基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统

王文琦

(常州市武进水利工程有限公司，江苏 常州 213000)

0 引 言

水利工程项目施工信息共享系统是实现水利工程项目现代化管理的先进管理模式[1]。通过建立局域网、广域网和数据库，实现信息的及时交换和数据的共享。它是一种以“项目法施工”为基础的管理模式，由人、计算机、网络等组成，是对进度、质量、材料等管理内容进行信息收集、处理、存储和传递的信息管理系统。水利工程项目管理是一项复杂而艰巨的系统工程，它包括进度、质量、人员、合同、材料、机械、财务、文件等诸多方面[2]。由于各方沟通协调困难，传统的项目管理无法发挥潜在的作用。计算机网络的应用大大提高了信息通信和数据采集的效率，它能有序地组织大量的杂信息，使管理更加严谨、量化、系统化[3]。

焦圣明等[4]为了解决在传统模式中当使用二维GIS系统后，不能很好地满足气象多元化环境和在交通气象信息服务中气象服务产品的性能不好等问题，特地设计了交通气象信息共享系统，是建立在三维地理信息系统world wind基础上的。通过GeoServer构建了WMS地图服务，并通过sketchu P建模工具建立了主要数据的模型结构，并对系统的功能模块和体系结构进行了分析。在这基础上建立交通气象信息共享系统的数据库的整体结构，让其通过二级缓存的数据访问机制，来对气象等因素反复演算，而且还集成交通气象信息，并对共享产品进行综合运用，从而得到了信息共享的案例，这样正好说明了系统的三维效果好，实用性强。马渝勇等[5]对于省级气象业务提出了一套服务模式，该模式是建立在气象信息管理和共享服务的基础上的，是对大量的气象信息进行的系统管理，通过该项服务，能提供气象信息定位、要素级数据服务和检索等功能。通过面向消息中间件技术，该系统能很好地提供气象信息的管理，实现信息的共享，通过二次开发来提供可靠的接口，这样不但让数据库更加安全，访问效率更高，而且通过访问各种开发环境，对数据库实行编程管理等来形成气象信息服务的共享模式，在建立省级气象信息共享服务系统的基础上，让其得到很好的应用来支持省级业务。

基于以上研究背景，本文将BIM技术应用到水利工程项目施工信息共享系统设计中，从而提高水利工程项目施工信息共享系统的性能。

1 水利工程项目施工信息共享系统硬件设计

1.1 水利工程项目施工信息共享系统架构设计

水利工程项目施工信息共享系统实现了对各类水利工程建设数据信息的统一管理，同时根据用户角色和权限控制要求，实现了水利工程建设数据信息的审核和发布，提供水利工程建设数据信息共享和量化评分服务[6]。同时，为了方便用户使用，系统运行在校园网环境下。因此，系统可分为基础层、数据层、逻辑层和应用层。水利工程项目施工信息共享系统架构见图1。

图1 水利工程项目施工信息共享系统架构图

基础层：为水利工程项目施工信息共享系统提供网络基础条件、网络服务器、数据库服务器和存储设施。

数据层：依托关系数据库和存储系统，数据信息涵盖研究论文、知识项目、知识产权、科研成果、标准规范、技术报告、示范报告、荣誉奖等，提出了结构化数据与非结构化文件相结合的数据存储方式[7]。

逻辑层：为数据提交、审核、发布提供基本的业务流程支持，维护评分规则体系和按量化考核标准自动评分，配合统一用户管理等协同用户信息，维护水利工程项目施工信息共享系统内部角色和权限配置。

应用层：根据发布的有效数据信息，为用户提供数据检索和共享服务，并结合量化评分规则提供自动评分服务。

1.2 水利工程项目施工信息共享系统网络结构设计

基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统是水利工程企业内部施工信息共享的渠道[8]。根据水利企业的具体业务需求，可以设计具有分布式特点的系统网络结构，见图2，简要反映了系统在企业内部网中的网络部署架构。

图2 水利工程项目施工信息共享系统网络结构图

从图2的网络架构图中可以看出，基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统的网络结构主要由以下3个部分组成。

1) 水利工程项目施工信息共享系统的用户。用户可以通过向水利工程项目施工信息共享系统的服务器发送http请求，从而达到使用的目的，在图2中表现为计算机。

2) 水利工程项目施工信息共享系统服务器。信息共享系统的服务器全部都由水利工程项目施工信息共享系统的服务器来完成，将一些软件程序部署在服务器中[9]，水利工程项目施工信息共享系统服务器可以存放用户的基本信息以及用户在系统中发布或订阅的主题持久数据。

3) 开启Active MQ服务的水利工程项目施工信息共享系统服务器。水利工程项目施工信息共享系统服务器中采用Active MQ框架来实现服务器与服务器之间的信息传输功能，因此需要配置共享程序中的Active MQ 服务来开启地址信息。在图2中，采用已经开启部署Active MQ 服务的服务器进行表示。

1.3 系统功能设计

综合系统的总体架构和网络结构，水利工程项目施工信息共享系统的功能设计部分包括施工信息管理、水利工程项目的量化评分管理以及基础功能管理等[10]，具体功能见图3。

图3 水利工程项目施工信息共享系统功能

1) 施工信息管理。对水利工程项目施工信息的报送、审批、发布等业务流程进行统一管理和控制，实现对科研论文、知识项目、知识产权、科研成果、标准规范、技术报告、示范报告和荣誉奖的统一管理[4]。

2) 水利工程项目的量化评分管理。根据职称和技术职务评审的要求，维护量化评分规则，并根据规则自动计算得分，并下载相应的辅助材料附件。

3) 基础功能管理。对基础数据进行管理，维护系统正常运行，与权限管理、组织管理、角色管理等有关。

通过分析水利工程项目施工信息共享系统各个模块的功能，设计了水利工程项目施工信息共享系统架构；根据水利工程项目的业务要求，设计了水利工程项目施工信息共享系统网络结构；结合系统功能设计，实现了系统的硬件设计。

2 水利工程项目施工信息共享系统软件设计

2.1 确认水利工程项目施工信息的空间点坐标

BIM技术的核心就是确定施工坐标点的位置[11]，在水利工程项目施工的三维空间中，已知待估计点的坐标x和y，z坐标待确认。假设x1,x2,…,xn表示n个施工坐标点空间位置中的x、y坐标，Zi=Z(xi)，i=1,2,…,n表示水利工程项目施工i点空间位置中的z坐标测量值，因此，存在：

(1)

(2)

(3)

根据目标函数的建立，得到如下方程组：

(4)

(5)

基于计算的估计值，将式(4)的方程组改写为：

(6)

在水利工程项目施工的三维空间中，估计了施工点的纵向坐标，通过确认施工点的权重系数，构建了目标函数，确认了水利工程项目施工信息的空间点坐标。

2.2 水利工程项目施工信息共享的实现

基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统通过统一收集和管理水利工程项目施工信息，结合BIM的技术要求，实现水利工程项目施工信息和量化评分。因此，系统的数据管理是由定量评估的需求驱动的。在分析水利工程项目施工信息时，要充分覆盖职称、技术职务评审过程中的指标[13]。为了保证量化评分的正常开展，系统利用网络提交各种施工信息，结合相应的审核流程，根据要求提交有效的证明材料，纳入符合要求的数据项中，作为定量评分的有效数据，成为水利工程项目施工信息的有效共享和发布。水利工程项目施工信息共享流程见图4。

图4 水利工程项目施工信息共享流程图

根据图4的共享流程，水利工程项目施工信息在提交之后，需要根据施工类别的不同，开始进入水利工程项目施工的审批、提交或发布证明材料，形成一个施工信息中心，用户可以根据权限设定检索共享相应的施工信息，与此同时还要配置量化评分规则，用户可以直接查看分值并下载相关的施工信息附件[14]。

在确认水利工程项目施工信息的空间点坐标基础上，设计了水利工程项目施工信息共享流程，完成了系统的软件设计，实现了水利工程项目施工信息的共享。

3 系统测试分析

为了验证基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统性能，采用Simulation软件进行试验验证分析。引入文献[4]的信息共享系统和文献[5]的信息共享系统作为对比对象，测试了水利工程项目施工信息的噪声含量，结果见图5。

图5 水利工程项目施工信息的噪声含量测试结果

从图5的结果可以看出，采用基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统，共享的水利工程项目施工信息是噪声含量最少的，说明该系统可以有效保证水利工程项目施工信息的质量，避免水利工程项目施工信息出现乱码和失真的问题，提高了水利工程项目施工信息的共享性能。

为了实现水利工程项目施工信息共享的实时性，实验测试了水利工程项目施工信息的共享时间，3个系统的水利工程项目施工信息共享时间对比结果见图6。

图6 水利工程项目施工信息共享时间对比结果

从图6的结果可以看出，随着水利工程项目施工信息越来越多，水利工程项目施工信息的共享时间越来越长，基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统所用的时间是最短的，原因是该系统通过引入BIM技术，降低了水利工程项目施工信息的复杂度；文献[4]的水利工程项目施工信息共享系统的共享时间是最长的，说明基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统可以加快水利工程项目施工信息的共享速度，保证了水利工程项目施工信息共享的实时性。

4 结 语

本文提出了基于BIM的水利工程项目施工信息共享系统，在BIM技术的基础上，通过水利工程项目施工信息共享系统的硬件设计和软件设计，实现了水利工程项目施工信息的共享。测试结果显示，该共享系统具有更高的性能。