摘 要：基于對(duì)Web Service與BIM技術(shù)以及兩者集成應(yīng)用思路的把握，進(jìn)行Web Service與BIM技術(shù)集成應(yīng)用下的基坑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)有表示層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)訪問(wèn)層3層架構(gòu)，通過(guò)開(kāi)發(fā)指令、基坑BIM模型建立、Web Service與BIM的信息交互以及系統(tǒng)運(yùn)行流程等的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢以及統(tǒng)計(jì)分析等功能，保證基坑施工的實(shí)時(shí)性與安全性監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞：Web Service,BIM；基坑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
0 引 言
現(xiàn)階段，高層建筑與地鐵工程呈現(xiàn)出迅速的發(fā)展態(tài)勢(shì)，大型基坑工程數(shù)量逐年增加，規(guī)模也不斷擴(kuò)大，修建工作處于越來(lái)越復(fù)雜的工況環(huán)境下，基坑工程建設(shè)與實(shí)施的成敗受到基坑開(kāi)挖及降水帶來(lái)的安全問(wèn)題的極大影響?；庸こ虖?fù)雜性、非線性與不確定性等特征突出，基坑安全狀況的判定有賴于一個(gè)系統(tǒng)的、可靠的方法來(lái)支持，所以，基坑安全檢測(cè)是對(duì)其安全事故發(fā)生予以預(yù)防的重要手段［1］。
基于政府引導(dǎo)及行業(yè)推動(dòng)，IBM技術(shù)越來(lái)越多地（1.西安航空學(xué)院，西安710077；2.西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司，西安710075）應(yīng)用于市政基礎(chǔ)工程的全生命周期管理［2］，在提升工程質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工成本的降低。由于得到BIM技術(shù)的支持，信息的三維化與集中化處理成為可能，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與信息的共享及協(xié)同亦處于更加便利的環(huán)境下，而利用Web Service技術(shù)，又可遠(yuǎn)程收集并發(fā)布管理基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。文章對(duì)Web Service與BIM技術(shù)的集成進(jìn)行重點(diǎn)研究，通過(guò)在基坑安全監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目的實(shí)施中加以應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化與可視化的監(jiān)測(cè)目標(biāo)。
1 Web Service與BIM技術(shù)及其集成應(yīng)用思路
1.1 Web Service與BIM技術(shù)
（1）Web Service技術(shù) Web Service是一種標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)用過(guò)程進(jìn)行定義，核心在于交互操作［3］。所有的Web Service技術(shù)環(huán)境均對(duì)以下基本活動(dòng)予以涉及：發(fā)布（Publish）服務(wù)，服務(wù)提供人員發(fā)布服務(wù)描述于服務(wù)注冊(cè)中心，為使用者的發(fā)現(xiàn)與調(diào)用提供便利，發(fā)布的信息涉及與該服務(wù)交互的全部?jī)?nèi)容，如服務(wù)路徑、傳輸協(xié)議、消息格式等；查找（Find）服務(wù)，服務(wù)請(qǐng)求人員直接對(duì)服務(wù)描述進(jìn)行檢索，或者在服務(wù)注冊(cè)中心查詢與定位對(duì)標(biāo)準(zhǔn)予以滿足的服務(wù)，明確服務(wù)的操作是由用戶還是其他服務(wù)發(fā)起的；綁定（Bind）服務(wù)，服務(wù)請(qǐng)求人員以服務(wù)描述中的綁定細(xì)節(jié)為依據(jù)對(duì)服務(wù)進(jìn)行定位、聯(lián)系與調(diào)用，當(dāng)發(fā)現(xiàn)適合自己的服務(wù)之時(shí)，會(huì)按照服務(wù)描述中的信息直接在運(yùn)行過(guò)程中將服務(wù)激活。
Web Service在很多領(lǐng)域均有較為廣泛的應(yīng)用，包含的途徑也比較廣，對(duì)B2B集成、數(shù)據(jù)重用以及通信服務(wù)器通信等予以涉及：B2B集成，以Web Service技術(shù)為支持進(jìn)行B2B集成有著突出的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為互操作性能夠得到很好的實(shí)現(xiàn)，只要對(duì)商務(wù)邏輯以Web Service的形式進(jìn)行展示，所有的合作伙伴均可對(duì)它們進(jìn)行調(diào)用，無(wú)需考慮系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)種類以及所使用的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，此種方式可降低B2B集成的費(fèi)用支出，縮短集成耗費(fèi)的時(shí)間，使以往存在承受壓力的中小企業(yè)也具有完成集成工作的能力；軟件與數(shù)據(jù)重用，對(duì)于軟件而言，其有著相對(duì)豐富的重用形式，程度上亦有所不同，其中以源代碼模塊或類一級(jí)的重用最為基本，其次是二進(jìn)制的組件重用；防火墻通信，應(yīng)用程序的用戶在諸多領(lǐng)域均有分布，此種形勢(shì)下，很難對(duì)客戶端及服務(wù)器之間的通信問(wèn)題進(jìn)行可靠的解決，一般地，客戶端及服務(wù)器兩者之間會(huì)存在防火墻或代理服務(wù)器的設(shè)置，在使用DCOM時(shí)復(fù)雜程度會(huì)增加，不利于客戶端程序向數(shù)量較大的用戶手中的發(fā)布，已有的舊方法通常會(huì)讓瀏覽器承擔(dān)客戶端的職務(wù)，在終端用戶面前進(jìn)行應(yīng)用程序中間層的顯示，對(duì)該種方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)往往會(huì)有比較大的難度，對(duì)程序加以維護(hù)的目的亦難以完成，若想在應(yīng)用程序中設(shè)置一個(gè)新的頁(yè)面，必須進(jìn)行Web頁(yè)面的添加與創(chuàng)建，此頁(yè)面應(yīng)對(duì)相應(yīng)的商業(yè)邏輯中間層組建予以含括，在制作過(guò)程中，應(yīng)至少有一個(gè)ASP頁(yè)面，以此完成對(duì)信息的接收任務(wù)，在調(diào)用中間層組件的過(guò)程中，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行格式化處理，生成HTML格式的文件，然后將最終的處理結(jié)果頁(yè)反饋于瀏覽器端，如果客戶端的代碼并不以HTML表單中的編程為依賴，方便快捷度均會(huì)被增加；不同應(yīng)用程序的集成，以程序集消耗的時(shí)間成本與費(fèi)用為視角進(jìn)行分析，利用不同語(yǔ)言寫成的程序在不同平臺(tái)運(yùn)行之時(shí)將會(huì)花費(fèi)較高的成本，一般狀態(tài)下，應(yīng)用程序需從運(yùn)行主機(jī)的相關(guān)程序中執(zhí)行對(duì)所需數(shù)據(jù)的獲取任務(wù)，或者通過(guò)將它們向主機(jī)、UNIX應(yīng)用程序中進(jìn)行發(fā)送的形式達(dá)成獲取目標(biāo)，在相同的平臺(tái)上，生產(chǎn)來(lái)源不同的軟件是需要集成的，Web Service應(yīng)用程序可采用標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)軟件的功能與數(shù)據(jù)進(jìn)行披露，進(jìn)而達(dá)到應(yīng)用其他應(yīng)用程序的目的，通過(guò)對(duì)XML消息處理的使用，XMLWeb Service可完成對(duì)數(shù)據(jù)交換的啟用以及對(duì)應(yīng)用程序邏輯的遠(yuǎn)程調(diào)用，保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)順利地通過(guò)防火墻，同時(shí)，在不同系統(tǒng)之間自由移動(dòng)，因此，利用該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的上報(bào)并執(zhí)行統(tǒng)計(jì)分析任務(wù)能大幅度縮短統(tǒng)計(jì)時(shí)間，減少人力與物力等資源的消耗。
（2）BIM技術(shù) 它是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)而對(duì)建設(shè)工程各類信息進(jìn)行集成與處理的一類工程數(shù)據(jù)模式，在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造與管理等諸多環(huán)節(jié)均有一定的應(yīng)用。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織設(shè)施信息委員會(huì)所下的定義可知，BIM應(yīng)用于開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之下，它通過(guò)可計(jì)算的形式對(duì)相關(guān)設(shè)施的物力、功能特性以及某一具體項(xiàng)目的全壽命周期信息予以表達(dá)，為項(xiàng)目決策者的決策制定提供技術(shù)支持，目的在于更好地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目本應(yīng)實(shí)現(xiàn)的價(jià)值［4］。BIM技術(shù)的應(yīng)用具有3大特征：第一，它是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)由計(jì)算機(jī)三維模型構(gòu)成，整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)著建筑從設(shè)計(jì)、施工直至建成之后投入運(yùn)營(yíng)的所有信息；第二，在以該技術(shù)為基礎(chǔ)的三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)中，信息與信息之間存在相互關(guān)聯(lián)性，當(dāng)某一信息發(fā)生變化之時(shí)，與之相關(guān)聯(lián)的其他信息亦會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化；第三，該技術(shù)對(duì)協(xié)同工作提供支持，在開(kāi)放的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IFC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用基礎(chǔ)之上，利用該技術(shù)可有效地完成建筑業(yè)各應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換以及全壽命周期的數(shù)據(jù)管理等任務(wù)。
自誕生之日起，BIM理念已得到了40年左右的發(fā)展，它為建設(shè)工程領(lǐng)域創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境效益，作為建設(shè)工程項(xiàng)目生命周期管理BLM的核心技術(shù)，BIM技術(shù)掀起了建筑業(yè)的深刻變革，它通過(guò)對(duì)數(shù)字模型的利用在建筑全壽命周期予以貫穿，集合各種建筑信息，從整體層面對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造以及運(yùn)營(yíng)施以綜合化管理。
1.2 Web Service與BIM技術(shù)的集成應(yīng)用思路
Web Service與BIM技術(shù)的集成通過(guò)Web Service的應(yīng)用程序接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩者借助接口進(jìn)行信息的交互［5］（圖1）。在剛開(kāi)始基坑監(jiān)測(cè)任務(wù)之時(shí)，應(yīng)在BIM中進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)象的添加，此時(shí)的BIM模型中會(huì)獲得一些附加數(shù)據(jù)，以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為來(lái)源。監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要經(jīng)常更新監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息，并利用Web Service與BIM的集成及交互對(duì)三維可視化監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)展現(xiàn)與自動(dòng)存儲(chǔ)。
在以基坑為對(duì)象執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)的過(guò)程中，監(jiān)測(cè)人員應(yīng)在Web Service程序的作用下，將從自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備處獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在收到這些數(shù)據(jù)之后立刻對(duì)其展開(kāi)相應(yīng)的分析，觀察是否有異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)；如果出現(xiàn)異常，則啟動(dòng)安全預(yù)警功能，向相關(guān)人員發(fā)出警報(bào)，此時(shí)，BIM亦做出配套的響應(yīng)，完成對(duì)異常位置的顯示。工作人員不必趕赴現(xiàn)場(chǎng)便可在Web端的支持下實(shí)現(xiàn)以BIM為基礎(chǔ)的全程監(jiān)測(cè)、在線溝通與協(xié)同處理，達(dá)到高效且全面的安全監(jiān)測(cè)目的。
2 基坑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
以業(yè)務(wù)邏輯為依據(jù)，將系統(tǒng)劃分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)訪問(wèn)層3層架構(gòu)（圖2）。這是一種嚴(yán)格的分層方法，每層有著清晰的結(jié)構(gòu)，層與層之間存在數(shù)據(jù)間的交互，但相互之間的影響并不大，可重用代碼，能夠保證系統(tǒng)的安全性與高效性。
（1）表示層亦稱轉(zhuǎn)換器，用于編碼與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)數(shù)據(jù)，同時(shí)，向用戶提供交互操作的界面，當(dāng)用戶發(fā)出請(qǐng)求之時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理，反饋所需頁(yè)面與數(shù)據(jù)；
（2）業(yè)務(wù)邏輯層用于處理系統(tǒng)業(yè)務(wù)與操作數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層，進(jìn)行復(fù)雜邏輯判斷及數(shù)據(jù)驗(yàn)證的處理；
（3）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)于業(yè)務(wù)邏輯層。同時(shí)，執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等任務(wù)。
2.2 系統(tǒng)功能
基于Web Service的開(kāi)放性，與BIM模型建立鏈接關(guān)聯(lián)，并按照相應(yīng)的格式文件將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖表導(dǎo)出。圖3所示為基坑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能模塊圖。
根據(jù)圖3可知，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析等［6］功能。按照監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不同類型，如數(shù)據(jù)、圖表、文字等，系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)范的錄入格式的設(shè)置，可借助表格實(shí)現(xiàn)批量導(dǎo)入，以達(dá)成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效而又準(zhǔn)確地處理的目的，提供工程所需的查詢、統(tǒng)計(jì)等各項(xiàng)內(nèi)容。
3 基坑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)部分指令
系統(tǒng)的圖形引擎任務(wù)由Unity來(lái)承擔(dān)，基于Web Service的技術(shù)性支持，科學(xué)而有效地搭建應(yīng)用程序接口，同時(shí)，在SQLServer上構(gòu)建IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用RevitIFC開(kāi)源接口完成與IFC文件數(shù)據(jù)的交互工作。系統(tǒng)直接將BIM模型導(dǎo)入作為三維基礎(chǔ)模型，在客戶端遠(yuǎn)程錄入或自動(dòng)輸入檢測(cè)數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)分析與預(yù)警管理任務(wù)。
Web Service在IIS服務(wù)器上運(yùn)行，WSDL語(yǔ)言對(duì)其接口定義進(jìn)行描述，表1所示為主要的參數(shù)指令與功能。
3.2 基坑BIM模型建立
采用適用性強(qiáng)、建模自由度高的Autodesk Revit軟件，與基坑工程全要素信息管理（FTIM）參數(shù)化建模方法相結(jié)合建立基坑BIM模型［7］。以設(shè)計(jì)部門提供的施工平面圖、鉆孔柱狀圖以及勘測(cè)點(diǎn)平面圖等為依據(jù)進(jìn)行Revit核心模型（含地質(zhì)模型、基坑支護(hù)模型以及周邊環(huán)境模型等）的建立。根據(jù)FTIM的理論指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)各環(huán)節(jié)與各構(gòu)件間性質(zhì)與聯(lián)系的協(xié)調(diào)對(duì)它們加以結(jié)合，管理全要素信息，在PC端進(jìn)行工程從開(kāi)始至結(jié)束整個(gè)環(huán)節(jié)全部數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)。以模型為基礎(chǔ)，在具體的模型中錄入實(shí)際信息，達(dá)到模型信息化的目標(biāo)，利用信息模型對(duì)實(shí)際施工提供指導(dǎo)。借助Revit的內(nèi)建構(gòu)件庫(kù)功能，科學(xué)分類與區(qū)分生產(chǎn)現(xiàn)狀，進(jìn)行模型所需各種構(gòu)件的建立，準(zhǔn)確布置基坑模型。圖4所示為基坑BIM模型舉例。
3.3 Web Service與BIM的信息交互
Web Service與BIM技術(shù)集成得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于利用Web Service實(shí)施對(duì)BIM的交互式操作。現(xiàn)階段，BIM軟件大多兼容工業(yè)基礎(chǔ)類IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，作為用于交換與共享復(fù)雜BIM的綜合性國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，IFC在表達(dá)建筑信息之時(shí)對(duì)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想予以運(yùn)用，大致可分為資源層、核心層、共享層以及領(lǐng)域?qū)?層。該架構(gòu)使用EXPRESS語(yǔ)言進(jìn)行定義，數(shù)據(jù)傳輸工作通過(guò)STEP物理文件來(lái)完成，由于各常規(guī)構(gòu)件數(shù)據(jù)格式已經(jīng)被確定，此處利用編程方式對(duì)IFC文件進(jìn)行自動(dòng)解讀，同時(shí)，提取或修改構(gòu)件相關(guān)信息。
在Web Service接口的支持下，用戶可以遠(yuǎn)程提交相應(yīng)的操作請(qǐng)求，同時(shí)，完成構(gòu)件相關(guān)信息的交互。服務(wù)器端對(duì)用戶的合法性以及權(quán)限進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證工作完成后，在IFC接口支持下對(duì)IFC數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的操作，并向客戶端反饋相應(yīng)的結(jié)果，以此實(shí)現(xiàn)Web Service與BIM的信息交互。圖5所示為交互流程圖。
3.4 系統(tǒng)運(yùn)行流程
系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)考慮可靠性問(wèn)題，合法用戶進(jìn)入系統(tǒng)并獲取相應(yīng)的權(quán)限，然后對(duì)業(yè)務(wù)執(zhí)行與自身所需相符的操作［8］。圖6所示為系統(tǒng)運(yùn)行流程圖。
4 結(jié) 語(yǔ)
基坑安全監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期不斷變化的工作，隨著基坑開(kāi)挖與支護(hù)的加深，施工的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要借助儀器獲取與處理大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，連接數(shù)據(jù)與三維模型，為施工單位的進(jìn)一步施工提供幫助，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與安全的施工監(jiān)測(cè)。研發(fā)Web Service與BIM技術(shù)集成的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的性能變化進(jìn)行精確且有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)比分析監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)及理論分析數(shù)據(jù)，迅速啟動(dòng)危險(xiǎn)點(diǎn)的安全預(yù)警，輸送準(zhǔn)確數(shù)據(jù)于施工單位。
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