CN103353956B - 一种深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑施工领域，提供一种以设计文件为对象的深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统及其工作方法，包括项目管理模块、检测清单生成模块、检测知识库模块、项目检测预警模块。本发明系统是一种在施工前，根据深基坑工程设计文件，进行深基坑专项施工方案的规范符合性检测的深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统及其工作方法。

Description

一种深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统及其工作方法

技术领域

本发明属于建筑施工领域，特别涉及一种以设计文件为对象的深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统及其工作方法。

背景技术

深基坑施工工程具有工期紧、规模大、技术复杂度高、事故发生率高等特点，是一项关系到社会公共安全、建筑工程质量安全以及和谐社会建设的系统工程，是城市建设领域的头号安全监控节点。

目前，建筑施工企业虽然按照国家法律法规规定，编制了深基坑专项施工方案，但由于缺乏统一的指导思想和编制方法，编制的深基坑专项施工方案缺乏指导性和针对性，没有起到应起的作用。大部分施工企业还是采用传统的人工计算来编制深基坑专项施工方案计算书，甚至直接照抄或拷贝其他工程项目所做的深基坑专项施工方案。这样的施工方案难免存在安全隐患，更谈不上对实际施工作业的指导。总的来说，目前在编制深基坑专项施工方案时，普遍存在以下几方面的问题：（1）普通施工技术人员对相关的施工规范和标准理解不到位，专项施工方案的内容不全，设计选取的公式或数据有误；（2）现场施工技术人员缺乏比较扎实的力学、数学基础知识，编制的方案中设计计算不齐全、不规范，甚至部分欠缺计算书；（3）由于缺乏工地现场施工经验的积累，方案中欠缺施工大样和详图等对现场施工起不到应有的指导作用；（4）没有充分考虑到施工中的危险因素，导致建立的构筑物计算模型不符合实际，为质量安全事故的发生留下隐患。

依据我国相关建设工程安全生产管理条例，危险性较大的深基坑工程除要求在施工前单独编制专项施工方案外，必须组织相关专业的专家对专项施工方案进行论证审查。在目前的深基坑工程施工过程中，深基坑专项施工方案的规范审查工作都是通过邀请相关专家召开评审会的方式解决。由于评审会时间有限，而规范符合性检测（即检查深基坑专项施工方案中的工程参数是否符合相关规范的规定）由于检测细节过多，相关规范也很多，要想由人工完成则时间过长而且过于繁琐，在现实中缺乏可行性。因此在实际工作中，规范符合性检测工作往往被忽略，导致一些未达到规范标准的细节被忽略进而对将来的施工造成安全隐患。

规范符合性检测的主要工作内容是检查深基坑专项施工方案中的各项工程设计参数是否符合相关规范的规定，对于不符合规定的参数及时指出并要求施工单位修改后重新申请检测。

在工程管理信息化方面，国内外都做了大量工作，研究主要集中在应用BIM技术加强对成本、进度计划及质量的直观控制方面，对建设工程施工方案的检测少有文献进行探讨。在应用系统研究方面，美国斯坦福大学于1996年提出了用于建筑工程施工管理的4D模型，所开发的CIFE 4D-CAD系统，借助4D显示功能，管理者能够直观地发现场地中潜在存在的问题。在此基础上于 2003 年提出了PM4D模型（Product Model and Fourth Dimension）并开发了相应的系统，该系统可以快速生成建筑物的成本预算、施工进度、环境报告以及建筑生命期成本分析等信息。这些研究与应用大多关注工程施工过程的相关信息，对施工前的工程施工方案规范检测的研究未见涉及。

从上述研究和介绍可以看出：深基坑专项施工方案的检测目前仍停留在基于纸质或二维的图纸及相关规范等资料对方案进行审查论证的阶段，而这样的检测方法不能直观的了解工程各方面信息，降低了检测效率。对于能够直接针对深基坑专项施工方案进行自动规范检测的方法与相应的系统开发尚未取得实质性突破。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种在施工前，根据深基坑工程设计文件，进行深基坑专项施工方案的规范符合性检测的深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统及其工作方法，专用于实现一种基于深基坑专项施工方案的自动规范检测预警技术方案。

本发明所述的一种深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统，包括项目管理模块、检测清单生成模块、检测知识库模块、项目检测预警模块。

项目管理模块用于管理项目基本信息和相关资料，为项目检测提供所需项目信息的来源。包括项目基本信息、施工方案目录和项目资料管理三个子模块。其中项目基本信息子模块用于新建检测项目，建立项目基本信息，包括项目名称、建设单位、施工单位、监理单位、设计单位、项目概况等一般信息和建立检测清单所必须的技术信息；施工方案目录模块用于构建工程项目深基坑专项施工方案目录，此目录的构建与项目资料管理模块中的文件对应，以方便查找调用；项目资料管理模块用于为深基坑施工方案检测的申请方提供上传全部电子档资料的功能，这些资料包括BIM模型、二维图纸、文字方案等，并将资料存储在系统中，以备检测时调用，并提供该项目名称、申报单位及提交日期信息。

检测清单生成模块是进行检测准备的关键模块之一，用于根据用户输入的项目主要技术信息自动确定待检测项目的检测点，形成项目检测清单。只要建立了检测清单，则检测清单可以根据已设定的检测清单生成模块与检测知识库模块之间的关联关系，建立检测点与检测规则的关联，自动在检测知识库中提取全部所需的检测规则与检测清单中的各检测点进行对应。它是使检测自动化的基础，根据项目主要技术信息高效准确的调用检测规则。检测清单生成模块的功能可以直观的描述为面对一个待检测项目，首先要知道这个项目有哪些必须要检测的检测点，进而才能在检测知识库中寻找相应的检测规则来进行检测。检测清单生成模块可以实现只需要人工输入少量技术信息，就可以自动生成检测清单并调用相关检测规则。

检测清单生成模块能够实现功能的基础是建立主要技术信息与检测点的关联。事实上，相关规范在编排上已经提供了解决问题的线索。如《湖北省基坑工程技术规程DB42/159-2004》的目录中按照一定的施工内容做了有条理的编排，从目录中可以归纳出，规范条文是根据构件（如悬臂式排桩、地下连续墙等）、施工内容（轻型井点降水、管井降水等）、施工目的（地下水治理等）进行分类的。而这些内容是深基坑专项施工方案的主要技术信息，事实上这些技术信息就能够作为将检测点进行科学分类的依据，由于内容少，可以通过人工快速确定。在确定这些主要技术信息的基础上，以相关规范条文的内容为依据，可以建立各条技术信息下所关联的检测点。因此这些技术信息亦可称之为“检测对象”，即在检测对象下建立相应的检测点。

以悬臂式排桩为例，在悬臂式排桩这个检测对象下，相应的规范条文可以整理出多个检测点，如与悬臂式排桩相关的规范条文中规定“桩的直径宜采用φ400mm～φ1200mm。”；“钢筋混凝土冠梁宜沿基坑周边形成封闭圈，其竖向厚度不应小于500mm，”，则在悬臂式排桩这个构件下，至少可建立“桩直径”和“钢筋混凝土冠梁竖向厚度”两个检测点。在各检测点后，对应检测知识库中存储的相应的检测规则，检测规则以规则编码进行标识。这样，就实现了从项目技术信息开始，自动生成检测点，自动调用检测规则，自动生成检测清单的技术路径。实现了检测准备工作的完全自动化（仅技术信息需要手动建立）。以这样的方法，可以建立如表1的检测清单管理结构，注意表1中最后两列“检测点”和“检测规则编码”是系统后台自动进行关联，在建立技术信息时不显示，用户只能看到前三列信息。这里只是为了表示全面的数据关联才给与列出。

表1 深基坑工程检测清单管理结构

按照如表1的检测清单条目，以具体专项施工方案的内容为依据，以选择的形式在表中勾选，即可快速建立包含全部所需检测点的项目检测清单。

此检测清单的作用在于：

①建立项目各主要技术信息（检测对象），从而确定项目需要检测的各检测点。

②在确定检测点的基础上，确定各检测点对应的检测规则，为将来高效而准确的调用检测规则做好数据准备。

检测知识库模块用于将规范条文结构化，从规范条文中提炼检测点，按照检测项进行存储，形成“字典”。系统以检测清单中的检测点为依据，在检测知识库中检索相应的检测规则，为检测实施做好数据准备。检测知识库包括规则前提管理和检测规则管理两个模块。其构建方法采用产生式表示法。标准的产生式表示法IF（前提）THEN（结论）具有描述直观、格式统一、模块性好、应用广泛等优点，适合描述风险识别经验性知识和不确定知识。其构建方法如下：

如规范条文“钢筋混凝土悬臂支护结构体系的各构件应按具体工程条件选定：……桩的直径宜采用φ400mm～φ1200mm。……”，此条规范如用产生式表示法应表示如下：

IF  桩直径∈[400mm，1200mm]，

THEN  是

IF  桩直径＜400mm，

THEN  否

IF  桩直径＞1200mm，

THEN  否

由此该规范条文可以生成三条检测规则，IF中的内容为规则前提，决定规则判断结果。

项目检测预警模块用于对待检测项目进行规范符合性检测。即根据系统自动生成的检测清单，在计算工作区中载入相应的检测规则对应到各检测点，一个检测点可能对应多条规则，输入所需的工程参数，就可计算各检测点是否符合相应规范的要求，得到检测结果，并显示相关规范条文和规范名称；若检测结果不符合规范将发出报警提示，示意重新修改工程设计参数。

在确定了项目检测清单和相应检测规则的基础上，就需要针对各检测规则的需要，输入相应的工程参数。工程参数的提取可以有两种方式，即由BIM模型直接自动获取和由人工手动输入。本发明采用以BIM模型自动获取为主，人工手动输入为辅的方式，目的是最大限度的提高检测工作效率。

具体实现方法为，通过调用Navisworks提供的.Net API 遍历模型的构件，从构件的特性中查找到所需要构件中包含的工程参数。例如，需要查找到名为“桩直径”的特性，则在模型中搜寻钻孔灌注桩这个构件下有无“桩直径”这一特性，如有，则将该特性的值提取出来填入检测清单对应的检测点的取值域中，这样就大大提高了工程参数获取效率。对于模型中无法查找到的工程参数，则采取手动输入的方式进行弥补。此种工程参数提取方法虽然简单，但是充分利用了BIM模型的数字化特点，大大提高了参数获取效率和准确性，而这一优势是二维图纸识别技术所不能比拟的（二维图纸识别由于图纸绘制的规范化问题难以实现快速而准确的识别和工程参数的提取）。

本发明提供的深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统的工作方法，其核心是检测清单的确定、检测知识库的构建，利用BIM模型自动提取工程参数结合检测知识库进行匹配计算进而得到检测结果。所述的深基坑专项施工方案的自动规范检测方法，其主要步骤如下：

（1）新建深基坑检测项目，建立包括项目名称、建设单位、施工单位、建立单位、设计单位以及工程概况等基本信息。

（2）以新建项目为对象，将装载深基坑施工方案的BIM模型载入系统进行存储，以备后续使用。

（3）用户根据系统提出的项目技术信息模版，根据待检测施工方案的设计内容，确定项目技术信息。

（4）系统根据确定的项目主要技术信息自动生成检测清单，该清单确定了待检测项目应进行检测的所有检测点和各检测点对应的检测规则编码。

（5）系统进入自动检测计算工作区，开始根据检测清单进行信息准备。

（6）系统根据检测清单中各检测点提供的检测规则编码，在系统内部构建的检测知识库库中提取相应规则，与各检测点对应。

（7）系统根据检测规范提出的各工程参数信息需求，在BIM模型中自动提取所需的工程参数信息，填入检测清单中相应的位置。少部分不能从BIM模型提取的信息由手工填入。

（8）基于上一步中确定的待检测项目的实际设计参数进行检测计算，对各检测点是否符合规范要求进行判别。

（9）将最后完成的检测结果以清单的形式反馈给用户，该检测结果清单包括该项目的各检测点，各检测点的工程参数是否符合规范要求以及所依据的规范条文原文；若检测结果不符合规范将发出报警提示，示意重新修改工程设计参数。

本发明具有以下优点：

（1）目前深基坑专项施工方案的检测，都是依靠组织专家开检测会，专家基于自身的知识与经验，审查设计文件，查找施工方案中不合规范的设计信息。但是深基坑工程技术复杂度高，专项施工方案信息量大，检测会时间有限而检测细节过多，这样的检测方法存在检测结果不够准确与效率低下的问题。本发明将专家检测结构化，按照深基坑工程专项施工方案的特点，实现了在施工之前的深基坑专项施工方案的规范检测功能，提高了检测结果的准确性和效率。

（2）针对深基坑专项施工方案开发了检测清单管理方式。该检测清单以建立待检测项目的技术信息与检测点的联系为目的，按照检测清单管理的需要，对深基坑的专项施工方案的技术信息进行了结构化分类与存储。一旦确定技术信息，即可确定检测清单，随后可配合检测知识库快速进行施工方案的规范检测，大大提高了深基坑专项施工方案检测清单确定的准确性和效率。

（3）开发了BIM模型参数提取技术。该技术通过调用 Navisworks提供的.Net API 遍历模型的构件，从构件的特性中查找到所需要构件中包含的工程参数。其实现了深基坑专项施工方案工程参数的自动提取，最大限度的提高了检测工作效率。

附图说明

图1是本发明一种深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统的系统结构图。

图2是本发明一种深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统的工作方法流程图。

其中，项目管理模块10、检测清单生成模块20、检测知识库模块30、项目检测预警模块40。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行进一步的说明。

如附图1所示，本发明实施例提供的深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统包括项目管理模块10、检测清单生成模块20、检测知识库模块30、项目检测预警模块40，各模块可由本领域技术人员根据本发明技术方案利用计算机软件开发工具实现。

第一步，新建项目，构建技术信息，此工作主要由项目管理模块10承担。

项目管理模块10用于管理项目基本信息和相关资料，为项目检测提供所需项目信息的来源，包括项目基本信息、施工方案目录和项目资料管理三个子模块。其中项目基本信息子模块用于新建检测项目，建立项目基本信息，包括项目名称、建设单位、施工单位、监理单位、设计单位、项目概况等一般信息和建立检测清单所必须的技术信息；施工方案目录模块用于构建工程项目深基坑专项施工方案目录，此目录的构建与项目资料管理模块中的文件对应，以方便查找调用；项目资料管理模块用于为深基坑施工方案检测的申请方提供上传全部电子档资料的功能，这些资料包括BIM模型、二维图纸、文字方案等，并将资料存储在系统中，以备检测时调用，并提供该项目名称、申报单位及提交日期信息。

其中项目基本信息子模块能够新建项目信息，而项目信息中最重要的是项目技术信息的构建，因为项目技术信息的构建结果能直接生成检测清单。按照表1的内容以选择题形式帮助用户建立项目技术信息，此项目技术信息重点是建立项目各主要施工内容的检测项信息，为检测清单生成模块准备数据，以便生成检测清单。项目技术信息新建可按表1的内容进行构建。生成的技术信息示例如表2所示。从表2可以看出该检测项目的主要技术信息：采用全支护方式，支护形式为地下连续墙；支撑体系采用钢支撑；竖向采用高压旋喷方式隔渗，没有水平隔渗；地下水控制方式采用管井井点降水；有土方开挖和回填工作；有监测。根据此技术信息，可以自动生成检测点项以及各检测点所需的工程参数信息项。

表2 技术信息构建示例

第二步，基于项目技术信息，生成项目检测清单，此工作主要有检测清单生成模块20和检测知识库模块30承担。

检测清单管理模块20是进行检测准备的关键模块之一，其功能是根据项目的主要技术信息快速确定待检测项目的检测点，形成项目检测清单，建立检测点与检测规范的关联，它是使检测自动化的基础，为将来高效而准确的调用检测规则做好数据准备。

检测知识库模块30用于将规范条文结构化，从规范条文中提炼检测点，按照检测项进行存储，形成“字典”。系统以检测清单中的检测点为依据，在检测知识库中检索相应的检测规则，为检测实施做好数据准备。检测知识库包括规则前提管理和检测规则管理两个模块。其构建方法采用产生式表示法。标准的产生式表示法IF（前提）THEN（结论）具有描述直观、格式统一、模块性好、应用广泛等优点，适合描述风险识别经验性知识和不确定知识。

根据表2中的项目技术信息，可以直接生成项目检测清单，如表3所示：

                          表3 检测清单示例

表3与表2相比较，多了几列信息：检测点、施工方案信息、检测规则编号、规范符合性判断、规范条文原文、规范名称。根据技术信息，可以直接生成相应检测点，列出与检测点对应的检测规则（以规则编码进行标识），列出检测规则所需的工程参数（施工方案信息），列出与检测规则对应的规范原文和规范名称。表3即是检测清单，但是这个清单目前还没有完成，只需要补充必要信息，即可自动完成表3各项数据的填写，从而完成全部检测工作。

第三步，自动提取BIM模型工程参数，对无法自动提取的工程参数手动填入，此工作主要由项目检测预警模块40承担。

项目检测预警模块40用于对待检测项目进行规范符合性检测。即根据系统自动生成的检测清单，在计算工作区中载入相应的检测规则对应到各检测点，输入所需的工程参数，就可计算各检测点是否符合相应规范的要求，得到检测结果，并显示相关规范条文和规范名称；若检测结果不符合规范将发出报警提示，示意重新修改工程设计参数。

根据表3，开始填写施工方案信息，如表4所示。搜索该项目施工方案的BIM模型，自动提取所需工程参数，无法自动提取的工程参数则手动填入。

                       表4 工程参数提取示例

第四步，系统根据填入的施工方案信息，调用各检测点对应的检测规则进行计算，得到各检测点的施工方案工程设计参数是否符合相应检测规则的结果，并列出与检测规则对应的规范原文和规范名称，将结果反馈给用户。检测结果示例见表5。若检测结果不符合规范将发出报警提示，示意重新修改工程设计参数。

表5 检测结果示例

Claims (4)

1.一种深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统，其特征在于：该系统包括项目管理模块、检测清单生成模块、检测知识库模块、项目检测预警模块；

项目管理模块，用于管理项目的基本信息和相关资料，由项目基本信息、施工方案目录、项目资料管理三个子模块组成，用于实现新建待检测项目、建立施工方案目录、按照项目和目录有条理地保存各种文件格式的施工方案文件；

检测清单生成模块，用来根据待检测项目的主要技术信息确定待检测项目的检测点，形成检测清单；所述检测清单生成模块的项目检测清单的构建方法具体操作如下，首先，基于深基坑施工相关规范的编排特点，提出以规范目录中的关键技术信息为关键词，对深基坑施工专项方案的检测点进行归纳整理和划分，将深基坑专项施工方案的主要技术信息进行分类，各个类别名称与规范目录中的关键词对应，这样就将规范内容与深基坑专项施工方案内容建立关联，构建了关键技术信息选择结构，用户只需在关键技术信息选择结构页面中，根据待检测的深基坑专项施工方案的设计文件内容提供少量的主要技术信息，即可快速建立待检测项目的规范符合性检测的检测清单，该检测清单列出了待检测项目所需进行检测的检测点，而检测清单生成模块与检测知识库模块已根据深基坑施工技术知识进行了关联，即建立检测清单中某个检测点对应检测知识库中哪些检测规则的关联，这样就建立了以少量关键技术信息就可以在检测规则库中调用全部所需检测规则的技术路径；

检测知识库模块，用于将规范条文即检测规则结构化，系统以检测清单中的检测点为依据，在检测知识库中检索相应的检测规则，为检测预警实施做好数据准备；

项目检测预警模块，用于对待检测项目进行规范符合性检测，即根据系统自动生成的检测清单，在计算工作区中载入相应的检测规则对应到各检测点，输入所需的工程参数，计算各检测点是否符合相应规范的要求，得到检测结果，并显示相关规范条文和规范名称；若检测结果不符合规范将发出报警提示，示意重新修改工程设计参数。

2.根据权利要求1所述的深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统，其特征在于：所述检测知识库模块采用产生式表示法构建检测规则，包括规则前提管理和检测规则管理两个子模块。

3.一种深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）新建深基坑检测项目，包括项目名称、建设单位、施工单位、监理单位、设计单位、项目概况等一般信息和建立检测清单所必须的技术信息；以新建项目为对象，将装载深基坑施工方案的BIM模型载入系统进行存储，以备后续使用；

（2）检测清单生成模块根据用户输入的待检测项目的主要技术信息自动确定待检测项目的检测点，形成项目检测清单；

（3）系统以检测清单中的检测点为依据，在检测知识库中检索相应的检测规则，为检测预警实施做好数据准备；

（4）项目检测预警模块根据系统自动生成的检测清单，在计算工作区中载入相应的检测规则对应到各检测点，输入所需的工程参数，根据检测清单提出的各工程参数信息需求，在BIM模型中自动提取所需的工程参数信息，填入检测清单中相应的位置，少部分不能从BIM模型提取的信息由手工填入，计算各检测点是否符合相应规范的要求，得到检测结果，并显示相关规范条文和规范名称；若检测结果不符合规范将发出报警提示，示意重新修改工程设计参数。

4.根据权利要求3所述的一种深基坑专项施工方案的自动规范检测预警系统的工作方法，其特征在于：步骤（4）中所述的在BIM模型中自动提取所需的工程参数信息的具体实现方法为，通过调用Navisworks提供的.Net API 遍历模型的构件，从构件的特性中查找到所需要构件中包含的工程参数。