楊 云
(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司,廣州 510640)
在長距離引調(diào)水過程中,由于工程管線較長,所涉及的建筑物形式復(fù)雜多樣,涉及的沿線工程地質(zhì)條件也尤為復(fù)雜。這對于引調(diào)水的工程管理來講,無疑是為日常的管理增加了一定難度。然而,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的崛起重塑了引調(diào)水工程的管理理念,在調(diào)水工程中廣泛應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)下的高端技術(shù),使其在引調(diào)水的工程中發(fā)揮著高效的管理作用[1]。BIM是建筑信息模型的英文縮寫。主要用于各種建設(shè)項目,在實用性方面有著好的成效。其核心是利用三維技術(shù)建立基于信息的數(shù)字模型,針對相關(guān)內(nèi)容進行整合,對工程信息進行系統(tǒng)分析。在具體用途上,通過建筑信息模型與水利工程三維設(shè)計相結(jié)合的方式,實現(xiàn)對建設(shè)工程信息在收集、整理、規(guī)劃、設(shè)計、施工和綜合應(yīng)用過程中的各個階段和程度的管理,并對所有細節(jié)進行控制[2]。同時,使三維設(shè)計模型更加直觀、清晰,擺脫了以往設(shè)計參數(shù)的缺陷。
引調(diào)水的相關(guān)設(shè)備及所涉及的建筑物能夠在常規(guī)條件下進行良性運轉(zhuǎn)是長距離引調(diào)水工程運行終極目標(biāo)。然而,在早期的管理之中,主要存在以下4個方面的不足:
1)超繁瑣的運行維護工作量,由于長距離引調(diào)水管線較長,需要進行維護管理的對象較多,這就在一定的程度造成了較為繁瑣的工作量。
2)信息分散異構(gòu),在對長距離引調(diào)水管線的治理期間,需要依靠多個信息系統(tǒng)來完成日常的管理工作,各系統(tǒng)之間需要呈現(xiàn)出相互協(xié)調(diào)、相互配合的態(tài)勢。同時,在這過程中還要穿插一些由人工完成的紙質(zhì)文件用于檢測巡查,信息異構(gòu)分散的特性也將因此而生。
3)時空特性復(fù)雜,這是引調(diào)水工程建筑物中一個顯著的特性,工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量在運行和施工等環(huán)節(jié)均能夠直觀的體現(xiàn)。然而,在早期的管理方式上,因時空的特性,各地的信息難以同步,更難以結(jié)合,這在管理決策上就存在相當(dāng)大的難度。
4)落后的決策方式。目前,以管理者根據(jù)自身的管理經(jīng)驗對當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)進行決策為主要管理方式。在這種憑經(jīng)驗辦事的管理手段之下,針對數(shù)據(jù)的分析和結(jié)合將無法發(fā)揮出真正的優(yōu)勢。對于潛在的風(fēng)險隱患,難以做出科學(xué)的決策。
在建筑信息模型(BIM)技術(shù)的大力發(fā)展之下,參數(shù)化設(shè)計將BIM技術(shù)的三個特性進行有機結(jié)合,即可視性、模擬性和特殊性。此舉滿足了高精度、高效率的設(shè)計需求?;贐IM的流程管理模式圖,見圖1。在參數(shù)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的相關(guān)程序中,楊開靜等人改進了接觸網(wǎng)部件的管理功能,實現(xiàn)了接觸網(wǎng)部件的參數(shù)化設(shè)計、使接觸網(wǎng)快速映射等可視化功能;孫仲秋等人通過二次開發(fā)的Revit,重點研究了對模型生成的效率和精度有重要影響的連續(xù)鋼橋邊界模型的參數(shù)化繪制方法;林金華等人以屏蔽BIM模型為典型代表,在可視化編程和參數(shù)化建模中應(yīng)用dynamo,這一行為證明了在BIM模型參數(shù)化建模中編程技術(shù)有著無可比擬的優(yōu)勢[3]。
圖1 基于BIM的流程管理模式圖
關(guān)于系統(tǒng)的設(shè)計,大多采用以客戶機/服務(wù)器(c/s)為主要開發(fā)模式,基于SQL server(數(shù)據(jù)庫管理軟件),對模型信息進行管理和存儲。為了便于調(diào)用,還應(yīng)為NavisWorks、inventor等軟件預(yù)留連接接口?;贐IM的三維參數(shù)智能化系統(tǒng)設(shè)計,見圖2。
圖2 基于BIM的三維參數(shù)智能化系統(tǒng)設(shè)計
首先,系統(tǒng)確定了長距離調(diào)水工程中典型建筑中的常見類型,主要以結(jié)構(gòu)類型和截面類型為主,并著重分析各類建筑的組成和結(jié)構(gòu),并將其劃分為建筑構(gòu)件。其次,根據(jù)每個逐漸的總體約束確定確定各構(gòu)件的基本特征和建模順序。也就是同時就尺寸和形狀所攜帶的影響進行考慮,尺寸將對集合圖形實施約束控制,隨后借助三維參數(shù)化 cad 軟件 inventor 建立零件模型,利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)在零件庫內(nèi)存儲零件模型,在幾何數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲幾何參數(shù)信息,在模型信息庫中存儲擴展屬性信息[4]。最后,在建立參數(shù)化構(gòu)件庫的基礎(chǔ)上,不僅可以實現(xiàn)典型的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和基于裝配關(guān)系的三維參數(shù)化設(shè)計,而且可以保證整體模型是構(gòu)件在正確的裝配關(guān)系下所形成,這種模型下的工程圖紙,較有較高的標(biāo)準(zhǔn)性和規(guī)范性。此舉將確保長距離引調(diào)水工程中針對參數(shù)進行的智能設(shè)計,可以實現(xiàn)五種功能模塊。其中包含:①三維參數(shù)化設(shè)計;②結(jié)構(gòu)設(shè)計;③干涉檢查;④BIM管理與應(yīng)用;⑤工程圖紙輸出。
2.2.1 服務(wù)器端運行環(huán)境
該操作系統(tǒng)安裝在 windows xp 專業(yè)版或 windows 7上。軟件配置了 sql server 2008用于數(shù)據(jù)庫管理,硬件配置了一個 itanium 或更快的處理器。最小內(nèi)存為512mb,硬盤空間超過30gb。
2.2.2 客戶端使用環(huán)境
該操作系統(tǒng)應(yīng)安裝在Windows 7上的客戶端之中,系統(tǒng)使用Autodesk Inventor 2014、Autodesk Design Review 2013和Autodesk NavisWorks 2014等軟件配置來處理圖形信息,并使用奔騰或更快的處理器來配置硬件。最小內(nèi)存大小為2GB,硬盤空間>60GB,顯示分辨率至少為1024 x 768像素。
實現(xiàn)BIM模型在GIS場景中的顯示、控制和管理,以及其他業(yè)務(wù)模塊數(shù)據(jù)的交互和可視化顯示是BIM 可視化管理的主要功能。其中涵蓋數(shù)據(jù)查詢、視圖管理、模型管理等相關(guān)功效。
該模塊主要用于各階段中圖紙和信息集成管理,其中涉及到設(shè)計、施工、運行和維護等方面。在模型組件的唯一標(biāo)識符向兩個方向連接之后,它們被集成到 bim 模型中,以便管理員快速搜索。
實時監(jiān)控、維護管理、應(yīng)急效應(yīng)等相關(guān)功效是本模塊的主要工作功能。前臺和后臺通過Ajax return進行交互,業(yè)務(wù)信息與BIM模型綁定,促使可視化得以實現(xiàn)。將processmaker軟件用作工作流驅(qū)動,強化流程控制的同時提升業(yè)務(wù)質(zhì)量。
所謂調(diào)度管理就是在實時的條件下,對監(jiān)控和導(dǎo)流計劃所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行批量計算和分析,在此基礎(chǔ)上生成調(diào)度命令,以此實現(xiàn)整個調(diào)度過程的實時監(jiān)控。其中包括調(diào)度指令生成、供水計劃管理、可視化數(shù)據(jù)管理。其具體功效涵蓋:① 對供水計劃實施管理;② 生成調(diào)度指令;③ GIS中的可視化數(shù)據(jù)管理。
本模塊下,主要功效為數(shù)據(jù)管理、實時監(jiān)測和預(yù)警等功能。系統(tǒng)基于c#編寫監(jiān)控程序,實時接收相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù),并基于python socket模塊促使websocket服務(wù)器的構(gòu)建,使websocket和服務(wù)器兩者相關(guān)聯(lián),此時不同儀器的數(shù)據(jù)將分別、分類顯示,并根據(jù)監(jiān)測對的模型和指標(biāo),實現(xiàn)實時分析和預(yù)警功能。而基于echart實現(xiàn),儀器數(shù)據(jù)的圖形也將隨之形象化和具體化。
以建立的零件模型庫的形式進行三維參數(shù)化建模是該模塊的主要功效,基于本系統(tǒng),創(chuàng)建參數(shù)化組件模型,隨后以自動和交互的形式進行組裝下相關(guān)組件,創(chuàng)建每個零部件模型。該模塊還可以通過項目參與者的協(xié)同工作,為不同部門內(nèi)部和部門之間的設(shè)計師提供協(xié)同設(shè)計環(huán)境。
水力學(xué)計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計是倒虹吸管結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水力設(shè)計的核心要素是輸入相關(guān)斷面的設(shè)計參數(shù),以此作為導(dǎo)入和導(dǎo)出水力計算的參數(shù)的依據(jù)[5]。這相對于系統(tǒng)而言,能夠?qū)崿F(xiàn)查看相關(guān)設(shè)計說明的功能。此外,基于此結(jié)構(gòu)設(shè)計之上,還能夠?qū)崿F(xiàn)對跨中截面管壁應(yīng)力的高效分析、加勁環(huán)和側(cè)管壁應(yīng)力的細致校核、支撐環(huán)和側(cè)管壁應(yīng)力的嚴(yán)謹(jǐn)校對、管壁抗外壓和加勁環(huán)抗外壓穩(wěn)定性核對等具體功能。
就倒虹吸管的三維參數(shù)化模型為例,通過干涉檢查,可自動批量輸出各部件模型或整體模型的三維或二維工程圖,并可對整體模型的參數(shù)進行更改,使工程圖能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)更新輸出。對于三維模型中一些需要更改的圖形或者信息,可通過幾何參數(shù)表和模型信息表進行修改,此舉便于工程圖形信息的鏈接更新。
針對與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析,其常規(guī)的數(shù)據(jù)監(jiān)測主要用于五個方面的功能實現(xiàn)。即實現(xiàn)管理分類、實現(xiàn)趨勢預(yù)測、實現(xiàn)特征分析、實現(xiàn)異常評估和預(yù)警,以及實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測??稍谶\行的過程中設(shè)置差異明顯的預(yù)警分析法,其預(yù)警級別可劃為紅色、橙色、黃色、綠色、四個級別。警戒級別以紅色最高。當(dāng)報警發(fā)生時,可通過某種警示音或特定信息的形式通知管理人員進行處理和查看。這種預(yù)警也與BIM模型有一定的關(guān)聯(lián)。管理人員可以通過相關(guān)界面及時查看和處理實際信息,實現(xiàn)信息的及時傳輸和共享,方便管理人員快速發(fā)現(xiàn)和處理問題,提高運營管理水平。
綜上所述,在三維建筑模型的設(shè)計與建模期間,理論上本系統(tǒng)較為適用。然而,在實際建模的過程中,還應(yīng)結(jié)合實際考慮一些客觀因素,如地形、地質(zhì)、環(huán)境等相關(guān)因素的影響。因此,在后期規(guī)劃中,參數(shù)化建模可以進一步與GIS大場景相結(jié)合,從而將BIM技術(shù)的精細建模與GIS技術(shù)的宏觀場景高度融合,從而展現(xiàn)更全方位的工程場景。