘地理信息业务档案信息化管理建设浅析[J]. 测绘与空间地理信息，2020, 43(04): 163-165, 169.

[2] 刘振. 高层建筑工程施工测量关键技术[J]. 山西建筑，2020, 46(08): 151-152.

[3] 吴迪军. 山区高速公路施工控制测量技术研究[J]. 工程勘察，2020, 48(04): 62-66.

[4] 刘尚国，于胜文，刘国林. 测绘工程专业“不动产测量”课程建设的探讨[J]. 测绘工程，2020, 29(02): 72-75.

[5] 张贤龙，张晶，丁庆松. 高层建筑土建施工关键技术分析[J]. 低碳世界，2020, 10(01): 131-132.

[6] 于明旭，林乐胜，杨宁，等. 基于《悉尼协议》的课程教学标准设计——以建筑工程施工测量课程为例[J]. 辽宁高职学报，2020, 22(01): 62-67.

[7] 谢桂娟. 无人机测量技术在建筑工程测量教学中的应用分析[J]. 山西建筑，2020, 46(02): 183-184.

[8] 王斌. 虚拟现实下建筑施工进程的BIM系统优化设计[J]. 现代电子技术，2020, 43(10): 160-162.

[9] 焦俊娟，张胜良，陆静文. 北京第一高楼精密施工测量关键技术[J]. 北京测绘，2019, 33(12): 1438-1442.

[10] 李晓娟，周宗用. 逆作法施工技术在高层建筑施工中的应用[J]. 建筑技术开发，2019, 46(23): 58-59.

[11] 王秀春. 现代建筑施工中工程测量技术的应用研究[J]. 科技创新导报，2019, 16(33): 40-41.

[12] 王志伟，刘云非，周海涛，等. 超危高支模施工全过程架体安全监测技术[J]. 施工技术，2019, 48(20): 5962.

[13] 李根，代广伟. 超高层建筑核心筒楼板后施工测量定位技术研究[J]. 建筑技术，2019, 50(09): 1151-1152.

[14] 路敬伟，万瑞. 超高层建筑结构施工测量控制方法[J]. 中国港湾建设，2019, 39(07): 4347, 82.

[15] 刘桂磊. 现代测绘技术在城市建筑竣工测量中的应用[J]. 四川建材，2019, 45(08): 85-86.

Design of library construction measurement system based on BIM technology

GAO Xiu-juan

(School of Civil and Environmental Engineering, Anhui Xinhua University, Hefei 230088, China)

Because the conventional library construction measurement system does not completely eliminate invalid measurement values, there is a large error between the measurement results and the actual values. Therefore, a library construction measurement system design based on BIM technology is proposed. Select STM32F407ZET6 microprocessor, add an adaptive real-time flash memory accelerator to the core, external data memory, independent storage of information and data, use FSMC to connect the data storage chip and microprocessor; use BIM technology to establish a 4D visualized progress model and analyze history engineering case, calculate the partial similarity, combine the actual situation, select the appropriate measurement plan, complete the library construction, and realize the library construction measurement system design based on BIM technology. A simulation control experiment is proposed to use computer programs to simulate the system operation of the library building construction site. The measurement results of the designed system are compared with two conventional systems to test the performance of the system. The test result data shows that the measured value of the designed system is the error between the actual values is significantly reduced, that is, the invalid measurement value is eliminated better.

BIM technology；construction；measurement；microprocessor；data storage

2020-12-14

安徽新华学院校级自然科学重点研究项目“BIM技术在安徽新华学院图书馆项目中的应用”（2019zr009）

高秀娟（1983-），女，吉林农安人，讲师，硕士，主要从事BIM应用、工程图学、工程测量研究，gaoxueer1205@163.com。

TU198;TP274.2

A

1007-984X(2021)04-0071-05