CN111560992A - 一种基于bim模型容器与基坑形变监测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，包括与BIM模型容器连接的日志型消息队列，与日志型消息队列连接的数据采集系统，数据采集系统对接多个固定式测斜仪数据采集器，固定式测斜仪数据采集器对应信号连接高精度固定式测斜仪，高精度固定式测斜仪通过安装机构安装在基坑边缘的孔洞内。一种基于BIM模型容器与基坑形变监测方法，设置高精度固定式测斜仪按照一定时间间隔向固定式测斜仪数据采集器发送心跳和倾角数据，固定式测斜仪数据采集器接收到数据后发送给数据采集系统，帮助管理人员更高效、更精确的监控基坑，提高了测量效率，降低施工风险，增强施工与管理人员满意度。

Description

一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及建筑施工行业工地现场安全管理领域，尤其是一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统及其方法。

背景技术

随着我国整体经济发展，建筑施工水平逐步提高，施工速度不断加快，对于基坑安全要求越来越高。其中，基坑发生形变是对基坑安全的严重威胁，如果一旦出现形变的情况，需要立即排查原因并加以解决。原有通过人工携带测量仪定期手动对基坑形变的监测方式难以做到实时监测，基坑管理人员排查基坑形变隐患不够直观、不够方便，问题的发现不够及时。

根据中国住房和城乡建设部《建筑业发展“十三五”规划》要求：“加快推进建筑信息模型(BIM)技术在规划、工程勘察设计、施工和运营维护全过程的集成应用，支持基于具有自主知识产权三维图形平台的国产BIM软件的研发和推广使用”。因此，通过BIM模型与监测设备的结合，实现基坑形变情况的无人、实时、智能监控的基坑形变监测系统亟待出现。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，包括与BIM模型容器连接的日志型消息队列，与日志型消息队列连接的数据采集系统，与数据采集系统连接的多个固定式测斜仪数据采集器，固定式测斜仪数据采集器对应信号连接高精度固定式测斜仪，高精度固定式测斜仪通过安装机构安装在基坑边缘的孔洞内，高精度固定式测斜仪按照一定时间间隔向固定式测斜仪数据采集器发送心跳和倾角数据，固定式测斜仪数据采集器接收到数据后发送给数据采集系统。

进一步，所述BIM模型容器、日志型消息队列、数据采集系统安装在硬件服务器上，并通过网络互联。

进一步，所述数据采集系统通过对接采集器接口的方式实现获取所有高精度固定式测斜仪的数据，数据采集系统对接一台或多台固定式测斜仪数据采集器，一台数据采集器接入一个或多个孔洞中的高精度固定式测斜仪，高精度固定式测斜仪的精度在0.001度以上，高精度固定式测斜仪工作时通过数据电缆向固定式测斜仪数据采集器发送自身数据。

进一步，所述高精度固定式测斜仪的安装机构包括插入在基坑边缘孔洞内的测斜管、悬吊钢丝绳、连接钢管、连接器、导轮组、万向节、尾端堵头、防脱保护绳以及井口固定帽，连接钢管通过导轮组和万向节连接传感器，多个传感器之间通过数据线缆以及连接器相互连接，导轮组包括两个相互对称的导向轮，导向轮与测斜管的内壁接触，悬吊钢丝绳连接多个导轮组的导向轮并悬挂在井口固定帽上，井口固定帽封盖在基坑边缘孔洞的顶部，高精度固定式测斜仪的数据线缆从井口固定帽上穿出连接到固定式测斜仪数据采集器。

进一步，所述尾端堵头通过防脱保护绳连接传感器。

进一步，所述BIM模型容器包含BIM轻量化引擎、BIM模型数据、关系型数据库、配置管理功能、WEB页面的软件，该模型提取BIM模型文件中构件的信息，利用WEB技术在浏览器中绘制三维视角模型的系统平台；使用时，需要先在建模软件中建立基坑整体模型，再在模型中对应施工现场的实际位置定义出全部高精度固定式测斜仪的构件，然后再把模型文件导入到容器中。

进一步，所述日志型消息队列是一种作为消息中间件的软件，能够把数据采集系统的数据推送给BIM模型容器。

进一步，在数据采集系统中制定化对接各个固定式测斜仪数据采集器，实时获取全部固定式测斜仪数据采集器发送来的数据，然后把处理后的数据推送给日志型消息队列；

在硬件服务器上安装日志型消息队列，定义生产者为数据采集系统，定义消费者为BIM模型容器，使得数据采集系统发送的测斜仪数据能够按照先进先出的原则加入到有序队列中，并且消息队列能够通知BIM模型容器来消费队列的消息，消息一旦被消费过之后，则被立即从队列中删除；

通过建模软件绘制基坑BIM模型，在模型中定义孔洞、高精度固定式测斜仪的位置，每个高精度固定式测斜仪定义设备唯一编号；

在硬件服务器上安装BIM模型容器，并把BIM模型导入到容器中，容器读取BIM模型数据并入库，再通过WEB浏览器访问该容器，配置离线时长报警阈值、形变报警阈值。

一种基于BIM模型容器与基坑形变监测方法，包括如下步骤：

a、设置高精度固定式测斜仪按照一定时间间隔向固定式测斜仪数据采集器发送心跳和倾角数据，固定式测斜仪数据采集器接收到数据后发送给数据采集系统，数据采集系统接受到数据后先把数据保存入库，防止数据丢失，再对数据进行数据清洗、结构化解析，然后对结构化数据进行分类，提取包括设备型号、上报时间、唯一设备号、电量、x轴倾角、y轴倾角、z轴倾角有效数据并换算成统一单位，再把结果发送到日志型消息队列；

b、日志型消息队列通知BIM模型容器来消费，BIM模型容器取得数据后，与已经在模型中定义好的的构件做关联，并把对应数据到保存到数据库中，再用最新数据与历史数据做比较，如果数据变化值超过容器配置的阈值，则向用户发出基坑形变报警；

c、如果长时间未收到心跳数据，且时长超过阈值，也会向用户发出设备离线报警，报警方式包括WEB页面提示、三维模型标注、发送报警短信、手机APP推送消息，用户通过浏览器访问BIM模型容器，还可以在三维视角下直观查看基坑各个孔洞位置、孔洞深度变化程度、设备在线状态、设备电量、设置阈值、查看报警信息。

本发明的有益效果为：该系统开展具有针对性的基坑三维信息布建，实现实时信息采集与展示，对基坑形变的危险情况及时发现报警，确保基坑安全；推动基坑监测设备的集约化、联网化、规范化、信息化，为建设施工工地智能化监控体系，提升设备控制系统管理的水平，维护设备正常运转提供有力支撑。结合计算机软件，实现数据的采集、管理及应用，使数据信息统一整合，帮助管理人员更高效、更精确的监控基坑，提高了测量效率，降低施工风险，增强施工与管理人员满意度。

附图说明

图1为本发明的整体工作流程架构图；

图2为本发明高精度固定式测斜仪的结构示意图；

图3为本发明高精度固定式测斜仪在孔洞内安装完成后的效果图；

图4为本发明固定式测斜仪数据采集器的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，包括与BIM模型容器1连接的日志型消息队列2，与日志型消息队列2连接的数据采集系统4，与数据采集系统4连接的多个固定式测斜仪数据采集器5，固定式测斜仪数据采集器5对应信号连接高精度固定式测斜仪6，高精度固定式测斜仪6通过安装机构7安装在基坑边缘的孔洞3内，高精度固定式测斜仪6按照一定时间间隔向固定式测斜仪数据采集器5发送心跳和倾角数据，固定式测斜仪数据采集器5接收到数据后发送给数据采集系统4。

BIM模型容器1、日志型消息队列2、数据采集系统4安装在硬件服务器上，并通过网络互联。

数据采集系统4通过对接采集器接口的方式实现获取所有高精度固定式测斜仪6的数据，数据采集系统4对接一台或多台固定式测斜仪数据采集器5，一台固定式测斜仪采集器5接入一个或多个孔洞中的高精度固定式测斜仪6，高精度固定式测斜仪6的精度在0.001度以上，高精度固定式测斜仪6工作时通过数据电缆向固定式测斜仪数据采集器5发送自身数据。

安装高精度固定式测斜仪6时，在基坑周围地面打孔洞3，可以根据基坑大小、深度、土质、成本等条件灵活选择孔洞密度与孔洞深度。孔洞3越密集深度越深，则监测效果越好。

高精度固定式测斜仪6的安装机构7包括插入在基坑边缘孔洞3内的测斜管71，悬吊钢丝绳72，连接钢管73，连接器74，导轮组75，万向节76，尾端堵头77，防脱保护绳78以及井口固定帽79，连接钢管73通过导轮组75和万向节76连接高精度固定式测斜仪6的传感器61，每个孔洞3根据深度不同可以串行安装一个或多个高精度固定式测斜仪6，多个传感器61之间通过数据线缆62以及连接器74相互连接，导轮组75包括两个相互对称的导向轮，导向轮与测斜管71的内壁接触，悬吊钢丝绳72连接多个导轮组75的导向轮并悬挂在井口固定帽79上，井口固定帽79封盖在基坑边缘孔洞3的顶部，高精度固定式测斜仪6的数据线缆62从井口固定帽79上穿出连接到固定式测斜仪数据采集器5。尾端堵头77通过防脱保护绳78连接高精度固定式测斜仪6的传感器61。

高精度固定式测斜仪6用来监控孔洞3的洞体形变。测斜管71沿着孔洞3逐个装入，直到洞底。再把高精度固定式测斜仪6通过悬吊钢丝绳72逐一吊入测斜管71，到达洞底后用井口固定帽79加以固定，防止人为触动，安装的同时，将高精度固定式测斜仪6与固定式测斜仪数据采集器5配对。要保证启动高精度固定式测斜仪6后，固定式测斜仪数据采集器5可以接收到高精度固定式测斜仪6上报的数据。

固定式测斜仪数据采集器5需要接入到无线网络，并且能通过数据接口把接收到的测斜仪数据提供给数据采集系统4。固定式测斜仪数据采集器5可以同时采集多个高精度固定式测斜仪6的数据。要确保所有高精度固定式测斜仪6的上报数据都能通过固定式测斜仪数据采集器5进行采集。

另外，BIM模型容器1包含BIM轻量化引擎、BIM模型数据、关系型数据库、配置管理功能、WEB页面的软件，该模型提取BIM模型文件中构件的信息，利用WEB技术在浏览器中绘制三维视角模型的系统平台；使用时，需要先在建模软件中建立基坑整体模型，再在模型中对应施工现场的实际位置定义出全部高精度固定式测斜仪的构件，然后再把模型文件导入到容器中。

日志型消息队列2是一种作为消息中间件的软件，能够把数据采集系统的数据推送给BIM模型容器。

使用时，在数据采集系统4中制定化对接各个固定式测斜仪数据采集器5，实时获取全部固定式测斜仪数据采集器5发送来的数据，然后把处理后的数据推送给日志型消息队列2；

在硬件服务器上安装日志型消息队列2，定义生产者为数据采集系统，定义消费者为BIM模型容器1，使得数据采集系统4发送的测斜仪数据能够按照先进先出的原则加入到有序队列中，并且消息队列能够通知BIM模型容器来消费队列的消息，消息一旦被消费过之后，则被立即从队列中删除；

通过建模软件绘制基坑BIM模型，在模型中定义孔洞、高精度固定式测斜仪的位置，每个高精度固定式测斜仪定义设备唯一编号；

在硬件服务器上安装BIM模型容器1，并把BIM模型导入到容器中，容器读取BIM模型数据并入库，再通过WEB浏览器访问该容器，配置离线时长报警阈值、形变报警阈值。

进一步，基于BIM模型容器与基坑形变监测方法，包括如下步骤：

a、设置高精度固定式测斜仪6按照一定时间间隔向固定式测斜仪数据采集器5发送心跳和倾角数据，固定式测斜仪数据采集器5接收到数据后发送给数据采集系统4，数据采集系统4接受到数据后先把数据保存入库，防止数据丢失，再对数据进行数据清洗、结构化解析，然后对结构化数据进行分类，提取包括设备型号、上报时间、唯一设备号、电量、x轴倾角、y轴倾角、z轴倾角有效数据并换算成统一单位，再把结果发送到日志型消息队列2；

b、日志型消息队列2通知BIM模型容器1来消费，BIM模型容器1取得数据后，与已经在模型中定义好的构件做关联，并把对应数据到保存到数据库中，再用最新数据与历史数据做比较，如果数据变化值超过容器配置的阈值，则向用户发出基坑形变报警；

c、如果长时间未收到心跳数据，且时长超过阈值，也会向用户发出设备离线报警，报警方式包括WEB页面提示、三维模型标注、发送报警短信、手机APP推送消息，用户通过浏览器访问BIM模型容器1，还可以在三维视角下直观查看基坑各个孔洞位置、孔洞深度变化程度、设备在线状态、设备电量、设置阈值、查看报警信息。

该系统开展具有针对性的基坑三维信息布建，实现实时信息采集与展示，对基坑形变的危险情况及时发现报警，确保基坑安全；推动基坑监测设备的集约化、联网化、规范化、信息化，为建设施工工地智能化监控体系，提升设备控制系统管理的水平，维护设备正常运转提供有力支撑。结合计算机软件，实现数据的采集、管理及应用，使数据信息统一整合，帮助管理人员更高效、更精确的监控基坑，提高了测量效率，降低施工风险，增强施工与管理人员满意度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，包括与BIM模型容器连接的日志型消息队列，与日志型消息队列连接的数据采集系统，其特征在于，数据采集系统对接多个固定式测斜仪数据采集器，固定式测斜仪数据采集器对应信号连接高精度固定式测斜仪，高精度固定式测斜仪通过安装机构安装在基坑边缘的孔洞内，高精度固定式测斜仪按照一定时间间隔向固定式测斜仪数据采集器发送心跳和倾角数据，固定式测斜仪数据采集器接收到数据后发送给数据采集系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，其特征在于，所述BIM模型容器、日志型消息队列、数据采集系统安装在硬件服务器上，并通过网络互联。

3.根据权利要求2所述的一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，其特征在于，所述数据采集系统通过对接采集器接口的方式实现获取所有高精度固定式测斜仪的数据，数据采集系统对接一台或多台固定式测斜仪数据采集器，一台固定式测斜仪数据采集器接入一个或多个孔洞中的高精度固定式测斜仪，高精度固定式测斜仪的精度在0.001度以上，高精度固定式测斜仪工作时通过数据电缆向固定式测斜仪数据采集器发送自身数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，其特征在于，所述高精度固定式测斜仪的安装机构包括插入在基坑边缘孔洞内的测斜管、悬吊钢丝绳、连接钢管、连接器、导轮组、万向节、尾端堵头、防脱保护绳以及井口固定帽，连接钢管通过导轮组和万向节连接传感器，多个传感器之间通过数据线缆以及连接器相互连接，导轮组包括两个相互对称的导向轮，导向轮与测斜管的内壁接触，悬吊钢丝绳连接多个导轮组的导向轮并悬挂在井口固定帽上，井口固定帽封盖在基坑边缘孔洞的顶部，高精度固定式测斜仪的数据线缆从井口固定帽上穿出连接到固定式测斜仪数据采集器。

5.根据权利要求4所述的一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，其特征在于，所述尾端堵头通过防脱保护绳连接传感器。

6.根据权利要求4所述的一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，其特征在于，所述BIM模型容器包含BIM轻量化引擎、BIM模型数据、关系型数据库、配置管理功能、WEB页面的软件，该模型提取BIM模型文件中构件的信息，利用WEB技术在浏览器中绘制三维视角模型的系统平台；使用时，需要先在建模软件中建立基坑整体模型，再在模型中对应施工现场的实际位置定义出全部高精度固定式测斜仪的构件，然后再把模型文件导入到容器中。

7.根据权利要求6所述的一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，其特征在于，所述日志型消息队列是一种作为消息中间件的软件，能够把数据采集系统的数据推送给BIM模型容器。

8.根据权利要求6所述的一种基于BIM模型容器与基坑形变监测系统，其特征在于，在数据采集系统中制定化对接各个固定式测斜仪数据采集器，实时获取全部固定式测斜仪数据采集器发送来的数据，然后把处理后的数据推送给日志型消息队列；

在硬件服务器上安装日志型消息队列，定义生产者为数据采集系统，定义消费者为BIM模型容器，使得数据采集系统发送的测斜仪数据能够按照先进先出的原则加入到有序队列中，并且消息队列能够通知BIM模型容器来消费队列的消息，消息一旦被消费过之后，则被立即从队列中删除；

通过建模软件绘制基坑BIM模型，在模型中定义孔洞、高精度固定式测斜仪的位置，每个高精度固定式测斜仪定义设备唯一编号；

在硬件服务器上安装BIM模型容器，并把BIM模型导入到容器中，容器读取BIM模型数据并入库，再通过WEB浏览器访问该容器，配置离线时长报警阈值、形变报警阈值。

9.一种基于BIM模型容器与基坑形变监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、设置高精度固定式测斜仪按照一定时间间隔向固定式测斜仪数据采集器发送心跳和倾角数据，固定式测斜仪数据采集器接收到数据后发送给数据采集系统，数据采集系统接受到数据后先把数据保存入库，防止数据丢失，再对数据进行数据清洗、结构化解析，然后对结构化数据进行分类，提取包括设备型号、上报时间、唯一设备号、电量、x轴倾角、y轴倾角、z轴倾角有效数据并换算成统一单位，再把结果发送到日志型消息队列；

b、日志型消息队列通知BIM模型容器来消费，BIM模型容器取得数据后，与已经在模型中定义好的构件做关联，并把对应数据到保存到数据库中，再用最新数据与历史数据做比较，如果数据变化值超过容器配置的阈值，则向用户发出基坑形变报警；

c、如果长时间未收到心跳数据，且时长超过阈值，也会向用户发出设备离线报警，报警方式包括WEB页面提示、三维模型标注、发送报警短信、手机APP推送消息，用户通过浏览器访问BIM模型容器，还可以在三维视角下直观查看基坑各个孔洞位置、孔洞深度变化程度、设备在线状态、设备电量、设置阈值、查看报警信息。

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