基于BIM技術(shù)的健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)信息關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜小平 溫泉 佘健 黃穎銳 何建宏

（1.重慶高速工程顧問(wèn)有限公司，重慶 401121；2.重慶金交勁通科技股份有限公司，重慶 401336）

一、軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)

軟件系統(tǒng)采用B/S三層結(jié)構(gòu)，基于Microsoft.NET Framework 4.0框架，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2010，數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server 2008，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Visual C#、Javascript、Asp.net。這種開(kāi)發(fā)方式相比于其他方式在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用中更為簡(jiǎn)潔?？蛻糁恍璋惭b通用的Web瀏覽器即可，通過(guò)Web協(xié)議即可與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

橋梁健康檢測(cè)系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)工程，集成了諸如結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感器技術(shù)等高科技技術(shù)。為使該系統(tǒng)成為一個(gè)有效并能真正在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)用于結(jié)構(gòu)損傷和狀態(tài)評(píng)估，滿足大橋養(yǎng)護(hù)管理和運(yùn)營(yíng)的需要，同時(shí)又具有經(jīng)濟(jì)效益的大橋結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)遵循如下原則：

（一）根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)和環(huán)境特點(diǎn)，掌握影響結(jié)構(gòu)安全的主要因素，建立功能完備、性能優(yōu)良、運(yùn)行周期經(jīng)濟(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

（二）采用成熟的系統(tǒng)配套產(chǎn)品，以確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；

（三）采用模塊化設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)的可更換性和經(jīng)濟(jì)性；

（四）采用開(kāi)放系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)具有良好的可升級(jí)性、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享和監(jiān)控功能；

（五）設(shè)置適度冗余的傳感器和相關(guān)設(shè)備，以確保系統(tǒng)的可靠性，并滿足系統(tǒng)改進(jìn)、擴(kuò)展和完善的需求；

（六）實(shí)時(shí)監(jiān)控與定期監(jiān)控相結(jié)合，減少數(shù)據(jù)采集量和后期處理難度；

（七）設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大、合理且易于使用的前后處理模塊有效地處理、分析和管理收集數(shù)據(jù)。

根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能要求，并基于系統(tǒng)建立的總體思路，建立了3個(gè)子系統(tǒng)，其構(gòu)成及主要功能如表1所示。

表1.系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能

二、監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建

根據(jù)需求分析，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)分為六個(gè)階段：概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)。需求分析主要包括對(duì)存儲(chǔ)信息、程序操作和安全性三個(gè)方面的分析：明確要管理的信息，確定要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型；明確數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法，必要時(shí)對(duì)存儲(chǔ)進(jìn)行某些優(yōu)化以提高運(yùn)行速度；根據(jù)人員職責(zé)設(shè)置不同權(quán)限，以確保信息的機(jī)密性和可靠性。

（一）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先形成一個(gè)局部概念模型，然后進(jìn)行優(yōu)化和合并以形成一個(gè)全局概念模型。對(duì)于健康檢測(cè)平臺(tái)應(yīng)達(dá)到分析基于存儲(chǔ)的信息需求，包括運(yùn)行用戶的信息、傳感器的類(lèi)型、傳感器的位置、傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)、傳感器的相應(yīng)預(yù)警值、監(jiān)視數(shù)據(jù)的類(lèi)型、數(shù)據(jù)收集時(shí)間、BIM模型零件表、BIM模型屬性、監(jiān)視報(bào)告文檔類(lèi)型、報(bào)告文檔名稱(chēng)、報(bào)告創(chuàng)建時(shí)間、報(bào)告存儲(chǔ)路徑等；根據(jù)程序運(yùn)行要求進(jìn)行分析，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)管理、文件管理等；根據(jù)安全要求主要是進(jìn)行用戶權(quán)限管理。

（二）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷深化，即將概念模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)模型。健康狀況檢測(cè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境是SQL Serve 2010，使用的數(shù)據(jù)庫(kù)是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。將概念模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)模型的步驟如下：首先將ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型，然后轉(zhuǎn)換關(guān)系模型成為數(shù)據(jù)模型，最后對(duì)關(guān)系模型進(jìn)行優(yōu)化。

（三）物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對(duì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步深化，其任務(wù)是為數(shù)學(xué)模型選擇最能滿足平臺(tái)程序操作要求的物理結(jié)構(gòu)。物理結(jié)構(gòu)是服務(wù)器和其他設(shè)備上的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。此監(jiān)測(cè)平臺(tái)專(zhuān)注解決海量監(jiān)視數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問(wèn)題和查詢方法。

三、 BIM模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性研究

該健康檢測(cè)平臺(tái)相比于傳統(tǒng)平臺(tái)，在使用功能方面，最大的進(jìn)步即引用了BIM模型，充分運(yùn)用了BIM技術(shù)的管理理念，以模型構(gòu)建為信息載體，承載設(shè)計(jì)信息與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，主要分為前端展示界面與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。使用Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)環(huán)境與SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)完成后臺(tái)的搭建，使用three.JS、ztree、echarts三種插件完成模型、菜單、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)圖表等前端展示。

后臺(tái)程序主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建與模型的導(dǎo)入，將模型導(dǎo)入平臺(tái)主要包括三個(gè)功能：模型的導(dǎo)入、模型的添加、模型的刪除。為了操作界面更加舒適簡(jiǎn)潔，該平臺(tái)使用諸多插件搭建前端界面。前端固定界面主要包括結(jié)構(gòu)分部分項(xiàng)樹(shù)形菜單與BIM模型。Visual Studio 2010雖然可完成這兩部分內(nèi)容，但由于操作復(fù)雜可觀賞性不高，因此采用three.js插件將模型展示到前端界面，通過(guò)ztree插件生成樹(shù)形菜單。在完成以上兩步操作過(guò)后，即可以進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。采用echarts插件結(jié)合定時(shí)器，可將數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)測(cè)值生成動(dòng)態(tài)圖表。

四、結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)普遍以平臺(tái)為基礎(chǔ)、以模型為載體，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的管理與集成。本文的邏輯思路適用于所有BIM技術(shù)的基礎(chǔ)工作，不論是BIM在施工階段的應(yīng)用還是在運(yùn)維管理中的應(yīng)用，都離不開(kāi)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建以及模型的導(dǎo)入。在該平臺(tái)雛形的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建不同的子系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)不同的功能，將BIM的管理理念應(yīng)用到實(shí)際工程中。