基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统设计

周正媛，张火炬

(1.贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵阳 550081；2.福建纵横联信信息科技有限公司，福州 350001)

我国的降水量从东南沿海地区至西北内陆地区呈现出逐渐递减的现象，可以顺次划分为5种地区，包括多雨地带地区、湿润地带地区、半湿润地带地区、半干旱地带地区、干旱地带地区。降水量的不均匀分布带来了整体水土资源的不平衡分布。其中，长江流域及其南部仅拥有36%的耕地，但其水资源总体占比却高达80%；而黄、海、淮三大流域的耕地占比高达40%，水资源总体占比却仅为8%，水土资源配置差异十分悬殊。针对这种情况，我国构建了多个远距离调水工程[1]。在远距离调水工程中，由于施工难度较高，因此需要进行可视化管理以提升工程效益、保障人员施工安全，基于该背景对远距离调水工程可视化管理系统进行研究。对于远距离调水工程可视化管理系统，国内外都十分重视其研究[2]。国外对于远距离调水工程可视化管理系统的研究整体起步较早且研究较为深入，国外学者提出一种基于动态监测技术的远距离调水工程可视化管理系统，主要基于动态监测技术实现远距离调水工程可视化管理系统的搭建。而国内对于远距离调水工程可视化管理系统的研究则相对起步较晚，但也取得了一定的研究成果。国内学者提出一种基于循环网络技术的远距离调水工程可视化管理系统，主要通过循环网络技术搭建远距离调水工程可视化管理系统。由于以上系统存在可视化调控率较低的问题，因此本文将BIM模型应用于远距离调水工程可视化管理系统设计中，并提出一种基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统。

1 基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统设计

1.1 硬件设计

基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统的硬件构成为RFID系统模块[3]。RFID系统模块中的读卡器型号选择GT2000，在最大功率时可达10 m的识别距离[4]。读卡器的具体技术数据见表1。

表1 读卡器的具体技术数据

RFID系统模块中RFID标签的读取指令具体见表2。

表2 RFID标签的读取指令

续表2

1.2 软件设计

1.2.1 设计施工仿真模块

基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统的软件构成包括施工仿真模块、可视化管理模块、现场监测模块、GIS模块、报表模块[5]。

基于BIM模型设计施工仿真模块，对远距离调水工程的施工进行仿真。在施工仿真模块中，利用BIM 4D软件，结合数据库的应用、连接、构建、空间数据库、SQL、GIS二次开发等技术，构建远距离调水工程的属性数据模型、施工建筑、施工过程以及施工场景仿真模型等BIM模型[6]。在根据时间顺序对远距离调水工程施工中各种BIM模型进行加载的过程中，获取远距离调水工程的相关动态仿真信息，其中包括工程属性信息、进度信息、工程空间信息、仿真工序信息、工程备注信息、工序时间信息，为远距离调水工程的管理、施工、设计提供数据支持[7]。

1.2.2 设计可视化管理模块

可视化管理模块有效结合了管理科学技术与可视化技术，从而实现远距离调水工程的可视化管理。以远距离调水工程可视化施工模拟的形式动态三维地呈现远距离调水工程实际施工情况与进度，为远距离调水工程提供三维的、可视化的、动态的施工管理支持[8]。

将远距离调水工程施工场地布置和水工建筑施工的动态三维可视化管理作为实现目标，在Visual Studio 平台上，利用C#语言对可视化管理模块进行搭建。结合交互式三维集成、可视化等计算机技术，通过C#语言接口和GIS控件对接口内嵌的场景控件进行调用，对后台数据库进行实时链接，从而对BIM模型、二维场景、三维场景等进行加载[9]。

在可视化管理模块中，主要通过三维与二维联动的形式对远距离调水工程的施工场景进行呈现，通过施工要素闪烁中的各种颜色表示不同的施工状态[10]。

由于在对远距离调水工程进行可视化管理时涉及到十分冗杂而庞大的数据量，因此利用SQL数据库存储可视化管理中的属性数据，并利用ArcGIS空间存储可视化管理中的空间数据[11]。

可视化管理模块中的可视化施工管理界面具体见图1。

图1 可视化施工管理界面

1.2.3 设计现场监测模块

现场监测模块主要用于对远距离调水工程进行现场监测，以保障施工的质量和安全[12]。在现场监测模块中，主要通过视频播放端进行视频播放，选择的视频播放端为Windows Media Player，通过Office 2010对视频信息进行记录，并利用C#语言与数据库接口构建视频存储接口[13]。现场监测模块具体由客户端、数据分析单元、视频切换管理单元、视频传输单元、视频采集单元构成，其模块结构具体见图2。

图2 现场监测模块结构

根据不同距离，现场监测模块所运用的传输视频方式不同，具体见表3。

表3 传输视频方式

1.2.4 设计GIS模块

GIS模块主要通过GIS开发引擎提供属性双向查询、GIS 模型与空间分析、三维地图与二维地图查看功能。使用的GIS开发引擎页面具体见图3[14]。

图3 GIS开发引擎页面

1.2.5 设计报表模块

报表模块主要用于对远距离调水工程安全报表、质量报表进行数字化查询、更改、上传等功能，能够大大提升安全、质量管理的规范化、自动化水平。报表模块的操作界面共包含4个区域，包括操作显示区、报表目录区、工具栏、快速查找区[15]。同时，报表模块还提供报表模板导出功能。模块中的报表操作显示与报表模板导出界面具体见图4。

图4 报表操作显示与报表模板导出界面

2 仿真实验测试

2.1 仿真实验设计

对所设计的基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统进行仿真实验测试。实验中的远距离调水工程为一个大型的远距离调水工程，该工程的具体信息见表4。

表4 实验远距离调水工程的具体信息

利用所设计的基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统对实验远距离调水工程进行可视化管理实验。获取基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统的施工场地可视化测试结果、施工过程可视化测试结果以及施工建筑可视化测试结果。为增强本次实验结果的对比性，将现有的两种远距离调水工程可视化管理系统作为实验中的对比系统进行对比实验，包括基于动态监测技术、基于循环网络技术的远距离调水工程可视化管理系统。同样利用这两种远距离调水工程可视化管理系统对实验远距离调水工程实施可视化管理实验，并获取二者的实验数据作为对比实验数据。

2.2 施工场地可视化测试

利用基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统与两种对比实验系统对实验远距离调水工程的施工场地进行可视化管理测试，获取实验系统的施工场地可视化调控率对比实验数据，具体见图5。

图5 施工场地可视化调控率对比实验数据

根据图5的施工场地可视化调控率对比实验数据可知，基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统的施工场地可视化调控率更高。

2.3 施工过程可视化测试结果

利用基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统与两种对比实验系统对实验远距离调水工程的施工过程进行可视化管理测试，获取实验系统的施工过程可视化调控率对比实验数据，具体见图6。

图6 施工过程可视化调控率对比实验数据

根据图6的施工过程可视化调控率对比实验数据可知，基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统的施工过程可视化调控率高于两种对比实验系统。

2.4 施工建筑可视化测试结果

利用基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统与两种对比实验系统对实验远距离调水工程的施工建筑进行可视化管理测试，获取实验系统的施工建筑可视化调控率对比实验数据，具体见图7。

图7 施工建筑可视化调控率对比实验数据

根据图7的施工建筑可视化调控率对比实验数据可知，基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统的施工建筑可视化调控率更高。

3 结 语

基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统实现了多种方面可视化调控率的提升，对于远距离调水工程的安全高效管理有重大意义。