CN108875273A - 基于bim的基坑工程正向设计与运维管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明为基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统，该系统能生成三维设计模型，并对模型进行校核，同时利用BIM的运维管理通过BIM正向设计指导施工，使得管理者能清楚的掌握设施状态，以实时做好设备的维护、更新和淘汰，避免更大的危害及损失。该系统设置云端，将BIM模型轻量化后上传至云端，可以使得多方共同参与设施维护，对于紧急情况的处理也可在线上进行，大大减少工程投资成本。

Description

基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统

技术领域

本发明涉及一种基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统。

背景技术

当前，建筑设计的流程都是线性的二维设计，从各个方面、各个单位以及建筑的运营维护管理来说，都是线性的流程。而且如果出现图纸变更，需要修正各个图纸，工作量巨大，并且图面数据没有办法及时的获得，数量更是无法直接得到。

BIM模型拥有一处更改、处处更新的特点，可以满足模型的实时更新。作为可以视作建筑信息模型数字化的3D几何模型，模型中所有的构件都是建筑实体构件，并且包含建筑和工程的各类数据信息，这些数据可用作BIM系统计算分析和模拟。将这些数据建立构件的数据库，使用其他程序也可以对其进行分析和运用，更加有效的对构件进行空间管理。

随着城市经济的快速发展，城市里有许多大型基础设施建设开工，尤其是城市轨道交通和高层建筑，在这些建筑的修建过程中，需要建造许多的基坑工程，这些基坑工程一般都在市中心或者人口密集的地方，周围的已有建筑和地下管道和线路非常复杂，增加了施工的难度。合理应用BIM在基坑设计中可减少各种重复作业浪费和对施工环境的破坏，并且能够让各单位按照准确数量购置材料，不会出现购置材料的富余，节约成本。

对于周边建筑、地下管线和基坑设施状态的监测来说，传统常规的基坑监测手段都是通过人力测量，测量频率不能以完全满足监测要求，而且监测与施工过程同步性较差，监测信息不能及时提供。此外，现有的监测是以点、面式的监测，管理的全局型意识不强，无法提供基坑整个生命周期的综合信息反馈。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统，该系统不仅解决了针对基坑工程2D设计无法及时取得图面数据与数量，在执行与管理上皆有所缺失的问题，而且利用BIM的运维管理，掌握实时的设施状态，实现多方多平台交流。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，提供一种基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统，该系统包括以下内容：

(1)基坑工程BIM正向设计：

根据规范及常规的地质情况，使用Autodesk Revit参数化族和参数化嵌套族的方法建立基坑工程三维构件库，从三维构件库中选取符合设计要求的构件，建立BIM正向三维设计模型，并设置各构件的荷载和约束情况，导出三维BIM正向设计方案的计算书；

(2)校核BIM正向设计方案：

将步骤(1)得到的BIM正向三维设计模型进行有限元网格划分，并根据实际的工程和地质情况变化参数赋予其相应荷载和各构件对应的约束，进行数值模拟；若数值模拟结果符合规范规定的各项限值，则BIM正向设计方案符合要求；如不符合规范要求，则根据规范对模型进行修正，得到校核后的设计方案；

(3)BIM运维管理：

①BIM正向设计指导施工

利用三维构件库建立施工初始三维模型，在基坑工程现场安装相应的智能联网检测设备，在施工过程中，通过智能联网监测设备实时感知各构件参数及土体参数的变化数据，智能联网监测设备连接云端，将实时参数变化数据上传至云端，服务器获取云端实时数据，实时更新施工过程中的三维模型，创建出实时三维模型及生成该实时三维模型此时的动态变化和应力云图，与步骤(2)中校核后的设计方案的数值模拟结果对比，分析是否准确施工，并将实时三维模型上传至云端；更新施工过程中的三维模型过程中，根据规范对每个施工过程设置报警预警值，当获得的实时三维模型超过报警预警值时，进行报警预警，初步警示施工过程；

②协同工作平台

将步骤(1)的BIM正向三维设计模型和步骤①的实时三维模型进行轻量化，然后上传至云端；实时三维模型关联云端的数据，云端与移动端无线连接，并与BIM正向三维设计模型进行对比，通过移动端实现多平台多方人员查看实时三维模型即对比数据；

③工程分析

现场工作人员将实时的现场图片及视频上传至云端，将实时的现场图片及视频与步骤(2)校核后的设计方案进行比对，服务器中调用专家库，邀请专家线上进行视频会议，若发生事故，专家库成员通过视频会议分析事故原因，并给出相应的应急方案，统计各专家意见导出事故分析报告，实现基于BIM的基坑工程智能联网监测预警的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明系统能生成三维设计模型，并对模型进行校核，同时利用BIM的运维管理通过BIM正向设计指导施工，使得管理者能清楚的掌握设施状态，以实时做好设备的维护、更新和淘汰，避免更大的危害及损失。该系统设置云端，将BIM模型轻量化后上传至云端，可以使得多方共同参与设施维护，对于紧急情况的处理也可在线上进行，大大减少工程投资成本。

本发明运用BIM设计和施工的三维可视化使得在设计和施工过程中可以直观的看到设计模型和施工进度模型，减少设计和施工的失误。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统，包括以下内容：

(1)基坑工程BIM正向设计：

根据规范及常规的地质情况，使用AutodeskRevit参数化族和参数化嵌套族的方法建立基坑工程三维构件库，从三维构件库中选取符合设计要求的构件(包括竖向支撑、水平支撑和其他构件)，建立BIM正向三维设计模型，并设置各构件的荷载和约束情况，导出三维BIM正向设计方案的计算书，3D打印出三维BIM正向设计方案，供工程施工使用；

(2)校核BIM正向设计方案：

将步骤(1)得到的BIM正向三维设计模型进行有限元网格划分，并根据实际的工程和地质情况变化参数赋予其相应荷载和各构件对应的约束，进行数值模拟；若数值模拟结果符合规范规定的各项限值，则BIM正向设计方案符合要求；如不符合规范要求，则根据规范对模型进行修正，得到校核后的设计方案；

(3)BIM运维管理：

①BIM正向设计指导施工

利用三维构件库建立施工初始三维模型，在基坑工程现场安装相应的智能联网检测设备，在施工过程中，通过智能联网监测设备实时感知各构件参数及土体参数的变化数据，智能联网监测设备连接云端，将实时参数变化数据上传至云端，服务器获取云端实时数据，实时更新施工过程中的三维模型，创建出实时三维模型及生成该实时三维模型此时的动态变化和应力云图，与步骤(2)中校核后的设计方案的数值模拟结果对比，分析是否准确施工，并将实时三维模型上传至云端；更新施工过程中的三维模型过程中，根据规范对每个施工过程设置报警预警值，当获得的实时三维模型超过报警预警值时，进行报警预警，初步警示施工过程，为安全施工提供初步保障；

②协同工作平台

将步骤(1)的BIM正向三维设计模型和步骤①的实时三维模型进行轻量化，然后上传至云端；实时三维模型关联云端的数据，云端与移动端无线连接，并与BIM正向三维设计模型进行对比，通过移动端实现多平台多方人员查看实时三维模型即对比数据；

③工程分析

现场工作人员将实时的现场图片及视频上传至云端，将实时的现场图片及视频与步骤(2)校核后的设计方案进行比对，服务器中调用专家库，邀请专家线上进行视频会议，若发生事故，专家库成员通过视频会议分析事故原因，并给出相应的应急方案，统计各专家意见导出事故分析报告，实现基于BIM的基坑工程智能联网监测预警的目的。

本发明系统包括云端、服务器、移动端、智能联网监测设备，智能联网监测设备包括地下水位采集器、轴力采集器、位移采集器和沉降采集器等，根据工程需求布置在基坑的相应构件上，实时监测基坑周边应力变化、水位情况及支撑位移、变形；智能联网监测设备通过无线连接服务器，所述无线方式可以为ZigBee或LoRa方式传输；服务器与云端连接，云端同时与移动端连接，服务器中加载Autodesk Revit软件，利用C#语言对Autodesk Revit软件的API接口对软件功能进行二次开发，该软件中具有BIM正向设计功能区、基坑BIM数值模拟功能区、BIM运维管理功能区，BIM运维管理功能区又分为BIM施工功能分区、协同工作功能分区、工程分析功能分区。本发明中的服务器为工业计算机、电脑等，移动端可以为手机、平板等移动设备。

所述BIM正向设计功能区用于BIM正向三维设计模型的正向设计，可以实现根据规范建立基坑工程相应的参数化族和参数化嵌套族，并根据实际工程各项荷载和约束选择合适的族构件创建三维模型和导出计算书等功能，包括创建族、选择构件(如竖向支撑、水平支撑、其他构件)、设置荷载、荷载组合、边界条件、导出计算书和打印模型等功能。

所述基坑BIM数值模拟功能区，可以对正向设计的三维模型进行数值模拟，进而校核正向设计的方案是否合理，包括网格划分、参数设置和校核分析等功能。

所述BIM施工功能分区用于指导施工过程，实时模拟施工过程中的模型的施工变化，包括模型搭建、报警设置、读取数据和取消报警等功能。

所述协同工作功能分区用于实现服务器与云端、移动端的连接，使移动端的用户能实时查看设计结果及对比效果，包括模型轻量化、上传模型等功能。这里所述的轻量化可以采用现有技术。

所述工程分析功能分区用于对施工过程进行评价，分析事故原因并给出相应的应急方案，包括上传文件、专家系统和报告导出等功能。

实施例1

本实施例以某儿童医院改扩建一期工程为例，项目位于市区两条主干道交口，儿童医院现址范围内，工程分为4个小的基坑，分别是地下车库、新建综合楼、污水站、停车塔库，本实施例以地下车库和停车塔库两个基坑为设计对象。工程规划地下建筑面积9330平方米，最大基坑深度约11m。

通过所述的BIM正向设计功能区从三维构件库中选取构件，建立地下车库和停车塔库的基坑的BIM正向三维设计模型，导出计算书并3D打印出BIM正向设计方案，供现场工人施工参照。

通过Autodesk Revit软件建立基坑周围环境的三维模型，并在实际环境中布置智能联网监测设备，智能联网检测设备监测基坑设施以及周围建筑和地下管线的的参数变化，并将监测数据上传至云端储存。

BIM正向三维设计模型直观的让设计人员看到设计的三维效果图，BIM正向设计方案的各项构件之间位置关系恰当，且不存在碰撞；由于地下车库基坑与原有的门诊楼、住院综合楼之间距离很小，通过BIM设计的BIM正向三维设计模型和周围环境的三维模型得到的两者尺寸准确，通过合理的加固方案，保证了地下车库基坑施工不影响原有的门诊楼、住院综合楼。

通过所述的基坑BIM数值模拟功能区对基坑的BIM正向三维设计模型进行数值模拟，符合规范要求的各类限值，证明基坑的BIM正向三维设计模型可以指导施工。

根据基坑的BIM正向三维设计模型和设计方案进行施工，通过所述的三维构件库建立施工初始三维模型，在施工过程中，通过智能联网监测设备实时感知各构件参数及土体参数的变化数据，读取云端数据产生直观的相应的云图，实时更新施工过程中的三维模型，创建出实时三维模型及生成该实时三维模型此时的动态变化。管理人员可以实时的掌握基坑设施、周围建筑和地下管线的动态变化，并能准确的定位测点，发现问题并及时解决。

通过协同工作功能分区，将基坑的BIM设计三维模型和实时的BIM施工三维模型进行轻量化并上传至云端，参与施工的多方人员可通过电脑、手机和平板电脑等在云端查看BIM设计三维模型和实时的BIM施工三维模型，按照BIM设计三维模型进行施工，并直观的演示出三维模型从无到有的变化，提高施工的准确和效率。

若实时的BIM施工三维模型的变化超过设置的预警报警值则发出报警，提醒管理人员解决。

若实时的BIM施工三维模型的变化值远超出设置的预警报警值或者现场发生紧急情况，管理人员通过工程分析功能邀请专家进行视频会议，提出解决方案。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统，该系统包括以下内容：

（1）基坑工程BIM正向设计：

根据规范及常规的地质情况，使用Autodesk Revit参数化族和参数化嵌套族的方法建立基坑工程三维构件库，从三维构件库中选取符合设计要求的构件，建立BIM正向三维设计模型，并设置各构件的荷载和约束情况，导出三维BIM正向设计方案的计算书；

（2）校核BIM正向设计方案：

将步骤（1）得到的BIM正向三维设计模型进行有限元网格划分，并根据实际的工程和地质情况变化参数赋予其相应荷载和各构件对应的约束，进行数值模拟；若数值模拟结果符合规范规定的各项限值，则BIM正向设计方案符合要求；如不符合规范要求，则根据规范对模型进行修正，得到校核后的设计方案；

（3）BIM运维管理：

① BIM正向设计指导施工

利用三维构件库建立施工初始三维模型，在基坑工程现场安装相应的智能联网检测设备，在施工过程中，通过智能联网监测设备实时感知各构件参数及土体参数的变化数据，智能联网监测设备连接云端，将实时参数变化数据上传至云端，服务器获取云端实时数据，实时更新施工过程中的三维模型，创建出实时三维模型及生成该实时三维模型此时的动态变化和应力云图，与步骤（2）中校核后的设计方案的数值模拟结果对比，分析是否准确施工，并将实时三维模型上传至云端；更新施工过程中的三维模型过程中，根据规范对每个施工过程设置报警预警值，当获得的实时三维模型超过报警预警值时，进行报警预警，初步警示施工过程；

② 协同工作平台

将步骤（1）的BIM正向三维设计模型和步骤①的实时三维模型进行轻量化，然后上传至云端；实时三维模型关联云端的数据，云端与移动端无线连接，并与BIM正向三维设计模型进行对比，通过移动端实现多平台多方人员查看实时三维模型即对比数据；

③ 工程分析

现场工作人员将实时的现场图片及视频上传至云端，将实时的现场图片及视频与步骤（2）校核后的设计方案进行比对，服务器中调用专家库，邀请专家线上进行视频会议，若发生事故，专家库成员通过视频会议分析事故原因，并给出相应的应急方案，统计各专家意见导出事故分析报告，实现基于BIM的基坑工程智能联网监测预警的目的。

2.一种基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统，其特征在于该系统包括云端、服务器、移动端、智能联网监测设备，智能联网监测设备包括地下水位采集器、轴力采集器、位移采集器和沉降采集器；智能联网监测设备通过无线连接服务器，服务器与云端连接，云端同时与移动端连接，服务器中加载Autodesk Revit软件，该软件中具有BIM正向设计功能区、基坑BIM数值模拟功能区、BIM运维管理功能区，BIM运维管理功能区又分为BIM施工功能分区、协同工作功能分区、工程分析功能分区。

3.根据权利要求2所述的基于BIM的基坑工程正向设计与运维管理系统，其特征在于所述智能联网监测设备通过ZigBee或LoRa方式连接服务器。