熱門論文
最新論文
基于 BIM 和 Web 技術的隧道監測 信息管理系統研究與開發
發布時間：2023-07-10 09:57
目 錄
中文摘要 I
英文摘要 III
1緒 論 1
1.1選題背景及研究意義 1
1.2國內外研究現狀 3
1.2.1BIM 技術的研究現狀 3
1.2.2隧道信息集成技術的研究現狀 4
1.2.3Web 技術在隧道監測中的應用現狀 5
1.3主要研究內容及技術路線 6
1.3.1主要研究內容 6
1.3.2技術路線 7
2隧道模型構建及 Web 展示 9
2.1引言 9
2.2BIM 技術的理論基礎 9
2.2.1BIM 的基本概念 9
2.2.2BIM 的數據格式和傳輸標準 10
2.2.3主流BIM建模軟件及特點 12
2.3LOD細節層次隧道建模 13
2.3.1細節層次技術 1 3
2.3.2隧道模型分解 15
2.3.3建立隧道族庫 16
2.3.4建立隧道BIM模型 18
2.4BIM 三維模型在 Web 上的顯示 20
2.4.1Web 技術的優勢 20
2.4.2基于XBIM的隧道三維 Web顯示 22
2.5本章小結 25
3隧道監測信息管理系統的設計與開發 27
3.1引言 27
3.2系統設計 27
3.2.1系統需求分析 27
3.2.2系統架構設計 29
3.3開發環境和工具 32
3.4系統開發 34
3.4.1開發環境搭建 35
3.4.2服務器 36
3.4.3客戶端 37
3.4.4數據上傳工具 39
3.5本章小結 41
4工程應用 43
4.1引言 43
4.2工程概況 43
4.3隧道監測信息管理系統的應用 44
4.3.1項目基礎信息管理 44
4.3.2用戶管理模塊 46
4.3.3隧道BIM模型瀏覽 47
4.3.4監測數據管理 49
4.3.5超限預警 59
4.4本章小結 61
5結論與展望 63
5.1研究結論 63
5.2主要創新點 64
5.3研究展望 64
參考文獻 65
附 錄 71
A.作者在攻讀碩士學位期間所發表的論文以及專利 71
B.作者在攻讀碩士學位期間所參與的科研項目 71
C.學位論文數據集 71
致 謝 73
1緒 論
1.1選題背景及研究意義 交通運輸關乎一個國家的命脈，我國自改革開放以來，各個方面都已經取得 了舉世矚目的成就，作為世界上人口最多的國家，我國的交通發展具有非常大的 潛力，所以我國必定需要修建大量的公路鐵路等交通基礎設施。中國又是一個多 山的國家，特別是我國的西部地區，橋梁和隧道是主要的修建方式。隨著我國經 濟的發展，大城市人口集中，城市交通問題也越發顯著，在地上空間消耗殆盡的 情況下，越來越多的城市開始修建地下工程。2019 年我國的城鎮化水平已經超過 了 60% ，已經基本實現城鎮化 ［1］ 。隨著我國城鎮化水平的不斷提高，城市地表空間 也逐漸消耗殆盡，人地矛盾日益突出，合理的開發和利用城市地下空間是實現可 持續發展的有效途徑。
我國的隧道和地下工程建設已經取得了輝煌的成就，從已經建成工程的數量、 在建工程的建設速度、以及建成投入運營的工程數量等都位居世界之首［2］。截止到 2018 年，我國共有 17738 條公路隧道，約有 17236 公里，最近幾年來，我國的公 路隧道每年新建長度超過1100 公里［3］；截止到2015 年，我國共有13411 條鐵路隧 道，約有13038 公里，且僅2015 年建成開通1316 條鐵路隧道，新增2160 公里［4］。 按照2016 年國務院批準的《中長期鐵路網規劃》［5］，預計到 2020年底我國建成投 入運營的鐵路隧道會達到17000 條，總長度將超過 20000公里，到 2030 年將超過 30000公里。截至2016 年，我國共有 30個城市修建城市軌道交通，運營線路超過 4153公里，其中地鐵隧道長度為 2564公里［6］。
隧道工程作為我國交通建設的重要組成部分，又有著其特殊的不確定性。地 下工程建設項目多，但事故發生率也較高，建立有效的風險管理機制，并減少事 故發生率是很必要的［7］。當前隧道工程的設計主要還是以工程經驗為主的方法，對 以往工程經驗的依賴較多，沒有形成完整系統的理論和體系［8］。隧道設計施工過程 中，廣泛存在一邊設計一邊施工的模式，一方面主要是我國地理跨度大，各處地 質條件不同，另一方面也說明當前的工程理論落后于工程實踐。
地下工程的復雜性和不確定性，導致了其施工難度大，工程造價高，工程事
故易發等特點。王奚［9］對城市地鐵隧道施工事故案例做了統計分析，從2003年到 2016年共統計到了地鐵隧道施工事故共 121起，其中由于坍塌導致的地鐵隧道施 工事故共49起是引起隧道施工事故最多的原因。如圖1.1所示，從2003年到2016 年由于地鐵建設規模的不斷擴大，地鐵事故發生數量總體呈現逐年上升趨勢， 2014 年后得益于國家對安全問題的不斷重視，事故發生頻數開始有所減少，但每年事 故發生頻數還是接近20 起，這主要是由于我國基建規模十分巨大，每年都有大量 新的項目開工。但是也正是如此巨大的基建規模，導致我們的事故發生數量也較 多，由于隧道施工事故造成了大量的經濟損失。
年份
圖 1.1 地鐵隧道施工事故發生頻數統計
Fig.1.1 Frequency statistics of subway tunnel construction accidents
隧道施工過程中發生的事故按照風險來源可分為隧道自身原因和自然因素兩 大類，其中隧道本身的原因主要是設計缺陷、施工人員操作不當、施工質量不達 標、沒有按照規定對隧道施工進行監測等；自然因素主要包括一些不可抗力，比 如長時間降雨、未探明的地質條件等，總的來看誘發隧道工程施工事故是由兩大 因素綜合造成的。為了盡可能的避免隧道施工建設中事故的發生，當前隧道工程 中高度重視隧道施工的監測信息，通過監測隧道施工過程中的環境反應對隧道施 工的安全做出評價，準確、及時的信息分享顯得尤為重要。傳統的隧道施工監測 依賴人工檢測，采集頻率低，分享數據也不夠及時。與此同時計算機技術與信息 技術正飛速的發展。可以預見的是，2020 年將是 5G 時代到來的一年，信息的傳 遞方式必將發生改變，速度也將飛速提升。將新的技術，新的方式應用在隧道工 程施工監測中已經迫在眉睫。
在工程設計建造中，隨著時代進步，我們大致經歷了沒有圖紙的經驗設計時 代、手繪時代、以CAD為代表的計算機輔助繪圖時代、以及現在正在經歷的BIM 設計時代。無論哪一種設計模式的變革，都使得我們的設計更加的科學、效率更 高、考慮的也更加的全面。BIM具有良好的信息共享性，可以在為建筑物從建設 到拆除的全生命周期提供可靠的決策依據［10］。工程人員普遍認為BIM是未來工程 建造領域的發展方向， BIM 技術在房屋建筑方面已經應用的很廣泛了。由于隧道 工程及地下工程自身的復雜性，在隧道及地下工程中BIM的應用還比較少。計算 機技術發展日新月異，利用發展成熟的網絡技術，結合BIM的理論思想，可以實 時的分享隧道工程信息，為各方建設提供依據，有助于及時發現安全隱患和設計 不足，降低工程造價。計算機技術與傳統隧道工程的結合，可以促進隧道施工走 向全生命周期設計，促進隧道施工信息化，具有重大的社會意義和經濟價值。
1.2國內外研究現狀
121 BIM技術的研究現狀
BIM (Building Information Modeling，建筑信息模型)是將工程項目從立項、 建造、維護直至拆除的全生命周期中各個階段的信息統一集成，使得不同時間、 不同空間、不同專業的所有相關人員可以共享所有的信息。 BIM 最開始是為輔助 建筑工程設計的引入的概念，早期的研究主要集中在預先規劃設計、沖突監測、 三維可視化、成本控制和數據管理等方面［11］。但隨著社會需求的不斷發展，現在 BIM 技術的研究重點開始由早期生命周期管理轉向包括維護、翻新、拆除的全生 命周期管理(Building Lifecycle Management， BLM) ［12, 13］。現有的許多建筑僅有 陳舊的或碎片化的信息［14］，不完整或陳舊的建筑信息可能會導致項目管理低效、 改造翻新過程中的時間增長或成本增加。 BIM 的應用可以方便整個工程建造中不 同時間段、各相關方信息共享，提高效率，對工程行業的信息化有著重要的意義。
BIM技術將工程建設中交替變化的信息動態的聯系起來，通過BIM工具和BIM標 準生產BIM模型及信息［15］。
1996 年，美國斯坦福大學的 CIFE( Center for Integrated Facility Engineering) 提出4D模型，即在建筑施工管理中在原來的3D模型引入時間的概念，并推出CIFE 4D-CAD系統，但該系統只能描述簡單的施工工序［16］，這是較早的BIM技術思想 的出現。2000年，I. Faraj等提出基于Web和IFC的分布式集成環境，允許通過IFC 數據庫共享項目數據信息，并可以通過Web遠程交互，提供了極大地靈活性［17］。 2002年，Autodesk公司推出了該公司的首個BIM軟件Revit，同時開始向全世界 的工程建設人員推廣BIM設計理念。2004年，英國索爾德福大學的Charlie Fu等 人提出生命成本周期LCC (Life Cycle Costing)的概念，并利用BIM技術開發LCC 模型，綜合考慮整個建筑生命周期中的成本［18］。A.J. Marshall-Ponting等提出構建 一個 nD 的模型，將時間、成本、可持續性、舒適性、可維護性整合到一個整體決 策的模型中，以求幫助改進設計和建造中的問題［19］。美國在建筑信息化領域走在 世界的前列，在BIM技術的應用方面有著豐富的經驗，在2012年已經有超過71% 的建設工程使用了 BIM技術［20］。
BIM在我國應用的時間相對較短，最早于2003年開始引入BIM技術，對其 進行應用研究。張建平等將4D理論與CAD相結合，建立了 4D施工管理模型， 提出將施工現場的信息集成管理，優化施工管理［16］,并建立基于IFC和4D模型理 論的項目管理系統，實現了部分工程信息的動態管理和可視化模擬［21］。曾旭東等 對BIM技術在建筑綠色化設計中的應用進行了探究［22］。張洋等研究開發了利用4D 技術的施工集成系統，實現了建筑施工的優化管理［23］。孫悅等提出了基于BIM的 全生命周期的建設項目信息管理框架體系，并討論了具體實施的保障措施［24］。牛 博生等構建了基于4D和BIM的進度管理系統,討論了 BIM在當前應用的障礙［25］。 清華大學余芳強等提出全生命期的BIM框架，并開發了基于C/S架構的BIM數據 集成系統 BIMDISP (BIM Data Integration and Server Platform)［26］。林佳瑞等提出 產業化的綠色全生命期管理模式和體系架構，完成了基于BIM和云技術的數據集 成管理平臺［27］。
隨著BIM技術的應用越來越普遍，BIM技術的標準也不斷的推出、發展和完 善。1997 年，國際協同聯盟 IAI(International Alliance Interoperability)推出了 IFC (Industry Foundation Classes)標準的第一版，此后經過不斷地更新和完善，IFC 標準已經成為了國際上通用的建筑行業數據交換標準［28］。2007年，美國為推動BIM 的進一步規范化，推出了國家BIM技術標準第一版，該標準強調BIM可以作為數 據庫，在建設時能夠被不同的相關方調用、修改，并協調各方的工作。 2013 年， 美國總務管理局 GSA(General Services Administration)提出 3D-4D-BIM 計劃，在 這項計劃鼓勵所有美國總務管理局項目都最大限度的在項目建設中采用成熟的3D、 4D 和 BIM 技術［29］。
我國在首個BIM的標準是2007年中國建筑標準研究員推出的JG/T198-2007 標準，該標準主要參考了國際IFC標準。鄧雪原等以IFC標準為基礎，研究了建 筑結構分析模型的數據共享和模型轉換方法［30］。清華大學提出應該建立一個中國 建筑信息模型標準 CBIMS(Chinese Building Information Modeling Standard)，并對 該標準框架的相關內容做了介紹［31］。Sun J等研究了一種壓縮算法IFCCompressor， 可以通過減少冗余信息達到壓縮IFC文件的目的，壓縮率平均可達到40.32%，使 得 IFC 文件在能更好的在不同的平臺中傳遞［32］。
1.2.2隧道信息集成技術的研究現狀
在建筑工程領域， BIM 技術的應用已經日趨廣泛成熟。在地下工程方面，與 地質條件聯系緊密，由于其固有的不確定性，不能直接把建筑領域的BIM成果直 接用在地下工程中［33］。目前BIM技術在地下工程中應用的還不是很廣泛，但也有 很多專家學者做了很多研究。
彭銘等研究了盾構隧道監測指標與風險事故的關系，建立了基于監測的動態 風險庫［34］。胡榮明等利用網絡技術和 GIS 等開發了地鐵安全監測預警系統，可以 通過網絡及時了解施工中的隱患［35］。蒲浩等基于R-Tress實現了隧道數據高效管理 并研發了隧道監控三維信息平臺，初步實現了隧道施工中的三維動態管理［36］。張 建平等將BIM和4D-CAD技術應用到高速公路工程實例中的建設中，建立4D施 工管理系統，實現了多層次的施工管理和可視化模擬［37］。徐劍等對Revit系統進行 二次開發，實現隧道BIM模型的建立組裝［38］。任曉春等提出將BIM和GIS相結 合，解決BIM在空間維度上的不足［39］。裴作軍等將BIM技術應用到鐵路建設中， 論證了 BIM在鐵路全生命期信息共享、全方位預測控制的可行性［40］。西南交通大 學的王志杰等提出了隧道BIM設計方案，并將CATIA軟件的BIM模塊應用到隧 道設計中［41］。王瀟瀟等研究了礦山法隧道的BIM建模方法，并利用BIM虛擬技術 模擬施工過程，自動核算工程量［42］。李君君等將BIM技術應用到鐵路隧道的三維 設計中，達到了優化設計方案、控制設計質量的目的，設計由粗放型走向精細化 設計［43］。智鵬等設計了基于BIM的鐵路信息管理平臺，將鐵路建設中的各種信息 耦合訪問，實現了各模塊的數據融合共享，完成了基于BIM的鐵路隧道管理平臺， 實現了隧道的質量、進度管控、風險識別評估等功能［44］。
BIM是實現建設工程信息化和工業化的重要工具，實踐證明BIM技術不僅可 以應用于建筑工程，也可以指導隧道工程的施工管理［33］。但是目前還缺乏專門的 隧道建模軟件，隧道BIM標準也不夠完善。全生命周期的設計施工管理，是以后 的趨勢，傳統上數據格式各異，交互困難。改進傳統的數據收集方式，建立統一 的數據管理框架需要進一步的研究。
1.2.3Web 技術在隧道監測中的應用現狀
錢七虎院士 2017 年指出，隧道工程建設的難點在于地下信息的掌握不完善， 各工程信息共享不足，提高隧道工程建設的信息化，將勘察、設計、施工監測納 入一個整體系統考慮是十分必要的［45］。理論上 BIM 可以應用到隧道的全生命期， 不同時期的信息傳遞十分關鍵。傳統的 BIM 平臺是基于客戶機/服務器模式 C/S (Client/Server)，需要安裝專門的桌面應用，硬件配置要求較高，信息傳遞較為不 便；基于瀏覽器/服務器模式B/S (Browser/Server)的BIM服務器更加靈活，也可 以支持移動終端的信息應用場景更加廣泛［46］。
余雪禎等對公路隧道的地質災害防治措施及預測模型做了研究，利用ASP訪 問 Web 技術，建立了公路隧道災害防治數據管理系統［47］。王珩瑋等，研究了基于 HTML5標準的WebGL技術，開發了面向Web的BIM服務器，可以對模型進行選 擇、三維瀏覽、以及信息管理［46］。劉訓芳等研究了通過three.js的BIM模型Web 瀏覽方法；開發了基于云技術的隧道監測平臺，建立了基于 IFC 的隧道監測信息 數據庫；將隧道風險評估方法納入到信息管理平臺，形成了國內較早的比較完整 的關于隧道施工過程中信息的管理系統［48］。周哲峰等研究了 BIM模型輕量化技術, 開發了基于WebGL的圖形引擎［49］。梁彤等利用WebGL三維渲染技術實現了隧道 病害的三維可視化系統，并開發隧道養護平臺，實現了隧道模型漫游、行車模擬 等功能［50］。朱海林等將 BIM 模型的 IFC 文件利用商業軟件經過多次格式轉換后， 利用開源框架Three.js在瀏覽器端加載瀏覽經過轉換后的BIM文件，實現了 BIM 模型的Web端可視化［51］。
傳統的BIM服務器是基于C/S架構，即客戶端是桌面應用程序，優勢是可以 充分發揮本地電腦的處理能力，應用在服務器的運行數據負載小，但缺點難以實 現實時的數據同步，而且維護成本很高。而 B/S 架構的最大優勢是不需要安裝專 門的軟件，只需要瀏覽器就可以在任何地方操作，而缺點是服務器處理負擔較大， 但隨著互聯網的飛速發展，特別是云計算、5G技術的興起，數據的傳輸速度和傳 輸容量大大提高、服務器的處理能力大大增強，基于 B/S 架構開發的應用也有了 更廣闊的應用空間。
1.3主要研究內容及技術路線
1.3.1主要研究內容
本文建立了一個BIM三維隧道監測信息管理系統，實現了隧道模型三維Web 瀏覽、監測信息自動更新、歷史數據查詢、數據報表輸出、超限自動預警等功能， 依托重慶軌道交通十號線南坪站至南濱路站區間隧道的工程監測項目，對所建立 的隧道監測信息管理系統進行了初步應用。
本文具體研究內容如下：
①研究了 LOD細節層次隧道建模方法，根據隧道結構特征，提出隧道BIM 模型分解方案，并利用Revit建立兩個細節層次隧道三維模型。
②基于XBIM實現了 BIM模型的Web瀏覽，首先將BIM模型文件由IFC格 式轉換為 wexbim 格式，再調用 XbimWebUI 實現 wexbim 模型文件在 Web 端的三 維顯示。
③設計并開發了隧道監測信息管理系統，采用前后端分離技術分別開發了系 統的服務器和客戶端，基于Visual Studio開發環境和ASP.NET Core框架開發了系 統的服務器，基于開源框架 Vue.js 和 MVVM 架構開發了系統的客戶端，基于 WinForm 技術開發了數據自動上傳工具，實現了隧道施工期監測數據網絡實時共 享、BIM三維模型Web瀏覽、監測信息自動上傳和超限預警等功能。
④依托重慶軌道交通十號線南坪站至南濱路站區間隧道工程監測項目，初步 應用本文所開發的隧道監測信息管理系統，系統各項功能運行良好，驗證了本系 統的工程適用性。
1.3.2技術路線
本文主要對隧道的三維BIM建模、BIM模型的Web瀏覽方法以及基于Web 技術的信息管理系統進行了一定的研究工作，設計并開發了隧道監測信息管理系 統，最后結合工程實例對本文所開發系統進行了應用。具體研究技術路線如圖1.2 所示：
▼
結論與展望
圖 1.2 技術路線圖
Fig.1.2 Technology roadmap
2隧道模型構建及 Web 展示
2.1引言
BIM技術在建筑領域已經獲得了廣泛的應用，并在建筑優化設計、減少成本、 縮短工期等方面發揮了巨大優勢［52］。但目前尚沒有專門的隧道BIM建模軟件，隧 道工程的BIM應用尚不成熟，因此需要我們做進一步的探索。
通過研究BIM模型的Web顯示技術，將建立的隧道三維模型發布到網頁瀏覽 器上，可以更直觀的展示隧道信息。基于這個思路，本章介紹了 BIM技術的理論 基礎，比較了不同BIM技術相關軟件的優缺點，并選擇了合適的軟件平臺；提出 了隧道BIM模型分解方案，并建立了兩個細節層次的隧道模型；利用開源工具包 XBIM實現BIM模型的Web端三維顯示。
2.2BIM 技術的理論基礎
2.2.1BIM 的基本概念
BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，BIM技術是建筑物理 和功能信息的數字表達，是一個可以供各工程參與方共享的信息源，可以為項目 從概念設計到施工建設再到改造翻新乃至拆除的全生命期提供可靠的憑據，在項 目不同時間、為不同參與方共享工程數據，實現參與各方的信息共享、協同工作［53］。 BIM 最基本的概念是集成的信息分析管理工具和面向對象的參數化建模［54］。 BIM 以數字模型為基礎，將工程中的各種數據集成并協同管理，使各方的信息交流更 加的順暢。
20世紀70年代，從早期的計算機輔助設計（CAD）二維設計轉向三維模型出，
BIM的理念也慢慢萌芽。1986年，Robert Aish［55］首先提出“Building Modeling”這一 概念，并認為這個建筑集成CAD的關鍵。2002 年, Jerry Laiserin［56］首先開始使用 “Building Information Modeling”一詞，BIM 一詞也從此之后廣為人知。很多行業都 開始研究綜合的分析工具和面向對象的參數化建模，但在相當長的一段時間內建 筑行業僅限于傳統的二維設計卩3］。國際上將建筑信息模型（BIM）定義為可以共 享的對任何建筑對象的物理和功能特征數字表示，它可以為決策提供可靠信息。
BIM的概念可分為狹義的和廣義的解釋，如圖2.1所示［54］。狹義的BIM指以 三維數字技術為基礎，僅與工程直接相關的工程數據存儲模型，以及該模型的構 建過程。現在的大多數BIM商業軟件，都包含數據管理等一般功能。廣義的BIM 可包括建筑生命周期（Life Cycle，LC），即從工程項目立項、規劃設計、施工建 造、運營維護直到翻新拆除的全部相關的功能、信息、技術和組織法律問題的全 部相關信息的數據集成模型。
在我國，清華大學張建平教授團隊對BIM技術的研究進行的較早，其對BIM 技術內涵的闡述也被廣泛認可， BIM 是基于三維數字技術的工程信息模型，是工 程實體和相應功能特征的數字化表達。完整的BIM模型應包括建筑全生命期的各 種工程數據和信息，可以讓參與各方在需要的時候，提取、使用、更新、保存信 息，促進各方協同工作，為工程管理和決策提供依據［26, 57］。
圖2.1建筑生命周期(LC)與BIM的功能、信息、技術和組織問題之間的關系
Fig.2.1 Relations between building life cycle (LC) stage as well as functional, informational, technical and organizational issues of BIM
222 BIM的數據格式和傳輸標準
全生命周期的BIM模型要求能跨越建筑的整個生命期，跨越時間大，參與方 眾多，為了使BIM信息的傳遞和共享成為可能，首先要有統一的數據格式和傳輸 標準，各方共用一個數據標準，就能實現與其他系統的數據交流，也可以降低系 統升級維護的成本［58］。標準化的信息表達和數據傳遞是實現BIM工程信息協同管 理的基礎。目前比較成熟的BIM技術標準主要有三個，IFC標準、IDM標準和IFD 標準。
①IFC 標準
IFC 標準(Industry Foundation Classes )是 1997 年國際協同工作同盟 IAI (International Alliance for Interoperability， 即現在的 buildingSMART International， bSI)制定的一個可以適用于建筑全生命期數據交換和管理的數據標準。最早的IFC 標準參照工業成熟的 STEP 標準，采用 EXPRESS 語言描述，是面向對象的、具有 層次結構的數據標準［59］。IFC標準是免費的、開放的，可供所有開發人員使用。經 過不斷地調整和版本更替， IFC 標準在 BIM 行業獲得了廣泛的應用，標準本身也 已經十分成熟，成為了國際建筑行業通用的BIM標準，bSI發布的最新標準號為 ISO 16739-1:2018［60］。
IFC標準的數據模型可以劃分為四個層次，最下層為資源層、最上層為領域層， 中間兩層分別為核心層和共享層［61］。這四個層次的每層只能引用下層和同層的信 息，這樣的規則確保了信息傳遞的穩定性。資源層是 IFC 標準的最下層，可以被 上面所有層引用，是整個模型的基礎，主要包含模型最基本的信息，包括模型的 屬性信息、工程材料信息、工程相關的各參與人員信息等。核心層定義了建筑信 息模型中的抽象概念，這一層的作用是將資源層中各單獨的信息集成為一個整體。 共享層只能被領域層調用，它定義了不同領域的共同信息，用來確保不同領域之 間的信息交互。領域層是IFC模型的最上層，定義了不同領域的特點。
②IDM 標準
IDM標準是bSI在2006年首次發布的信息交付手冊(Information Delivery Manual，IDM)［62］。將BIM引入到工程項目后，在項目中協調各方理解BIM功能 和目標是非常重要的。于是就產生了面向流程的信息交換需求，必須以某種數據 形式傳輸這些需求。IDM標準是為了用統一的方法記錄這些需求，以便建立共識， 并有協調各方信息需求。
IDM 的目標是規定了在建筑全生命期用戶信息交互所有過程，并確定支持該 流程的 IFC 功能，描繪流程結束后可能的結果，指定流程中更新信息的對象［63］。 IDM的技術架構既包括用戶和也包括軟件開發商，具體包括參考流程(Reference Processes)> 流程圖(Process Map)、交換需求(Exchange Requirements)> 功能部 件(Functional Parts))商業規則(Business Rules))有效性測試(Verification or Validation Tests)［64］。IDM標準涉及BIM用戶、軟件開發商和IFC標準制定人員， 是為了幫助人與人之間更好的進行信息交換的標準。
③IFD 標準
IFD 標準即國際字典框架(International Framework for Dictionaries)，這個標準 確定了建筑行業的專業術語，將各種環境下的不同表達統一到一個框架下。IFD將 不同的語種概念與IFC關聯起來，確保不同語言表達的內容映射到同一個IFC概 念，使得信息傳遞的更精確有效［65］。在 IFD 標準中概念和名稱是分開的，并且給 每一個概念定義了全世界都不會重復的身份標識碼GUID( Globally Unique Identifier)，不同國家、不同語言的描述內容和這個標識碼對應，確保每個人都能 在信息交換中獲得自己想要的信息。IFD標準定義了 BIM信息交互時所要交換的 信息是什么，是用戶層信息交流和機器層信息互用的紐帶。
2.2.3主流BIM建模軟件及特點
BIM 是利用數字模型在項目設計、施工、運營維護、翻新拆除的全生命期過 程，既是過程又是模型，但歸根到底核心是信息［66］。在使用BIM技術過程中，模 型是十分重要的，經典的BIM模型中包含了工程的全部信息。由于BIM技術是面 向工程的全生命周期，面對的數據量和信息類別是海量的，這使得想要有一個能 完成所有任務的軟件幾乎是不可能的，這也導致了市場上BIM軟件種類繁多。何 關培老師［67］將這些BIM軟件分為兩個大類，一類是用來建立建筑信息模型的軟件， 如結構建模軟件、景觀建模軟件、路線設計軟件等；另一類是使用建筑信息模型 中的信息的軟件，如節能分析軟件、碰撞分析軟件、可視化軟件等除第一類外的 軟件。這些軟件中最為基礎的是核心建模軟件，目前建筑工程領域的BIM技術應 用較多，相應的建模軟件發展較為完善，但是還沒有專門針對隧道工程開發的建 筑信息模型建模軟件。應用比較廣泛的建筑信息模型建模軟件有四個：Autodesk 旗下的 Revit 系列軟件、 Bentley 公司的系列軟件、 Nemetschek 公司的 ArchiCAD 軟件、Dassault 的 CATIA。
①Autodesk Revit
Autodesk公司，推出的AutoCAD被廣泛應用于工程設計得到各個行業，具有 巨大的市場占有率。這使得Autodesk公司的BIM軟件在推廣過程有著得天獨厚的 優勢，特別是在建筑工程領域，應用十分成熟，可以十分容易的獲取Revit相關的 學習資料-Autodesk公司為BIM建模開發的Revit軟件早期包括建筑、結構和MEP 三個領域的三個獨立軟件，在2014年之后這三個獨立的軟件都被整合為Revit 一 個軟件。2015 年,在Revit軟件中加入了包括能量和光照分析等功能的可持續設計 及分析軟件Ecotect Analysis。此后Autodesk公司還在不斷的向Revit軟件中增加 新的功能，可見Autodesk公司希望Revit作為一個能應用于全生命期的BIM軟件 平臺。
Revit軟件自帶了建筑、結構、MEP的族庫，同時也支持修改和創建新的族庫。 Revit軟件的一大特點就是采用參數化建模，建筑實體構件在軟件中表現為圖元對 象，圖元對象的信息全都通過對應的參數來反映。許多項目需要不同專業的人員 共同完成，每個專業人員只完成自己的特定部分，Revit支持工作共享，可讓來自 多個專業領域的參與者同時處理一個項目模型。Revit嚴格遵守IFC數據標準，其 創建的BIM模型可以導出為多種文件，與其他軟件可以很好地相互配合。但Revit 也存在一些缺點:首先是硬件要求較高,Revit希望不同模型構件的信息足夠全面， 這使得模型中的每一個模型構件中都有非常多的不必要數據；其次是Revit內置的 族主要是建筑結構機電領域的，對特殊行業的內置族較少，比如復雜的鋼結構、 隧道的異形盾構等。
②Bentley 系列
Bentley 公司開發的 BIM 軟件是基于 MicroStation 平臺所開發的一系列產品。 MicroStation是在國際上是與AutoCAD相當的計算機輔助設計軟件，是Bentley公 司所開發軟件解決方案的基礎平臺。與Autodesk公司試圖將建立一個全生命周期 的BIM平臺不同，Bentley公司的策略是專門的軟件做專業的工作。Bentley公司 的系列軟件包括建筑設計的AECOsim Building Designer、公路設計的OpenRoads、 鐵路設計的OpenRail、橋梁設計的OpenBridge、工廠設計的OpenPlant等等oBentely 公司的BIM軟件都是基于MicroStation平臺二次開發而來的，做到了圖形平臺、 數據格式、軟件架構的統一，不同軟件的數據可以相互使用，具有良好的互操作 性。
但是 Bentley 系列軟件相比 Revit 軟件，由于不同專業軟件高度分化，而完成 一個項目又往往需要多個專業相互配合，導致學習成本較大，初學者難以在短時 間掌握。
③ArchiCAD
Nemetschek公司開發的ArchiCAD，是眾多BIM軟件中較早出現的軟件之一， 影響力巨大。該軟件的優點是工作平臺較小，對電腦硬件要求較低，與很多軟件 都有良好的接口。但缺點也很突出，處理數據較多的項目時，需要將切分成較小 的組件才可以進行BIM管理。
④CATIA
Dassault公司開發的CATIA在機械制造領域，尤其是在航天、汽車等領域一 枝獨秀。可以輕松勝任復雜形態構件的建模，其超大模型的建模能力、模型信息 管理能力也有一定的可取之處。其缺點是，針對機械制造行業開發，工程建設行 業的項目與之對接時尚有不足之處。
綜合考慮，Revit軟件的功能最為全面，發展較為成熟，且已經有前人做了大 量的相關研究，可以很方便找到相關的研究資料。Revit自帶了多種專業的族庫， 也支持自制族庫，可以方便我們自行補充族庫。此外Revit操作邏輯和AutoCAD 類似，方便學習，容易上手。故最終選擇 Revit 作為本文隧道 BIM 模型的軟件平 臺。
2.3LOD細節層次隧道建模
2.3.1細節層次技術
建筑信息模型涉及專業眾多且時間跨度大，特別是面向全生命周期的BIM模 型集成的數據量非常大,這導致采用傳統方式建立的BIM模型體積一般都比較大, 對計算機硬件配置要求也較高［68］。本文所建立BIM模型為隧道結構模型，由于隧 道結構在空間上呈線狀分布，且隧道結構中細部構件較多，隧道BIM模型同樣面 臨模型較大難以流暢瀏覽的問題。同時本文所建立隧道信息管理系統是基于 Web 平臺的， Web 瀏覽器的圖形渲染能力一般都較低，為了能使建立的隧道模型能流 暢的在本文開發的系統中瀏覽，更加需要對所建立的BIM模型進行優化。因此為 改善傳統 BIM 模型體積太大，加載渲染緩慢的缺點，本文采用一種基于 LOD 細 節層次建模方法，通過建立不同精細程度的隧道模型逐級顯示，每一部分的模型 體積都較小，達到流暢顯示的目的。
LOD （Level of Detail，細節層次技術）在 GIS （Geographic Information System， 地理信息系統）、3D場景快速描繪、虛擬現實等領域中廣泛應用。LOD是用來在 繪制復雜的三維場景時，用不同的細節層次的多個模型描述某一物體。當不同需 求時調用不同細節的模型，從而控制場景的復雜程度提升繪制速度。當顯示的區 域較大時，模型顯示較為粗略的信息，當顯示較小區域時，顯示較為詳細的細節。 如圖 2.2所示，用不同詳細程度的模型來描述不同區域，當視距較遠時使用粗略模 型，視距近時使用精細模型［69］。當顯示屏幕中的顯示細節過多時，細節之間會相 互遮蓋，使得畫面不清楚，使用者無法獲得有效信息；反之細節過少，使用者就 無法獲得充足的信息。所以在屏幕容量一定的情況下，有限顯示模型的重要特征， 隨著視距的變化，再逐漸顯示詳細的模型細節，在每次的顯示只描繪當前視角下 的重要模型特征和細節要素。
Fig.2.2 Level of detail model diagram
LOD建模的方法主要有3種。第一種是離散的LOD模型：預先建立多個不同 細節層次的模型，根據顯示需求調用最佳的顯示模型；第二種是連續 LOD 模型： 建立高精度的模型，利用算法將高精度模型處理成適合當前顯示需求的細節層次 模型；第三種是多分辨率模型：當同時存在不同復雜程度的地形（如山地和平原） 時，用高分辨率模型描繪復雜地形，低分辨率模型描述簡單地形，即同時存在不 同細節層次的模型。
2.3.2隧道模型分解
基于上述LOD細節層次技術的思想，為了科學高效的利用隧道模型信息資源, 并保證本文所建立隧道BIM模型能流暢的在Web端顯示。本文采用基于離散LOD 思想的建模方法，建立細節層次隧道模型。本文采用離散型LOD建模方法，即預 先建立不同細節層次的隧道模型，當使用時按需求調用需求精度的模型。考慮到 本文所建立隧道模型長度不長（997 米），同時為了簡化建模操作流程，本文僅建 立 LOD1、 LOD2 兩種細節層次模型。
按照隧道結構設計內容，同濟大學李曉軍等［70］認為可以將隧道結構分為如下 幾個分項工程，隧道洞口、輔助施工構造、防水排水系統、隧道內路基路面、通 風構造設施、附屬構造物等。本文按照不同細節層次的模型展示的精度不同，定 義LOD1和LOD2兩種細節層次模型所包含的模型細節和內容。其中LOD2是在 LOD1 的基礎上進一步細化，添加必要的細節構件信息而來的。參考李曉軍老師對 隧道結構分項工程劃分標準，確定兩個不同細節層次模型包含的內容。 LOD1 主要 描繪隧道的空間位置、隧道線型以及隧道斷面形狀等信息，具體包含模型如表2.1 所示。LOD2描繪隧道結構的襯砌結構、支護結構及其他細部信息，包括錨桿、防 水等細部構件，具體包含模型如表2.2所示。
表 2.1 LOD1 包含模型
Table 2.1 Models included in LOD1
分項工程 子項分類 構件模型
建筑界限及臨空斷面 隧道凈空斷面 隧道線型及主體斷面
表 2.2 LOD2 包含模型
Table 2.2 Models included in LOD2
分項工程 子項分類 構件模型
隧道洞口 洞門 洞口襯砌、鋼筋籠
輔助施工措施 超前支護 超前小導管
初噴混凝土、錨桿、拱架、
初期支護 鋼筋網、臨時支撐
隧道襯砌 二襯結構 二襯混凝土、二襯鋼筋、仰
拱結構
防水系統 防水材料、防水板
防排水系統 排水系統 排水管
通風構造及施工通道 豎井 豎井襯砌、鎖口圈、鋼筋等
分項工程 子項分類 構件模型
施工通道 初噴混凝土、鋼筋網、錨桿 等
混凝土、鋼筋網、錨桿、防
緊急停車帶 水板、路基路面、仰拱回填
等
隧道內路基路面 路面路基 路面、路面鋼筋、仰拱
設備洞室 預留洞室
附屬構造物 排水泵房 初噴混凝土、錨桿、鋼筋網、
二襯混凝土
2.3.3建立隧道族庫
Autodesk Revit軟件建立的BIM模型都是基于圖元的，Revit中的圖元也叫做 族。共有三種圖元，表示實際幾何形狀的模型圖元、定義所建模型參考系的基準 圖元、描述和歸檔的視圖專有圖元，由Revit建立的所有BIM模型都是由這三種 基本圖元構成的。 Revit 中的族確定了圖元所有的幾何定義和其他參數， Autodesk 公司定義了三種類型的族：系統族、可載入族和內建族，這三種族是建立BIM模 型的基礎。系統族是Revit軟件自帶的族，不可以由用戶新建，但是可以復制和修 改族類型創建自己的族；可載入族也被稱作標準構件族，可以從外部文件創建并 導入項目中使用，可以從軟件提供的樣本庫中創建和修改，也可以從其他渠道獲 得可載入族；內建族只在項目需要獨特用途圖元時是才會創建。圖元有兩種控制 外觀和行為的屬性，類型屬性和實例屬性，這兩個屬性分別確定了圖元的共性和 特性。類型屬性是某一類構件共有的相同的屬性，實例屬性是某個圖元特有的屬 性，類型屬性的修改會改變該類型下的所有實例，而實例屬性的修改只會改變這 一實例屬性對應的單個實例。Revit可以協調和修改圖元與圖元之間的關系，即參 數化建模，當定義這些關系的參數改變時，圖元也會相應的改變。Revit軟件中提 供了族編輯器可以用來創建族，可以通過拉伸、融合、放樣等方式建立族。新建 族既可以由樣板修改得到，也可以使用者根據需要重新定義新的族。
傳統的建筑工程點狀分布的，模型空間分布相對集中，而隧道工程是線狀的， 在空間上是條帶狀分布的。隧道模型建立時需要考慮隧道在不同位置構件的特殊 性和互通性，對族文件進行統一的建立和管理。盡量減少隧道建模過程中使用的 族文件數量，從而簡化模型的建立流程、減小所建立隧道模型的體積。現有的 BIM 建模軟件自帶的族庫主要是面對建筑工程的，沒有包含隧道工程的細部結構族庫， 不能滿足隧道工程建模的需要。因此建立隧道BIM模型，首先需要建立滿足隧道
建模需要的專業構件的族庫。基于上一節對隧道模型的劃分，可以建立上述各細 部構件模型，作為隧道工程的族庫。
根據隧道結構在空間上的分布特點，在建立隧道族庫時可以按隧道的細部結 構空間分布特征分為點狀模型和線狀模型［71］。第一類為點狀模型，這類模型是指 延隧道中心線延伸方向分布不連續但幾何形狀較為固定的模型，如錨桿、臨時支 撐、鋼拱架、超前小導管等，對于此類模型可以采用Revit軟件族樣板庫中的公制 常規樣板建立。第二類模型為線狀模型，這類模型是指沿著隧道中心線的延長而 延伸的模型。線狀模型又可分為兩小類：①幾何形狀延隧道中心線無明顯變化的 模型，如仰拱結構、防水材料、排水管等，對于此類模型可以采用Revit軟件族樣 板庫中的公制輪廓建立；②幾何形狀沿著隧道中心線的延伸發生變化的模型，如 初噴混凝土、二襯混凝土構成的斷面形狀等，對于此類模型可以采用族樣板庫中 的自適應公制常規族樣板建立。
對于使用Revit軟件建立隧道構件族模型的方法，張愷韜［72］、曹建濤［73］等已經 做了較為細致的研究，并對隧道構件族建立的操作步驟做了詳細的描述。Revit中 族的建立，主要運用拉伸、融合、放樣等方法依次建立各隧道構件族模型，然后 設置尺寸、材料等參數屬性信息。本文利用Revit軟件自建了各種不同的隧道構件 族模型，現將建立的部分隧道構件族模型展示如圖 2.3 至圖 2.5。
圖 2.3 隧道標準橫斷面族
Fig.2.3 Tunnel standard cross section family
圖 2.5 鋼拱架、超前小導管
Fig.2.5 Steel arch and advanced small catheter
2.3.4建立隧道BIM模型
按照前文對隧道模型的劃分，需要分別建立LODI、LOD2兩種細節層次的隧 道模型。其中LOD1細節層次的隧道模型僅包含隧道中心線和隧道主體斷面,L0D2 細節層次的模型在 LOD1 細節層次模型的基礎上增加砂漿錨桿、防水層、超前小 導管、鋼拱架等細部構件模型。整個建模過程是利用Revit軟件和Civil3D軟件， 將上一節建立的隧道構件族模型按照實際設計中的相對位置整合到同一個隧道模 型中的過程。下面分別建立兩個細節層次的隧道三維模型。
① 建立 LOD1 細節層次的隧道
建立 LOD1 隧道的基本思路是，首先生成隧道中心線，然后隧道標準橫斷面 族沿著隧道中心線延伸，即可獲得 LOD1 細節層次的隧道模型。
根據隧道設計的平面圖和縱剖面圖，利用Autodesk Civil3D軟件拾取隧道平縱 線型信息，并生成隧道的三維中心線，將隧道中心線的樁號、三維點坐標等參數 信息導出為 CSV 格式文件。然后利用 Revit 自帶的開源可視化編程平臺 Dynamo 在 Revit 中生成隧道中心線，運用 Dynamo 的自帶節點 Excel.ReadFromFile 讀取 Civil3D 導出的隧道中心線坐標信息， 提取各個樁號的空間坐標， 再通過 Point.ByCoordinates 生成各個點，然后利用 NurbsCurve.Bypoint 即可在各點之間生 成隧道三維中心線。
將前文建立的隧道標準斷面族沿著隧道中心線垂直放置，并把相應的斷面參 數改為實際設計中的參數尺寸，沿著隧道中心線將隧道標準斷面族構件模型融合 成一個完整的隧道模型，即可建立LOD1細節層次的隧道模型，如圖2.6所示。
Fig.2.6 Three-dimensional tunnel model（LOD1）
② 建立 LOD2 細節層次的隧道
為了能使建立的隧道模型能流暢的在Web端瀏覽，應使建立的隧道體積較小。 但是 LOD2 細節層次的隧道模型，包含非常多的細部構件，這就使得建立的隧道 模型體積非常大，難以在Web端流暢瀏覽。為了解決這個問題，本文采用分段建 模的方法，將 LOD2 細節層次的隧道模型按照一定的距離拆分為多段多個模型分 別建立，從而每個小段 LOD2 細節層次的隧道模型體積較小，使得所建立的隧道 模型流暢的在Web端瀏覽成為可能。
LOD2 細節層次的隧道模型可以在 LOD1 細節層次模型的基礎上添加隧道結 構細部構件后生成。主要分為兩個方面：首先是將路面結構、防水材料等線狀模 型按照上面生成隧道主體模型的方法添加到隧道主體結構模型上；其次是將鋼拱 架、砂漿錨桿等點狀模型添加到隧道主體模型上。將點狀模型添加到隧道主體模 型上的方法是，將鋼拱架、錨桿等隧道細部構件族模型沿著隧道中心線編號，然 后按照坐標分別依次拼裝到隧道主體模型上。以錨桿拼裝為例關鍵步驟為，先使 用 Dynamo 自帶節點 SelectFace 選擇錨桿放置的隧道面， 然后使用節點 DividedSurface.ByFaceAndUVDivisions 將選擇的面劃分為小網格，最后利用節點 FamilyInstance.ByPoint 將錨桿放置到相應的位置上。依次將所有構件拼裝到隧道 主體模型上，即可完成LOD2細節層次隧道模型的構建，如圖2.7所示。
圖2.7隧道三維模型（LOD2）
Fig.2.7 Three-dimensional tunnel model（LOD2）
2.4BIM 三維模型在 Web 上的顯示
2.4.1Web 技術的優勢
BIM 的應用目標是能應用于工程項目的全生命周期，從規劃設計、施工建造 到運營維護，涉及時間跨度大、人員數量龐大、學科專業眾多，使用和生產的信 息比包含在隧道結構模型中的信息多得多，需要有一個統一的信息共享平臺來完 成各方信息的標準化集成管理和共享。 BIM 中的信息通常只對具有足夠專業背景 的人開放，通常還需要價格昂貴的專業軟件來編輯和添加數據，這種低效的信息 管理在工程實踐中造成了巨大的浪費［74］。傳統的 BIM 軟件平臺，例如 Autodesk
Revit、 CATIA 、 Bentely 系列軟件、 Navisworks 等都是基于客戶機/服務器 C/S (Client/Server)架構的軟件。需要安裝各種專業的BIM軟件，且對計算機硬件性 能要求較高，各軟件均有自己獨特的數據格式，數據共享十分不便，不能滿足工 程項目對 BIM 信息的靈活應用。
隨著Internet和萬維網的不斷發展，瀏覽器/服務器B/S (Browser/Server)架構 是在 C/S 架構的基礎上改良而來，在軟件開發中應用的越來越廣泛。最典型的 B/S 架構(靜態網站基本架構)如圖2.8所示，由客戶端即Web瀏覽器(Browser)、 Web服務器以及數據庫構成,可以稱為一種客戶端變為瀏覽器的三層的C/S結構。 在B/S架構下客戶端變為了 Web瀏覽器，僅在瀏覽器端完成顯示數據的用戶界面 和進行非常簡單的邏輯操作，主要的數據邏輯處理在服務器完成。選擇這種架構 開發的軟件系統中客戶端只需要安裝一個Web瀏覽器，這使得用戶的電腦負載大 大降低。在當前環境下幾乎所有的操作系統都預裝有Web瀏覽器，這意味著不用 開發和維護客戶端，客戶端的成本接近于零。目前軟件系統的升級迭代速度越來 越快，一個大型公司如果采用 C/S 架構的軟件系統，往往需要在軟件系統的升級 上花費大量的時間的費用，而采用 B/S 架構的軟件系統只需要對系統服務器進行 管理和維護即可，在這種架構中所有的客戶端都是瀏覽器，而瀏覽器是不需要進 行開發和升級的，可以大大的降低系統的前期開發及后期的升級費用［75］。現在網 絡幾乎覆蓋了我們生活中的所有區域，通過互聯網不同專業的用戶不需要安裝任 何專門的軟件，就可以很容易的在任何地方訪問和管理數據庫，實現多方的協同 管理。綜上所述， B/S 結構的主要優點是，可以隨時隨地的分享信息處理業務；可 以通過添加網頁增加功能，業務擴展方便；只需對服務器維護，維護簡單方便， 而且維護成本較小；開發方式較為簡單，用戶可以獲取數據方便。由于以上的種 種優點，目前國內外大型管理軟件系統大部分都是采用的 B/S 架構，基于 B/S 架 構的管理信息系統已經占據了大型管理軟件系統領域的主要市場。
圖 2.8 靜態網站的基本架構
Fig.2.8 A basic web server architecture for a static site
BIM 信息平臺涉及專業眾多、人員各異、信息量龐大，想要用 C/S 架構來建 立一個統一的信息管理平臺顯然是不可能的實現，所以采用Web技術利用B/S架 構建立BIM信息管理平臺是必然的趨勢。隧道工程在空間上呈線狀分布，縱向跨 度大；屬于地下工程，需要面對不確定的工程地質環境，對工程信息共享的時效 性提出了更高的要求。基于Web技術的BIM信息平臺可以很好的解決這一問題， 只要有互聯網，幾乎可以無延時的在任何地方共享工程信息。當前5G、云平臺、 大數據等新興網絡技術在我們的生活中應用的越來越多，這使得信息傳遞方式會 越來越方便，基于Web的信息管理系統的處理能力也會越來越強大。采用Web技 術的信息平臺，在不遠的將來有可能實現僅在一個信息平臺上共享工程項目全生 命期信息的目標。BIM模型是建筑信息模型的重要一部分，要實現Web端的BIM 信息管理平臺，首先要實現BIM模型的Web顯示。本文基于XBIM工具包研究了 BIM模型的Web瀏覽方法，將BIM模型數據由IFC文件轉換為wexbim文件，并 在XBIM框架下實現了 BIM模型的Web顯示。
2.4.2基于XBIM的隧道三維Web顯示
目前對于BIM模型的Web顯示方法的研究，主要方法是將IFC轉換為中間格 式（obj格式［76］、vtk格式［48］等），再將中間格式再轉換為Web瀏覽器可以讀取的 格式。其中一種操作方式是，先將BIM模型導出fbx文件，再通過3D Max將fbx 文件轉換成obj文件，最后利用three.js框架實現obj文件在Web瀏覽器的三維瀏 覽。這種方式需要利用多個軟件對BIM模型進行格式轉換，操作較為復雜。本文 采用開源工具包XBIM將IFC文件轉換為wexbim格式文件，并利用XBIM自帶 的JavaScript庫XbimWebUI實現了 BIM模型在Web端的三維顯示。
①XBIM 工具包
XBIM （extensible Building Information Modelling，可擴展建筑信息模型）是 Steve Lockley教授在2007年開始開發的BIM開源軟件開發工具包，其數據操作的 的核心庫是采用C#語言編寫的,幾何引擎采用C++編寫Pl隨著不斷地開發完善， 當前版本已經完全支持從 IFC2x3 到 IFC4 的數據模型，并且具有良好的兼容性， 可以允許開發人員用IFC4的接口對IFC2x3模型進行操作。XBIM擁有自己的幾 何引擎，可以處理復雜 IFC 幾何圖形，用于三維分析和可視化。可以融合和分離 IFC模型中的實體，能對XML和IFCZIP等任何IFC文件進行單點管理［78］。同時 XBIM擁有自己的JavaScript庫XbimWebUI，它是基于WebGL的但獨立于任何第 三方WebGL庫，不需要任何插件就能利用實現BIM模型在Web上的可視化。XBIM 是一個基于.NET的BIM工具包，允許開發人員通過C#接口對IFC文件進行讀取、 創建和查看，并且提供了大量的API方便對其二次開發。
XBIM 工具包由很多小的工具庫組成，其中有兩個核心庫 Xbim Essentials 和 Xbim Geometry o Xbim Essentials是XBIM的基礎組件，可以讀取、修改IFC文件， 也可以生成3D模型；Xbim Geometry包含幾何引擎和場景處理，它提供了幾何和 拓撲操作，使用戶能夠實現3D可視化模型。對于BIM模型數據的所有操作都需 要Xbim Essentials,而與幾何相關的任何操作都需要用到Xbim Geometryo經過長 時間不斷地開發和完善，這兩個包都非常的成熟穩定。而且作為開源的軟件工具 包, XBIM的所有組件都可以在其官網上免費下載，可以很方便的將他們用于BIM 的二次開發。
②IFC 與 wexbim 數據轉換及 Web 顯示
利用微軟公司推出的集成開發環境(IDE) Microsoft Visual Studio,選擇C#為 開發語言，基于.NET Framework使用XBIM開源工具包進行BIM模型的Web瀏 覽研究。 wexbim 文件是一種高度優化和壓縮的 BIM 文件，可以有效提升在線傳輸 和渲染性能。基于XBIM的BIM模型的Web瀏覽，最簡單的一種方法是將創建的 BIM模型由IFC格式轉換為wexbim格式，再調用XBIM工具包中的Web顯示組 件，實現BIM模型的Web瀏覽，其流程如圖2.9所示。
圖 2.9 IFC 模型 Web 瀏覽基本流程
Fig.2.9 The IFC model Web browsing basic process
XBIM是一個工具包，有很多方法可以實現IFC文件轉換為wexbim文件，本 文選擇較為簡單的一種方法。在Visual Studio中創建項目，部署XBIM的兩個核 心庫 Xbim Essentials 和 Xbim Geometryo Xbim Essentials 中的 Xbim.Ifc 組件即可實 現IFC文件向wexbim文件的轉換，靜態函數IfcStore.Open ()可智能識別輸入的 建筑信息模型的標準文件格式(.ifc, .ifczip, *.xml)和IFC數據版本(IFC2x3, IFC4)。 IFC 文件轉換為 wexbim 文件的部分操作代碼如下：
using System.IO;
using Xbim.Ifc;
using Xbim.ModelGeometry.Scene;
namespace BimServer.Converter
{
public class Converter
{
public static void ToWexbim(string inputFileName,string outputFileName)
{
using (var model = IfcStore.Open(inputFileName))
{
var context = new Xbim3DModelContext(model);
context.CreateContext();
var wexBimFilename = outputFileName;
using (var wexBiMfile = File.Create(wexBimFilename))
{
using (var wexBimBinaryWriter = new
BinaryWriter(wexBiMfile))
{
model.SaveAsWexBim(wexBimBinaryWriter); wexBimBinaryWriter.Close();
}
wexBiMfile.Close();
}
}
}
}
}
XbimWebUI是一個基于 WebGL框架的JavaScript庫，是XBIM工具包的Web 可視化部分，可以在瀏覽器上對BIM模型進行3D渲染。XbimWebUI的WeXplorer 組件可以使用預處理的wexbim文件，實現IFC數據模型的可視化。較老版本的瀏 覽器(如IE10)由于不支持WebGL，不能運行此程序；但較為常用的瀏覽器如 Chrome、IE11等都支持WebGL，可以運行的很好。首先在項目中導入WeXplorer 中的 viewer 模塊，使用 viewer 加載服務器中的 wexbim 文件，而后顯示到 canvas 中。主要代碼如下所示：
//從 Xbim WeXplorer 模塊導入 Viewer
import { Viewer } from "@xbim/viewer";
import StatusBar from './components/StatusBar'
export default {
components: {
StatusBar,
},
mounted() {
〃實例化一個Viewer,傳入一個Canvas的DOM ID
var viewer = new Viewer("mainmodelview");
//使用 Viewer 加載服務器模型
viewer.load('${process.env.VUE_APP_BASE_API}/model');
〃加載完畢后顯示到Canvas中
viewer.start();
}
};
在WindowslO系統自帶瀏覽器Microsoft Edge (版本號83.0.478.54)中隧道
BIM模型加載如圖2.10所示：
圖2.10 BIM三維模型在Web瀏覽器中顯示
Fig.2.10 BIM 3D model displayed in a web browser
2.5本章小結
本章簡要介紹了 BIM相關標準和常用軟件，研究了細節層次技術并提出了隧 道LOD細節層次建模方法，最后基于XBIM的實現了 BIM模型Web瀏覽。主要 研究成果如下：
①首先對國內外相關文獻進行了大量的研究，對 BIM 的基本概念、 BIM 相 關標準及BIM建模的常用軟件進行了簡要介紹。綜合對比后認為Autodesk Revit 功能最為全面、發展較為成熟且簡單易學，因此選擇Autodesk Revit作為本文的隧 道 BIM 建模軟件。
②研究了 LOD 細節層次隧道建模技術，根據隧道工程結構設計內容，提出 了隧道BIM模型分解方案，將模型分解為兩個細節層次（LODI、LOD2）,為隧 道模型建立提供了依據；利用Revit建立隧道構件族庫，并分別構建了兩個細節層 次的隧道BIM模型。
③論述了 BIM模型Web顯示的實際意義，并研究了基于XBIM的BIM模型 的Web顯示方法。基于開源軟件工具包XBIM,調用Xbim.Ifc將IFC文件轉換為 wexbim文件，并利用XbimWebUI實現了模型的Web三維瀏覽。
3隧道監測信息管理系統的設計與開發
3.1引言
隧道工程在勘察設計及施工期監測中會產生大量的工程數據，將這些數據信 息及時的收集、管理并實時共享給各參與方是本信息管理系統的首要目標。本章 利用Web技術建立隧道信息管理系統，集成管理隧道施工期監測的工程數據信息, 并將第二章中隧道模型Web瀏覽納入到本管理系統。實現了監測數據自動上傳、 BIM模型Web瀏覽，Web平臺監測數據實時共享及超限自動預警等功能。
本章在第二章隧道 Web 瀏覽的基礎上開發隧道信息管理系統。分析了隧道監 測信息管理系統的功能需求，設計了系統的網絡架構和邏輯架構。系統采用前后 端分離技術，分別開發服務器、客戶端及數據上傳工具。 Web 客戶端采用 Vue.js 構建，響應式布局支持PC、平板、手機端；服務器采用ASP.NET core構建，數據 庫驅動采用數據庫驅動采用 ADO.NET 和 Entity Framework Core 框架，可支持 MSSQL， SQLite， MySQL 等各種類型數據庫。數據上傳工具采用 WinForm 技術 構建，可以自動監測文件系統變化并上傳數據文件。
3.2系統設計
3.2.1系統需求分析
基于當前隧道工程監測信息共享的實際需求，本文所開發隧道監測信息管理 系統總體目標是實現實時更新工程監測信息，向各參與方實時分享集成信息并具 有一定風險預警的功能。本系統的主要需求如下：
①用戶和權限管理
建立隧道監測信息管理系統的目標是高效便捷的分享隧道施工期監測階段中 產生的工程信息，但工程中的部分信息可能涉及到行業機密，需要合理的區分系 統用戶權限。對于一部分工程一線的專業人員提供管理員權限，可以發布工程數 據，添加普通用戶；對于其他工程相關人員則只提供普通用戶權限，只能查閱相 關信息，不能更改和發布信息。所有的使用者都需要在系統中注冊用戶賬號，由 管理員分配用戶權限，要充分考慮系統的安全性。
②信息集成管理
隧道工程屬于地下工程，由于復雜的地質條件難以完全探明，造成隧道工程 事故頻發，監測信息及時共享尤為重要。在隧道工程的勘察、設計、監測中產生 了大量的信息，需要有一個平臺集成這些工程信息。這些信息主要有： 1）工程項 目基礎信息，如工程概況、地形地貌、地質概況等； 2）隧道設計信息，這部分主 要包含在了隧道BIM模型中；3）隧道監測信息，包括周邊環境監測、拱頂沉降、 地表沉降等； 4）用戶界面友好，操作簡單便捷，具有一定的數據處理能力，可以 進行實時監測信息更新，提供歷史監測信息查詢，可以根據輸入的工程信息提供 相應的數據報表。為了能使項目參與各方實時方便的共享上述信息，本文基于Web 技術建立隧道監測信息管理系統，無論身處何處只需要一個瀏覽器就能實時的共 享信息系統中的隧道工程信息。
③風險預警
隧道工程監測信息共享的一大目標是減少隧道工程事故發生率，而大部分事 故發生的主要原因就是出現風險預兆后沒有及時反饋。本信息管理系統目標是： 在事故還處于萌芽階段時，通過監測數據及時發現工程隱患，及時反饋給相關各 方，防患于未然。當監測數據出現異常時，及時向各方發出預警信息。
④數據自動上傳
目前大部分的監測儀器都可以自動監測工程信息并實時記錄監測數據，但還 需要將記錄的監測數據上傳到本信息管理系統。為了能實時的共享數據，用人工 上傳數據顯然是不現實的，開發一個數據自動上傳工具，監測文件夾的變化并在 數據發生變化后實時上傳是較為簡單可行的方案。
根據上表文所述隧道監測信息管理系統的各項需求，本文所建立信息系統各 項基本功能如圖 3.1 所示。
圖 3.1 系統基本功能需求
Fig.3.1 Basic function requirements of the system
3.2.2系統架構設計
①網絡架構設計
軟件系統的網絡架構根據客戶端不同可分為三種：用于傳統個人電腦的 C/S 架構(Client/Server)、用于Web瀏覽器的B/S架構(Browser/Server)和用于手機 平板等移動設備的M/S架構(Mobile/Server)。傳統上的系統開發都是基于C/S架 構的，其優點在于響應快、較為安全、能充分發揮客戶端電腦的性能；缺點則是 需要為每個客戶端電腦安裝專門的客戶端軟件，維護安裝成本較高，不同的操作 系統不兼容需要開發相應的軟件，各個用戶之間的信息交互也不方便。B/S架構是 將瀏覽器作為系統的客戶端，幾乎所有的電腦、手機及平板都裝有瀏覽器，用戶 可以在瀏覽器上完成數據上傳、管理及交流共享，各個用戶之間的信息交流非常 方便。也不需要安裝專門的客戶端，自然也不需要進行客戶端維護升級，軟件維 護成本相對較低，同時由于B/S架構的軟件系統大部分的操作都在服務器中完成， 對客戶端的硬件性能求較低。與之相對的， B/S 架構的由于數據處理大部分都在服 務器中對服務器要求較高，在客戶端不能進行復雜的操作，圖形顯示能力也較弱。 B/S 架構建立在互聯網上，面向不確定的人群，安全控制能力較弱。但是隨著技術 的不斷發展，傳統的 B/S 架構處理能力弱的缺點可以逐漸被克服，現在大部分的 信息管理系統都是采用B/S架構開發的。M/S架構是專門針對移動端的軟件架構， 移動端設備攜帶方便，手機現在幾乎普及到了每個人，適合用于信息的交流分享。 但是移動端由于硬件所限具有一些顯著的缺點：雖然現在手機朝著大屏幕的方向 發展，但相對于電腦還是屏幕較小，數據查看不夠方便；手機端缺少高效的輸入 工具，數據輸入十分不便，而且手機的存儲較小，面對大量的工程數據力不從心； 還有手機系統的處理數據能力還較弱，手機電池容量有限無法長時間待機等等問 題。由于上述種種缺點，基于移動端的架構不適合作為隧道信息管理的主要平臺， 只適合作為其他平臺的補充形式。
隨著硬件水平的不斷發展，服務器的處理能力會不斷的提升，B/S架構現存的 缺點會不斷的減少，本信息管理系統的首要目標是信息共享，讓各個工程參與方 都能高效實時的分享工程項目監測信息，而 B/S 架構無疑是信息傳遞最為便捷的 架構。無論是電腦還是手機平板都裝有瀏覽器，采用 B/S 架構只需要開發一套軟 件系統就可以解決不同系統不同終端的信息管理平臺，系統開發成本較低，開發 效率較高。綜合考慮之后，采用 B/S 架構作為本信息管理系統的網絡架構，采用 前后端分離技術分別開發服務器和客戶端，客戶端采用響應式布局，可以支持PC、 平板、手機等終端。系統網絡架構如圖 3.2所示。
②邏輯架構設計
本文所建立隧道監測信息管理系統采用 B/S 架構，在客戶端只進行簡單的操 作及功能運用，大部分的數據操作及模型管理都放在服務器中完成。邏輯架構是 將整個系統劃分為不同的邏輯塊，分別實現各自的功能。清華大學張建平教授團 隊對BIM信息管理系統的研究開展的較早，在這方面做了大量的工作[27],本隧道 信息管理系統邏輯架構的設計參考了其團隊的部分研究成果。本隧道監測信息管 理系統邏輯架構包含 6 層，從下向上依次為數據源、接口層、數據層、平臺層、 應用層和界面層，其中最底層是數據源負責向系統提供數據，最頂層是界面層是 系統用戶直接面對的用戶界面，中間各層負責將數據處理及功能分類等邏輯，系 統邏輯架構如圖3.3所示。本系統邏輯架構的接口層、數據層、平臺層在服務器中 實現，應用層和界面層在客戶端中實現，數據源、服務器和客戶端之間利用Internet 網絡連接。具體如下：
1） 數據源。數據來源主要是工程建設相關的原始信息，如項目基礎信息資料、 設計文件、監測數據等。隧道的設計數據，在本系統中為BIM模型數據，即IFC 文件；隧道的工程監測數據主要為Excel表格數據形式；其他信息則表現為一些非 結構化數據，如項目概況等為Word和PDF數據。
2） 接口層。接口層的主要目的是將數據源中的原始數據轉化為本系統能使用 的數據。IFC文件轉換接口采用XBIM提供的工具組件進行轉換，其他非結構化的 數據可直接輸入或經初步處理后輸入系統。
3） 數據層。數據層的作用是保存和管理系統直接使用的數據，在系統請求時 提供相應的數據。主要包括：a.和系統管理相關的用戶數據，包括用戶賬號數據、 用戶權限管理數據；b.隧道設計數據，即完成數據轉換后的wexbim文件；c.工程 監測中產生的數據，包括保存的歷史數據和實時更新的數據。
4） 平臺層。平臺層是為了將數據層和應用層鏈接起來，確保系統的各項功能 正常運行，包括用戶權限認證、隧道BIM信息模型、監測信息模型、風險管理以
及超限預警。
5） 應用層。應用層是本隧道信息管理系統功能的具體體現，在Web瀏覽器端 實現。主要包括隧道BIM模型三維瀏覽、監測數據管理、安全監測、歷史數據查 詢、數據報表輸出、風險預警等。
6） 界面層。界面層是人機交互的直接通道，包括用戶界面并提供模型三維瀏 覽，是本信息管理系統在瀏覽器端的使用界面。用戶可以通過界面層上傳數據、 編輯數據、查閱數據。
圖 3.3 系統邏輯架構
Fig.3.3 System logic architecture
3.3開發環境和工具
①.NET框架和C#語言
.NET框架是微軟公司為了便于標準化開發軟件應用程序而推出的一個操作平 臺［羽。.NET框架里面有數量非常多的前人編寫好了的代碼庫，使用.NET框架進 行軟件應用程序的開發，本質上就是調用這些.NET代碼庫編寫代碼。當使用基 于.NET框架開發的程序在執行應用程序時，首先把程序員編寫的代碼編譯為通用 中間語言(Common Itermediate Language, CIL),再由 Just-In-Time (JIT)編譯器 將中間語言CIL編譯為可以由程序面向機器或系統可以識別的專用代碼。.NET框 架是一種在Windows平臺上編程的架構，.NET框架的設計方式使得它可以使用各 種語言，可以在這個平臺上開發各種類型的應用程序。
C#語言是由微軟公司為了便于在.NET框架上編寫應用程序而專門推出的一 種面向對象的高級編程語言(Object-Oriented Programming, OOP) ［80］。C#和其他 C系列語言如c、c++語言有許多的共通之處，學過相關語言就可以很容易上手［81］。 同時由于C#語言是在.NET框架的基礎上推出的，對.NET框架具有良好的兼容性, 可以利用.NET框架的幾乎所有功能。C#是面向對象的編程語言，相對于面向過程 的C語言，其語法簡單便于新手學習，開發應用程序的過程比其他C系列語言更 直接更容易。我們可以利用.NET框架編寫各種類型的應用程序，C#為了方便使 用.NET框架而推出的語言，所以使用C#語言也可以編寫各種類型的應用程序。 C#語言具有非常強大的功能，可以使用它開發Windows桌面應用程序、Windows 應用商店程序、Web網頁應用程序、WebAPI接口等各種類型的應用程序。
由于C#簡單易用的特性以及強大的功能，在本項目中，我們選擇C#為服務器 和數據上傳工具的開發語言。
②Visual Studio
Microsoft Visual Studio 是微軟推出的用于提供程序開發環境的應用程序［82］， 即集成開發環境(Integrated Development Environment, IDE),也即是一個用來開 發軟件的軟件。在Visual Studio中包括軟件開發周期中需要使用的大部分工具，可 用于編輯、調試并生成代碼，然后發布應用程序。Visual Studio除了其他大部分集 成開發環境包含的代碼編輯和調試功能外，還具有編譯器、代碼完成工具、圖形 設計器等功能，可以使得程序開發更加的簡單快捷。Visual Studio由于其強大的功 能，可以應用多種語言編寫各種應用程序，得到了大批軟件開發者的喜愛。
由于Visual Studio強大的軟件開發性能，以及和C#語言及.NET框架良好的兼 容性，本文選用Visual Studio作為本信息管理系統服務器的開發工具。Visual Studio 軟件的程序開發界面如圖3.4所示。
圖 3.4 Microsoft Visual Studio 軟件界面
Fig.3.4 Microsoft Visual Studio Software interface
③Vue.js 框架
傳統的軟件系統的層次劃分是基于MVC (Model View Controller)架構的［83］, 在這種軟件架構中開發的應用程序劃分為三個基本單元：模型、視圖和控制器， 這三個部分共同工作完成系統的顯示功能。其中模型層(Model)主要被用于保存 和應用程序的功能處理相關的數據以及對數據的應用手段；視圖層(View)能夠 完成對輸入數據的顯示，也是用戶能直接看到并操作的界面；控制器(Controller) 用于組織不同層，負責處理事件并做出響應°MVC架構的操作邏輯：View發出請 求，Controller處理請求后向Model發出命令，Model隨之做出相應并向View發 出數據。如圖 3.5 所示，在 MVC 架構中軟件的每個操作都是單向的。
隨著前端技術的不斷發展，出現了新的MVVM (Model View View- Model) 架構［84］。在這種架構中沒有 MVC 架構中的控制器，取而代之的是視圖模型層 (View- Model),在這種架構中用戶在視圖層的操作傳遞給視圖模型層，這個命令 將傳遞給模型層并使其更新，而后視圖模型層會自動獲取模型層的變化并將其更 新到視圖層，如圖3.5所示。MVVM的核心思想是在View和ViewModel進行信 息的雙向傳遞，View只需要對ViewModel進行響應，促使視圖開發者與其他部分 的開發者分離，可以使其更專注于用戶的需求，這樣視圖和模型分離開發會更加 高效［85］。MVVM架構可以讓前端開發者可以只專注于用戶界面、模型渲染、數據 展示、UI交互體驗，而后端專注用于實現業務邏輯的服務器開發。
圖3.5 MVC架構(左)和MVVM架構(右)
Fig.3.5 MVC architecture (left) and MVVM architecture (right)
Vue.js是尤雨溪開發的一套用于構建Web應用中用戶界面的漸進式框架[86], 功能豐富、使用便捷，而且開源免費，是目前最為流行的前端框架之一。Vue.js 是一套基于MVVM架構開發的JavaScript庫，它專注于Web應用中View層的開 發，開發效率高。Vue.js有兩個顯著的特點，組件化和響應式雙向數據綁定。組件 化可以使Vue.js編寫的組件能夠與其他開發語言編寫的組件在同一個系統中工作， 相互之間不影響，可以使組件之間的功能界限明確，也可以使得相同功能的組件 得以重復使用oVue.js框架可以捕捉ViewModel的變化，并自動對View進行修改， 而Model發生變化時ViewModel也會自動更新，即雙向數據綁定技術。Vue-cli(Vue Command-Line Interface)即Vue腳手架，可以使程序編寫人員從不重要的框架代 碼中解放出來，專注于業務代碼的開發，它可以快速搭建Vue開發環境和webpack 配置，可以使得程序開發非常的便捷。
Vue.js具有簡單易學、運行高效、功能強大等優點。可以采用模塊化開發，提 供Vue-cli腳手架并支持webpack，讓開發者可以從繁雜的框架代碼中解放出來， 對使開發者專注于Web前端界面的開發。由于Vue.js的種種優點，本隧道監測信 息管理系統基于 Vue.js 框架進行客戶端的開發。
3.4系統開發
本文所開發的應用程序是一個基于Web技術的隧道信息管理系統，主要目的 是將隧道工程中的設計的隧道BIM模型、項目基礎信息及施工期監測的各項信息 通過 Web 網頁分享給各個工程參與方，實現工程項目信息的及時共享。本文所開 發隧道信息管理系統整體上分為三個部分，即服務器、客戶端和數據上傳工具。 服務器負責數據處理、客戶端負責用戶界面展示、數據上傳工具是為了工程數據 的實時自動更新，這三個部分在整個隧道信息管理系統之中缺一不可。為了開發 過程中更加的高效，本系統采用前后端分離技術實現。本節將搭建系統開發環境 并分別介紹服務器、客戶端和數據上傳工具在開發過程中使用到的關鍵技術。
3.4.1開發環境搭建
Web客戶端采用Vue.js框架構建，MVVM架構，響應式布局支持PC、平板、 手機等多種終端；服務器采用ASP.NET Core框架構建，MVC架構，數據庫驅動 采用 ADO.NET 和 Entity Framework Core 框架，可支持 MSSQL, SQLite, MySQL 等各種類型數據庫。本系統中選擇輕型數據庫SQLite。為了能使工程監測中獲得 的監測數據自動實時的更新至系統服務器，開發了一個數據自動上傳工具，采用 WinForm 技術構建，可以自動監測文件夾數據變化并自動將發生改變的工程數據 上傳至服務器。
開發過程中電腦所使用的操作系統為Windows 10專業版，系統測試所使用的 PC客戶端為基于Chromium內核的Microsoft Edge瀏覽器（版本號83.0.478.54）。 本系統 Web客戶端的開發工具為 WebStorm+webpack+Vue.cli,開發語言為 JavaScript；服務器和數據自動上傳工具的開發集成工具為Microsoft Visual Studio 2017，開發語言為C#。服務器與客戶端之間的數據傳輸格式為JSON字符串。系 統整體開發環境如表 3.1 所示。
表 3.1 系統開發環境
Table 3.1 System development environment
序號 類別 項目 技術選擇
開源框架 ASP.NET Core
開發語言 C#
服務器 數據庫 SQLite
1
數據庫驅動 ADO.NET、Entity Framework Core
數據傳輸格式 JSON
開發工具 Visual Studio 2017
開源框架 Vue.js
客戶端 開發語言 JavaScript
2 開發工具
WebStorm、webpack、Vue.cli
PC 終端 Microsoft Edge
開發技術 WinForm
3 上傳工具 開發語言 C#
開發工具 Visual Studio 2017
4 系統環境 操作系統 Windows 10 專業版
3.4.2服務器
本信息管理系統的服務器的主要作用是管理工程數據和處理業務邏輯，具體 包括BIM模型數據轉換、數據庫連接、數據處理等，還包括用戶登錄和權限管理， 以及監測預警等功能的實現。其中隧道BIM模型數據轉換的方法已經在前文中詳 細敘述，在此不再贅述。服務器開發基于ASP.NET core框架，MVC架構，服務器 中實現重要功能所使用的關鍵技術如下。
本系統采用輕型的嵌入式數據庫SQLite,是目前應用較為流行的數據庫之一， 其具有代碼開源可減少開發成本同時便于維護、輕量化運行時占用系統資源很少、 功能完備、以及可移植性強等特點。 SQLite 屬于嵌入式數據庫，當程序需要對數 據進行操作時，可以由程序直接調用相應的API,不需要單獨運行數據庫引擎。服 務器采用ADO.NET、Entity Framework Core和數據庫連接，最終實現了可持續化 的數據表，可以長期記錄保存輸入數據，支持對監測點狀態、項目記錄等歷史數 據的查詢。
采用MailKit通過SMTP協議發送預警電子郵件，實現超限自動預警。MailKit 是一個跨平臺的NET郵件庫，支持多種電子郵件標準。MailKit是開源項目，可以 自由的免費下載使用，后期更新維護也十分方便。
系統的登錄和權限管理采用開源框架 ASP.NET core 提供的認證服務，采用 JWT離線認證(JSON Web Token)。JWT離線認證近年來較為流行，大部分移動 APP認證都是采用的這種認證方式。其認證原理如圖3.6所示：①客戶端向服務器 發出請求，輸入正確有效用戶名和密碼； ②認證服務器會向客戶端返回一個訪問 令牌；③客戶端使用訪問令牌訪問權限資源。客戶端獲取訪問令牌后會一直攜帶 該令牌，服務器不保存會話控制信息，可以減少認證時使用的服務器資源，同時 也較為安全和高效。
圖 3.6 JWT 認證原理
3.4.3客戶端
客戶端是運行在瀏覽器上的程序，也是用戶直接面對的界面，客戶端開發采 用Vue.js框架，MVVM架構。將界面分為視圖層和視圖模型層，以視圖模型中的 數據驅動界面的改變，界面的響應（按鈕點擊等交互）傳到視圖模型層數據改變 后，再驅動界面發生改變。整個系統的客戶端（網頁部分）采用這一架構設計， MVVM模式的實現是由Vue.js框架提供的，我們只需要專注于View和ViewModel 層的開發。系統客戶端的主要功能有界面管理、BIM模型的Web三維瀏覽，數據 報表輸出等。其中BIM模型的Web瀏覽方法已經在本文第二章中詳細敘述，在此 不再贅述，其余重要功能用到的關鍵技術如下。
客戶端中數據報表的生成和渲染通過基于JavaScript的開源可視化庫ECharts 實現。 ECharts 兼容大部分瀏覽器，可以流暢的在電腦和移動設備中運行，同時它 內置了各種各樣的圖表類型可供我們選擇使用。
基于Vue.js和Vue-Element-Admin腳手架實現用戶界面的管理，其提供的基于 權限的路由和按鈕級的權限管理，可以在管理員用戶界面和普通用戶界面自由切 換。 Vue-Element-Admin 是一個后臺的集成前端管理解決方案，它基于 vue 和 element-ui 實現。它集成了動態路由、權限認證等多種功能，后臺管理系統框架的 大部分組件都已經寫好了，可以供我們在需要的時候調用。系統用戶分為管理員 用戶和普通用戶，普通用戶界面只能查看信息，不能編輯數據信息；對于管理員 用戶，提供了用戶管理、預警信息設置、數據輸入等界面。系統登錄界面如圖 3.7 所示，普通用戶界面如圖 3.8 所示，管理員用戶界面如圖 3.9 所示。
圖 3.7 系統登錄界面
圖 3.8 普通用戶界面
Fig. 3.8 General user interface
圖 3.9 管理員用戶界面
3.4.4數據上傳工具
對于隧道監測信息管理系統而言，服務器和客戶端已經能夠完成監測信息管 理的任務，但是數據來源還不能完美解決，由于本文開發的系統是基于Web平臺 的，瀏覽器客戶端不能主動調用電腦上的監測數據文件，必須采用人工手動上傳 數據。對于施工監測數據而言，現在的監測儀器可以做到自動記錄保存數據到相 應的存儲設備，部分監測設備的監測頻率非常高，采用人工手動上傳數據的方式， 既需要花費大量的人力，也難以做到實時數據上傳，不能及時的分享數據。因此 為了高效及時的更新工程數據信息，需要開發一個專門用于上傳數據的工具，它 可以實時監測記錄數據的文件，當文件發生改變后自動將改變后的文件上傳至本 文所開發的信息管理系統。
數據自動上傳工具的整體實現思路，是開發一個桌面端的應用程序，程序主 要功能分為監測文件和上傳數據兩個部分。監測程序可以自動監控工程信息所在 的文件夾，當文件數據變化后監測程序做出響應，然后上傳程序自動將發生變化 的數據文件上傳至服務器，從而實現監測數據的自動監控和上傳。由于本系統已 經開發Web平臺的客戶端，為便于統一管理，上傳工具采用和Web客戶端相同的 傳輸方式，即由網絡傳輸到服務器。數據上傳工具整體開發是基于WinForm技術 的，開發過程中用到的關鍵技術如下。
采用FileSystemWatcher組件監控文件系統的變化。FileSystemWatcher是.NET 框架里的一個組件，可以動態監控指定文件或者指定目錄下的文件的改變。當指 定的文件的名稱、大小、屬性、更改時間等發生變化，就會調用相關的函數向上 傳程序發出指令，提示用戶上傳數據，或者自動上傳數據。
數據自動上傳功能的實現實質上是利用桌面程序模擬網頁上傳數據，使用 HttpWebClient組件實現數據上傳功能。HttpWebClient也是.NET框架的一個組件， 這個組件可以在桌面端模擬網頁上傳功能，從而當程序檢測到文件發生變化并發 出上傳指令，程序會通過網絡向服務器傳輸發生改變的文件。
由于本系統設置了普通用戶和管理員兩種權限的用戶，且僅有管理員用戶才 擁有更改數據的權限，所以數據上傳工具也需要加入權限認證功能，只有登錄管 理員賬號驗證有效后才能上傳文件，權限驗證采用 JWT 離線認證。登錄成功后， 選擇上傳數據類型，再選擇數據文件所在文件目錄，程序會自動監測數據變化， 當發生變化后自動上傳至服務器數據庫。數據自動上傳工具的主界面如圖3.10所 示，登錄界面和選擇數據類型界面如圖 3.11 所示。
圖 3.11 數據自動上傳工具的登錄界面（左）和選擇數據類型界面（右）
Fig.3.11 Login interface (left) and data type selection interface (right) of data automatic upload tool
利用上述數據上傳工具可以實現數據文件的自動監測和自動上傳功能。在實 際工程監測項目中，監測儀器采集到的監測數據可以通過中繼裝置無線傳輸至相 應監測數據管理電腦的存儲器中，而本上傳工具可以自動實時檢測存儲器中的文 件變化，當文件檢測變化后，自動將文件上傳至本管理系統。也即是只需要在監 測儀器保存數據的電腦中安裝本文所開發的上傳工具，監測儀器采集到監測數據 后，就可以實現監測數據的實時采集和自動上傳至本監測信息系統。這種數據上 傳方式可以有效解決監測數據發布時間滯后的問題，并節省大量的人力物力。
監測數據文件上傳至本系統后，文件中的監測信息會被系統提取，監測數據 在服務器中被預處理，生成數據透視表，從而為數據的統一管理和后一步的加工 做好準備。系統中存儲的數據透視表可以用于生成數據報表、變形曲線等，用于 指導隧道工程施工，對監測方案的改變等提供依據。
3.5本章小結
本章從隧道監測信息管理系統的功能需求入手，設計了本信息管理系統的網 絡架構和邏輯架構，搭建了系統開發環境，開發了隧道監測信息管理系統，介紹 了系統各部分實現應用到的關鍵技術。主要研究成果如下：
①詳細研究了隧道監測信息管理系統的功能需求，然后根據系統需求設計了 本信息管理系統的網絡架構和邏輯架構，確定采用基于B/S架構的Web平臺作為 本系統的開發方式。
②在 Windows10 操作系統下搭建系統開發環境，采用前后端分離技術，基于 開源框架Vue.js和MVVM架構開發系統客戶端，基于ASP.NET Core構建系統服 務器，并利用 WinForm 技術開發了工程數據自動上傳工具。
③介紹了服務器、客戶端和數據上傳工具開發過程中運用的關鍵技術。服務 器采用嵌入式數據庫SQLite,系統的登錄和權限管理的實現基于ASP.NET core和 JWT 離線認證，采用 MailKit 通過 SMTP 協議發送預警電子郵件；客戶端開發基 于 Vue.js 和 Vue-Element-Admin 腳手架實現了管理員和普通用戶之間的界面切換， 采用 ECharts 實現自動生成并渲染動態圖表；數據自動上傳工具使用了 FileSystemWatcher監控文件變化，使用HttpWebClient實現數據上傳功能。
④最終開發了一個基于Web技術的隧道監測信息管理系統，實現了用戶登錄 和權限管理、隧道BIM模型Web瀏覽、工程基礎信息查詢、工程監測數據輸入、 施工進度查詢、數據報表輸出、歷史監測信息查詢、超限預警、工程監測信息自 動上傳等功能。
4工程應用
4.1引言
本章依托于重慶軌道交通十號線南坪站至南濱路站區間隧道工程項目，利用 實際隧道工程的設計數據和監測數據對本文所開發隧道工程信息管理系統進行了 初步應用。
首先，利用 Revit 軟件建立了 LOD 隧道 BIM 三維模型，然后將建立的隧道 BIM 三維模型 IFC 文件上傳至本文所開發的隧道監測信息管理系統，實現隧道模 型的 Web 三維瀏覽。并對本隧道信息管理系統的各項功能:用戶管理和權限分配、 數據實時自動更新、工程數據瀏覽、數據報表輸出、實時進度查詢、超限自動預 警等功能進行了初步的測試和應用，驗證了本系統在工程上的實用性。
4.2工程概況
重慶軌道交通十號線工程位于南岸區和渝中區，線路總長度約為9.86km，其 中地下部分長度為8.1km,地表高架橋長度1.76km。標段包括南坪站、南濱路站、 南坪-南濱路區間和萬壽路-南坪站區間。本文以南坪站-南濱路區間隧道為研究對 象，項目所在位置如圖 4.1 所示。
南坪站至南濱路站區間隧道項目所研究隧道起點里程YK5+353，終點里程 YK6+350,隧道總長度約997m。本區間隧道拱頂埋深25?54m,穿越巖層主要有 砂巖和砂質泥巖，圍巖級別為IV級。區間以單洞單線的形式分別與兩端的車站連 接。隧道按新奧法原理設計，采用復合式襯砌結構，鉆爆法施工。
項目所在區域原始地貌屬于構造丘陵地貌，后來經過開發建設，原始地貌已 經幾乎不可見，現在地表地貌主要是城市建筑與道路。該區地形較為平緩，地形 坡角大都不超過10°,地面高程245?293m之間，地面最大高程差約48m。場地 內出露地層主要為第四系全新統（Q4）和侏羅系中統沙溪廟組（J2s）沉積巖層。 區域地質地應力條件簡單，應力水平極低。項目區內沒有斷層，地質構造較為簡 單。巖體層面之間結合強度較弱，屬于軟弱結構面。區域地質主要發育有兩組構 造裂隙，其中一部分裂隙有鈣質充填，裂隙之間結合較差，屬于硬性結構面。里 程YK5+353?YK6+300段位于重慶向斜東翼，巖層產狀為280°?335°Z0?10, 里程YK6+300?YK6+350段位于向斜西翼，巖層產狀為110°?120°Z1?6°。該 段地表覆蓋層主要為人工填土，其物理組成成分和厚度均差異較大，在整個項目 區域均大量分布，在地勢較低的地方含有地下水，巖土體較為濕潤。基巖以砂質 泥巖為主，夾薄層砂巖或砂巖透鏡體，巖土層含水性差異大。在地勢較高的斜坡 上地表水徑流較好，地下水補給范圍小，地下水不發育；在原始地形較為低洼的 區域且上覆土層較厚時地表水會向下匯集，容易賦存地下水形成上層滯水、潛水。 本工程建設考慮地震效應，抗震設防烈度為 6 度，工程設計選用的基本地震加速 度值為 0.05g。
該區間隧道由于結構自身風險和復雜周邊的環境風險存在三處較大安全隱患， 需重點監測。三處風險源如下：風險一：YK5+600?YK5+640隧道開挖輪廓線距 離小區樁基礎道最近水平距為8m。風險二：里程YK5+760?YK5+895段下穿洋 河南濱花園小區，隧道開挖輪廓線距離小區樁基礎道水平距為3.5~12.2mo風險三： 里程 YK5+920?YK5+950 段下穿金鳴公司，隧道開挖輪廓線距離小區樁基礎道最 近水平距為 9m。
4.3隧道監測信息管理系統的應用
4.3.1 項目基礎信息管理
項目的基礎信息主要包括工程概況、地形地貌、地層巖性、地質構造、水文 地質條件、不良地質現象等數據。基礎信息的來源一般較為復雜，包括前人的研 究成果、前期勘察資料、現場施工后獲取的最新地質資料等，所以工程基礎資料 的數據格式種類也較多，主要數據形式有文字、數據表格、CAD圖紙、本隧道信 息管理系統將基礎信息統一保存在項目信息模塊中，由于項目基礎信息一般是不
圖 4.3 隧道工程基礎信息展示
Fig.4.3 Basic information display of Tunnel Engineering
4.3.2用戶管理模塊
隧道監測信息管理系統一方面主要功能是向工程相關各方提供分享相關工程 數據信息，包括規劃設計的隧道模型，項目基礎數據以及監測預警數據；另一方 面也需要重視信息的安全性，防止商業機密被竊取，對于項目而言，施工監測中 的關鍵技術、高精度的地形圖等都屬于機密文件。為防止泄密和保證相關方的權 益，需要對系統的使用用戶加以限制，同時需要使用用戶所在工程參與方的提供 與之對應的使用權限。
為了能充分的發揮本信息管理系統分享信息的優勢，但又同時兼顧信息安全 性，本系統將使用者按用戶權限分為兩類：管理員用戶和普通用戶。在系統的使 用過程中，系統向管理員用戶提供所有的權限操作，包括用戶管理、項目信息添 加、數據更新、隧道 BIM 模型上傳、預警限值設置、預警手機號及郵箱設置等權 限。可以由管理員用戶增加系統的使用者數量，包括添加管理員用戶和普通用戶 數量，所有的系統使用者都可以在管理員用戶界面看到，管理員可以自由的添加 和刪除用戶。對于普通用戶僅提供信息查閱、模型瀏覽、數據報表輸出功能。為 了保證信息安全，所有本信息管理系統的使用用戶都需要驗證登錄后才能使用系 統相關功能。本系統對管理員用戶提供的用戶管理界面及用戶添加界面如圖 4.4、 圖 4.5 所示。
•用戶諫-隧道工程管理系統 X | +
《 O 倉 ① I oca I host: 5000/#/users/i ndex
=* 系統/用戶管理
用戶名 用戶角色 操作
admin 管理員 修改| |刪除
user 普通用戶 修改| |刪除
圖 4.4 用戶管理界面
Fig.4.4 User management interface
圖 4.5 用戶添加界面
Fig.4.5 User add interface
4.3.3隧道BIM模型瀏覽
隧道BIM模型的Web瀏覽意義在于，將二維的CAD設計圖紙轉換為三維的 隧道模型并可以供相關人員隨時隨地瀏覽，可以為項目的正常開展提供便利。我 國目前工程建設人員的專業水平處在一個魚龍混雜的階段，部分工程人員專業素 質不高。隧道三維模型可以全面且直觀的看到隧道的細部結構，相關工程人員即 使沒有相關專業知識也能直觀的了解隧道的設計概況，對于工程建設有重要的指 導意義。
按照本文第二章所述隧道BIM模型分解方案和隧道模型建立方法，采用LOD 細節層次隧道建模方法，利用Autodesk Revit軟件分別建立LOD1和LOD2兩個細 節層次的三維隧道BIM模型。其中LOD1細節層次的隧道模型為本項目區間隧道 的全局模型，包含隧道主體線型及隧道的基本斷面形狀等信息，總長度為997米； LOD2 細節層次的隧道模型為細部模型，包含隧道結構的所有細部構件模型，如果 將LOD2隧道模型建立為一個整體，模型體積將會非常大。為使LOD2隧道模型 可以在Web客戶端中流暢瀏覽，將隧道模型沿軸線分段建立，每50米建立一個 LOD2模型，在客戶端中分段展示隧道三維模型。本系統Web客戶端中LOD1隧 道模型如圖4.6所示，YK5+500至YK5+550標段LOD2隧道模型如圖4.7所示。
圖 4.6 LOD1 隧道模型展示
Fig.4.6 LOD1 tunnel model display
圖 4.7 YK5+500 至 YK5+550 標段 LOD2 隧道模型展示
Fig.4.7 Model display of LOD2 tunnel from YK5+500 to YK5+550
如圖4.6、 4.7 所示，我們通過查看 LOD1 全局模型可以直觀的看到隧道的整 體結構、整體路線，結合系統中的施工進度圖，我們可以很容易的了解到當前工 程項目的進展情況；也可以通過查看 LOD2 細部模型，可以明確隧道的細部構件 的所在位置，在二維的 CAD 施工設計圖中可能存在不明確或不清楚的地方，而三 維的隧道細部結構模型中，可以通過放大、縮小、平移等操作，看清楚隧道結構 的每一個細節，即使專業性不強的從業人員也可以很清楚的了解到設計者的設計
內容，從而達到指導隧道工程施工的目的。
4.3.4監測數據管理
①隧道施工期監測目的
1）評價工程結構自身和周邊環境的安全。通過對監測數據的分析，我們可以 從變形量、變形速率等指標中分析出隧道結構本身和周邊環境是否處于一個安全 的狀態，從而在監測數據發生異常時及早發現及早處理。
Fig.4.8 Three stages of deformation of monitoring data
2） 預測工程風險。通過對以往工程實踐的分析，隧道監測數據的變形量和時 間大致呈現圖4.8中的三段式關系。a-b階段，一般發生在施工初期，隧道開挖 后監測變形量急劇增加，變形速率非常大；b-c階段，監測變形速率逐漸變小， 變形量隨著時間僅少量增加直至達到基本穩定； c-d 階段，監測變形量基本達到 穩定，變形速率趨近于 0，此階段隧道圍巖應力基本達到平衡；但是也有可能出現 c'-d'的變形趨勢，在這種情況下，隧道變形急劇增加，變形速率越來越快，如果 放任不管很快就會不受控制，釀成嚴重的工程事故，我們進行隧道監測的主要目 的就是為了防范這種情況的發生。
3） 判斷支護參數及施工工藝的合理性。地下工程自身與地質條件緊密聯系， 而地質條件我們往往無法完全準確的獲取，且每一個工程所處地區不同地質環境 也不同，所以每一個地下工程都有其獨特性和不確定性，需要我們在施工過程利 用新獲取的工程地質信息不斷的修正隧道的支護參數和施工工藝，從而更加科學 安全的完成工程建設項目。
4） 及時掌握現場情況。巡視同樣是監測工作的重要組成部分，通過巡視，發 現現場安全隱患，為風險評估做出決策，現場巡視也能為數據異常查明原因。
5） 提供科學的基準數據和報告。在工程建設中難免會對周邊建（構）筑物造 成影響甚至損壞，監測數據和監測報告可以科學的判斷損壞賠償的責任主體，防 止在工程建設過程中產生不必要的糾紛。
②監測項目 隧道施工監測的對象主要包括三大類：1）礦山法隧道結構本身，2）周圍巖 土體、地下水及地表沉降，3）隧道開挖可能影響到的周邊環境。其中前面兩項主 要監測隧道開挖區間的變形情況，第三項主要監測周邊環境中重要的構筑物的沉 降和傾斜。具體監測項目見表 4.1。
表 4.1 監測項目表
Table 4.1 Monitoring items table
監測對象 監測項目 規范監測項目術語 符號代碼
拱頂下沉 初期支護結構拱頂沉降 GDC
礦山法 凈空水平收斂 初期支護結構凈空收斂 JKJ
區間 地表沉降 地表沉降 DBC
洞內觀測 工程地質及現狀觀察 —
建（構）筑物沉降、 建（構）筑物豎向位移 JGC
周邊環境 變形監測 建（構）筑物裂縫 JGF
監測 — 爆破振動 BMP
— 現場巡查 —
③監測數據管理 上述監測項目中工程地質及現狀觀察和現場巡查兩項需要經由專業人員觀測 并填寫相應的觀察記錄表獲得監測數據。其余監測項目的監測數據均由各個監測 項目對應的監測儀器實時監測采集，儀器采集監測數據后會自動將采集到的數據 保存到數據存儲電腦上。
采集到的監測數據有兩種方式上傳到本信息管理系統，第一種是用戶手動上 傳，通過瀏覽器界面由管理員用戶上傳相應的監測數據；第二種是利用本文第三 章所開發的數據自動上傳工具在桌面端自動上傳數據，它可以實時檢測數據存儲 文件夾中文件的變化，當檢測到新的監測數據輸入后，上傳工具會自動將監測數 據更新到系統數據庫中。
儀器采集的數據一般數據形式簡單但采集頻率較高，為及時準確的分享數據， 故采用數據自動上傳工具上傳。而對于人工記錄的數據，由于人工記錄的數據表 每一個表的內容可能不同，且一般每天僅采集一次到兩次，即數據形式復雜但采 集頻率較低，采用手動上傳的方式；以下分別介紹兩種類型數據的管理方式，以
及其他和監測數據管理相關的系統功能。
1）儀器采集的數據上傳
按照監測數據與時間的對應關系可以分為兩種：第一種是一個時間點對應多 個監測值的監測數據，如爆破震動包括X、Y、Z三個方向的振速和主頻，故某個 監測點的一個監測時間點對應了多個監測數據；第二種是監測值與時間一一對應 的監測數據，如拱頂沉降、凈空收斂、地表沉降等，數據的記錄方式是隔一段時 間記錄一個數據值，一個監測點在某一個時間點僅有一個監測值。兩種類型的監 測數據的數據形式如圖 4.9（爆破震動和地表沉降的原始數據）所示。
圖 4.9 爆破振動（左）和地表沉降（右）原始數據
Fig.4.9 Original data of blasting vibration (left) and surface subsidence (right)
對于儀器采集的監測數據，本系統有兩種上傳數據的方式，即上傳工具自動 上傳數據和人工手動上傳數據。通常采用上傳工具自動上傳監測數據即可，但系 統也保留了手動上傳的窗口，可以采用手動上傳。在數據傳入系統后，系統還可 以對數據進行初步的處理，輸出數據報表以及變形曲線。以下以爆破震動和地表 沉降數據為例，說明本信息管理系統中儀器數據的管理方式。
a.爆破振動數據。
爆破振動項目監測儀器為爆破振動儀，監測精度0.01cm/s,爆破振動的監測在 每次爆破中進行，即監測頻率等于爆破次數。數據記錄表中數據包括監測時間、 監測點名以及XYZ三個方向的振速和主頻。監測儀器采集到監測數據后，會自動 將數據保存到監測儀器所使用的電腦中。可以采用自動上傳數據，和人工手動上 傳監測數據，兩種上傳數據的方式。數據自動上傳的設置步驟如圖4.10所示：運 行上傳工具—登錄管理員賬號—選擇追蹤新文件—選擇數據類型為爆破振動—選 擇數據所在文件夾，選擇完成后即可實現對該文件夾的自動追蹤監測，當文件夾 中的文件發生改變后，上傳工具會自動將發生改變的監測數據上傳至系統的服務
器。也即只需監測儀器能自動將數據存儲到存儲器中并設置合適的文件保存時間 間隔，本系統通過監測存儲器中對應的文件變化，就可以實現數據的實時采集和 自動上傳，從而實現數據的實時共享，實現監測數據的實時動態更新。
一般而言，對于使用監測儀器采集的數據采用上傳工具自動上傳的方式就可 以完成數據采集任務，但為了防止本監測信息管理系統在使用過程中由于不確定 的因素可能出現的故障，本系統還是對所有的數據都提供了人工手動上傳數據的 入口，其中爆破振動的手動上傳數據界面如圖 4.11 所示。同時本系統還可以對輸 入的爆破數據做簡單的處理，從而輸出爆破振動的數據報表，如圖 4.12 所示。本 系統通過數據上傳工具可以實現實時的監測數據更新，而且本系統的客戶端為瀏 覽器，本系統使用人員可以在任何地方通過 Web 客戶端實時的看到系統中的數據 報表，對于有豐富經驗的專家而言可以及時的對工程施工以及工程監測提出對應 的意見，從而對工程提供指導，方便各方人員實時的掌握工程中的最新進展。
圖 4.11 爆破振動數據手動上傳界面
Fig.4.11 Manual upload interface of blasting vibration data
E= 諭［
時間
2019-05-28
09:42:00 娠上倚晦
監測點
BPZ-04：
17.2 1 Y向期
131.226 Z向振速
8.96 2 admin ,
z向主頻
34.79
X向振速
2.23 X向揺
15.259 Y向振速
4.11
2019-05-27
14:48:00 BPZ-02：
20.9 2.55 146.484 2.25 146.484 12.33 146.484
2019-05-27
11:35:00 BPZ-02：
18.9 4.36 21.973 3.03 127.563 10.46 430.615
2019-05-26
18:16:00 BPZ-02：
16.9 2.85 34.18 3.32 24.414 8.9 44.556
2019-05-26 BPZ-04: 3.02 32.959 2.78 190.43 11.59 33.259
17:58:00 18.1
圖 4.12 爆破振動數據報表
Fig.4.12 Blasting vibration data report
通過圖4.12的爆破振動數據報表，我們可以很清楚的從圖中得知，2019年 5 月 27 日至 28 日共進行了三次鉆爆法施工，其中 28 日上午 9 點 42 分進行了一次 爆破,監測點BPZ-04距離爆破位置17.2m, X方向振速為2.23mm/s、主頻15.256Hz, Y方向振速為4.11mm/s、主頻131.226Hz, Z方向振速為&96mm/s、主頻34.79Hz。 通過數據上傳工具可以做到監測的數據實時更新,方便相關人員及時查閱,從而 為指導工程建設提供基礎。
b.地表沉降數據
地表沉降監測數據的數據表形式較為簡單，每個監測點一個監測記錄表中僅 有監測時間、監測值兩項數據，且每個監測值均與監測時間一一對應，如圖 4.9 所 示。地表沉降的監測數據采集至本系統也可以采用數據上傳工具自動上傳數據和 人工手動上傳數據兩種方式，上傳方法和步驟以及效果均和爆破振動數據上傳類 似，在此不再贅述。
對于沉降數據的管理，由于沉降數據的原始數據中難以獲取有效信息，還需 要與監測初始值對照（獲取累計沉降值），以及每天的監測數據變化量（沉降速率）， 才能更有效的利用監測數據。因此，本系統可以對輸入的沉降監測數據進行簡單 的處理。輸入的數據僅僅是簡單的時間點與測量值的對應，本系統可以根據輸入 得監測測量值自動計算監測項目的變形速率和累計變形值。選擇監測點和查詢時 間后即可作為報表輸出，地表沉降監測點 DBC-3- 1 1 、 DBC-3-12、 DBC-3-13 從 7 月 1 日到 8 月 31 日的數據報表如圖 4.13 所示。
如圖 4.13 所示，可以通過選擇監測點和日期后，就可以查詢對應監測點對應 時間內的監測數據報表。由圖中監測數據報表可以看出， 2019年 7月1 日沉降監 測點DBC-3-11的測量值為288.0623m,沉降變化速率為0.3mm每天，累計沉降了 1.8mm,其他的監測點也可以讀出相應的信息。通過這些信息，結合系統中的監測 點布置圖，就可以清楚的知道監測點所在位置的沉降值，如果出現沉降值較大或 者沉降速率較高的情況,就可以及時的做出反應,改變施工方法或者采取一些挽 救措施。如果發現某幾個監測點的監測效果不理想,也可以及時的修改監測方案, 在以后的監測點布置中進行相應的調整。
系統也可以通過對上述地表沉降數據報表做進一步的處理,自動生成累計沉 降值變化曲線和瞬時沉降速率曲線,如圖4.14所示。
圖 4.14 地表沉降累計變形曲線
Fig.4.14 Cumulative deformation curve of surface settlement
通過圖4. 14中的地表沉降累計變化值曲線,可以看出從2019年7月1 日到 2019年8月26日三個沉降監測點的沉降監測值變化情況。當鼠標放置到圖表中時, 會自動顯示橫坐標（時間）對應的沉降累計值,如圖中所示在20 1 9年8月9日沉 降監測點DB-3-11、DB-3-12、DB-3-13的沉降監測累計變化值分別為3.4mm、2.6mm、 3mm。沉降值也和其他儀器監測值一樣，相應的存儲器中數據文件發生改變，本 系統就可以自動將沉降數據上傳至系統服務器,從而實時的共享沉降信息。系統 用戶可以很方便的在圖中讀取到需要的沉降數據,同時監測信息的時效性大大的 提高。當出現潛在的危險時,有助于相關人員更加及時的做出響應。
2）人工記錄的數據 對于人工采集的數據,一般是相應的紙質記錄表,對于這種數據文件顯然不 可能做到自動實時的上傳,可以在數據記錄完畢后,將數據通過文件的形式上傳 至系統或者掃描之后以圖片的形式上傳至本系統。但是對于人工記錄的數據而言, 一方面記錄頻率相對于監測儀器而言很低，每天一次到三次，采用人工上傳至系 統的方法完全是可行的。
我們也可以在本系統中預先設定需要人工巡查記錄的表格，由于本系統是基 于 B/S 架構的，現場記錄人員可以通過手機、 pad 或筆記本電腦的瀏覽器登錄本系 統，從而直接將需要現場巡查的內容記錄在系統預設的表格中，從而實現人工記 錄數據的實時更新。在需要紙質版的記錄表時可以再從系統中導出，方便高效， 也不用擔心數據表的遺失等問題。本系統中現場巡查記錄表（部分）如圖 4.15 所 示。
分類 巡查內容 巡查結果 備注
序、味、核心土W1S況 勰刑竅
琥面巖土體的類型、槪正、自穩性，地下水滲漏情況 ［無
施XT
況 用空面巖土體有嗣塌 II無
降坤止水等地下水控制^^^降水^^轉匱兄 II正常
其他 ［無
超前支護施做情況及效果，鋼拱架架設，掛網及噴射混凝土的 及時性、妾及卿錨桿打蹄況 正常
初期站戶結構滲水簡兄 右線擔程 滲水 YK5+440里程
鮒近
圖 4.15 現場巡查記錄表(部分)
Fig.4.15 Field inspection record table (part)
④ 監測點狀態管理。
監測儀器是否正常工作決定著監測數據能否有效的反應工程中可能出現的問 題，在監測項目開展過程中必須要定期檢查儀器是否在正常工作。本信息管理系 統中監測數據輸入時會伴隨著監測點號的輸入，系統會自動提取輸入監測數據中 的監測類型和監測點號，并將該監測類型和監測點號匯總至監測點狀態這一模塊 中，相關專業人員可以每過一段時間通過瀏覽器中的系統界面錄入監測點儀器狀 態數據（完好或損壞），從而可以避免由于監測點異常帶來的監測失效。同時系統 會自動檢測監測點狀態更新情況，如果某個監測點的狀態長時間未更新，系統就 會自動向用戶發出查看監測儀器狀態的提醒，從而防止因遺忘或者其他原因導致 的監測儀器漏檢。監測點狀態頁面如圖4.16所示。
圖 4.16 監測點狀態界面
Fig.4.16 Monitoring point status interface
如圖4.16所示,可以在系統中直觀的看到各監測點監測儀器的埋設時間、是 否完好、以及最后的監測點狀態更新時間,從而完成對監測儀器狀態的管理,保 證監測數據的有效性。
⑤工程進度展示。
工程項目能否在預定的時間內完成施工建設并交付使用是投資者最關心的問 題之一,工程項目如能按時保質保量的完成,無論對于投資者還是施工企業都可 以創造直接的經濟價值,所以在工程項目開展中進度控制時一項十分重要的內容。 本信息管理系統可以按天錄入工程進度數據,生成工程進度曲線,并可以通過 Web 網頁向各工程參與方分享工程進度信息。各工程參與方可以及時的了解工程進度 情況,這將有助于工程建設人員控制工程建設工期,也可以為施工進度計劃的編 制提供依據。
本項目區間隧道以單洞單線的形式分別與兩端的車站連接,即該區間包括左 線、右線兩條隧道。左右兩條隧道同時獨立開工,所以隧道工程施工進度錄入時 左線和右線分別錄入進度數據,相應的工程進度曲線也分為左線和右線兩條曲線。 本信息管理系統中工程進度數據輸入界面如圖4.17所示,系統自動生成的進度曲 線如圖 4.18 所示。
進度圖
在圖 4.18 的進度曲線中把鼠標放置在圖中的某處,就會自動顯示鼠標放置橫 坐標對應時間的進度值,從上述工程進度曲線可以看出, 6月28日隧道掘進的總 工程進度為左線81 米,右線175米,到8月2日工左線155米,右線230米,這 35天時間中左線掘進了74米,右線掘進了55米；到了8月18日右線基本停止掘 進, 8月 25日左線也停止掘進兩天, 8 月27 日左線又開始正常展開掘進工作。通
過該進度曲線圖可以很直觀的看到工程的施工進度情況，從而各方可以及時掌握 工程進度，也可以為后續施工進度計劃的編制提供依據。
4.3.5超限預警
為防范隧道工程施工過程中可能發生的風險， 依據《爆破安全規程》
（GB6722-2014）、《重慶市地鐵設計規范》（DBJ50-244-2016）和《城市軌道交通 工程規范》（GB50911-2013）等文件，本項目采用預設監測控制值的方法確定是否 發出監測預警。監測過程中直接監測對象主要是變形值，監測控制指標從總體上 可以分為兩類，累計變形值和瞬時變形速率。其中比較特殊的是爆破振動，該監 測項目的控制值采用各個方向的振速值。隧道工程施工期各監測項目的監測控制 值如表4.2所示，在隧道信息管理系統中設置各監測項目監測控制值設置如圖4.19 所示。
表 4.2 施工期各監測項目的監測控制值
Table 4.2 Monitoring control values of each monitoring item during the construction period
監測 設計要求 本方案控制值
監測項目
對象 累計值 速率 累計值 速率
對于監測項目的監測控制值存在累計變形值和瞬時變形速率兩個監測控制指 標時，在施工過程中監測數據采用紅、橙、黃三級預警。黃色預警：當變形監測 數據的累計變形值和瞬時變形速率值均超過監測控制值的 70%，或兩個監測控制 指標的其中一個超過監測控制值的 85%；橙色預警：當變形監測數據的累計變形 值和瞬時變形速率值均超過監測控制值的 85%，或兩個監測控制指標的其中一個 超過監測控制值；紅色預警：當變形監測數據的累計變形值和瞬時變形速率值均
超過監測控制值。
在隧道施工過程中，當各監測項目監測數值出現異常變化或達到預設的三級 預警監測控制指標時，本監測信息管理系統的超限預警模塊會自動向預先設置的 手機號和電子郵箱發送預警信息，促使相關負責人員及時發現潛在風險。隧道信 息管理統中允許管理員用戶預先設置多個手機號和電子郵箱，作為預警信息的接 收對象，如圖 4.20 所示。
圖 4.19 監測控制值設置
Fig. 4.19 Monitoring control value setting
圖 4.20 預警手機號和郵箱設置
Fig. 4.20 Alert mobile number and email number settings
由于在本監測項目實際監測過程中并沒有出現監測數據超限的情況，本次采 用人為的在監測數據中輸入超限值的方式來檢測預警模塊中郵件和短信系統的有 效性。分別將兩個凈空收斂監測點Y-JKJ-3-4和Y-JKJ-3-2兩個監測點的監測數據 分別設置達到系統的橙色預警值和黃色預警值，再將其錄入到本信息管理系統中， 系統自動發送預警信息如圖 4.21 所示。
可見本隧道監測信息管理系統的預警系統能正常工作，當輸入的監測值到達 各級警戒值時，系統會自動向預留的手機號和郵箱號發送預警信息，提醒相關人 員予以重視并前往核實，從而避免事故的發生。本系統也在開發時預留了接口， 今后使用更先進的監測預警功能時也能順利接入本系統。
4.4本章小結
本章依托重慶軌道交通十號線工程南坪站至南濱路站區間隧道工程監測項目， 對前文所開發隧道監測信息管理系統進行了初步的應用研究，經過實際工程數據 的檢驗，系統各項功能運行良好，可以確認本文所開發信息管理系統基本達到了 預期的設計目標。主要研究成果如下：
①通過實際工程項目對本文所開發系統的各項功能進行了初步的應用。對項 目基礎信息管理、用戶管理、BIM模型Web瀏覽、監測數據管理、監測點狀態管 理和超限自動預警等模塊的各項功能進行了檢測，結果顯示各項基本功能均正常 良好的運行。
②本文所開發系統的項目基礎信息管理模塊和 BIM 模型瀏覽模塊可有效幫 助工程人員快速了解項目概況和隧道結構設計細節，有助于工程建設人員正確高 效的進行工程施工。
③本系統能自動上傳實時監測數據并支持查詢歷史監測數據，各工程參與方 可以通過互聯網實時掌握工程建設進度；通過瀏覽器在系統界面瀏覽隧道BIM模 型，可以直觀展示隧道結構為工程建設提供指導；當監測數據異常時系統自動向 相關人員發送預警信息，可以有效保證工程項目施工安全。相對于傳統監測信息 管理方法，本系統可以通過上傳工具監測文件夾自動上傳數據，監測信息共享更 加及時高效，節約了人力物力，可以促進隧道工程信息化監測、提升工程監測信 息共享程度，為隧道工程建設提供依據。
5結論與展望
5.1 研究結論
本文基于BIM思想和Web技術自主設計開發了隧道監測信息管理系統，并在 實際隧道工程監測項目中對所開發系統進行了初步的應用。獲得的主要研究成果 如下：
①建立了 LOD 細節層次隧道模型。根據隧道結構特征，將隧道模型分解為 兩個細節層次（LODI、L0D2），并指定了每種LOD模型所包含的細部構件，為 LOD細節層次隧道模型建立提供了依據;利用Revit軟件建立隧道細部構件族庫， 通過參數化快速建模方法，實現了隧道構件模型的快速拼裝，并分別構建了兩個 細節層次的隧道BIM模型。
②研究了 BIM模型的Web瀏覽方法。基于開源軟件工具包XBIM進行了 IFC 文件的 Web 加載技術的研究，通過調用組件 Xbim.Ifc 將 IFC 文件轉換為 wexbim 文件，再利用組件XbimWebUI在瀏覽器中顯示wexbim文件，最終實現了 BIM隧 道模型的Web三維瀏覽。
③設計了隧道監測信息管理系統的系統架構。通過研究隧道工程施工期監測 信息管理系統功能需求，設計了本信息管理系統的網絡架構和邏輯架構，為了能 更便捷的分享工程建設信息，確定采用基于B/S三層架構的Web系統為本系統的 開發方式，為后續信息管理系統的研發指明了方向。
④自主開發了隧道監測信息管理系統。采用前后端分離技術分別開發了系統 的服務器和客戶端，其中基于Visual Studio開發環境和ASP.NET Core框架開發了 系統的服務器，基于開源框架 Vue.js 和 MVVM 架構開發了系統的客戶端，基于 WinForm技術開發了數據自動上傳工具。最終建立了一個基于Web技術的隧道信 息管理系統，實現隧道監測數據網絡實時共享、BIM模型三維Web瀏覽、監測信 息自動上傳和超限自動預警等功能。
⑤對所開發信息管理系統進行了初步應用。通過重慶軌道交通十號線工程南 坪站至南濱路站區間隧道工程監測項目對本文所開發的隧道信息管理系統進行了 初步應用，系統各項功能均運行良好，基本實現了系統預期設計目標。系統能自 動上傳實時監測數據并支持查詢歷史監測數據，各工程參與方可以通過Web瀏覽 器實時掌握工程建設進度；可以在系統界面瀏覽隧道BIM模型，直觀展示隧道結 構為工程建設提供指導；當監測數據異常時可自動發送預警信息，可以有效保證 工程項目施工安全。
總的來說，本文針對隧道工程傳統信息管理方式中工程數據共享困難，缺乏 及時的信息傳遞渠道等問題，綜合應用BIM思想及Web技術開發了隧道信息管理 系統，對隧道工程施工建設有一定的指導意義。研究成果可以進一步推動隧道工 程信息化施工，具有廣闊的應用前景。
5.2主要創新點
①采用基于XBIM的方法實現了隧道BIM模型的三維Web瀏覽;基于Vue.js 開發系統界面，充分發揮 MVVM 架構的優勢，系統運行高效、開發便捷；基于 B/S架構采用前后端分離技術開發隧道監測信息管理系統，模塊化開發的方式便于 后期系統的維護和升級。
②相比于傳統監測信息系統，本文所開發的系統基于B/S架構不需要安裝專 門的客戶端，用戶可以通過電腦、手機的瀏覽器直接登錄本系統;通過開發的數 據上傳工具實現了監測數據的實時自動上傳，從而實現了監測數據的實時共享， 系統使用方便高效，可以節約大量的人力物力。
5.3研究展望
由于筆者個人水平有限，本文僅對隧道信息管理系統進行了初步的建立和應 用研究，所做工作尚存在不足，將來做更進一步的研究時，建議從以下幾個方面 展開：
①本文所建立的BIM信息模型僅建立了隧道結構模型，隧道工程屬于地下隱 蔽工程與地質環境聯系緊密，隧道開挖也和地表原有建筑環境互相影響，今后還 需要進一步的補充地質環境模型和地表建筑環境模型，增加所建立BIM信息模型 的整體性，使其能更好的指導工程建設。
②本文所建立的隧道監測信息管理系統對于隧道施工過程中的風險評估研 究不足，采用的是較為傳統的預設監測閾值方法進行預警。今后可以考慮引入人 工智能、大數據等前沿計算機理論對隧道施工過程中的系統風險進行評估，建立 隧道施工風險評估體系，從而更科學準確的指導工程施工，降低風險提高效益。
③本文的隧道信息管理系統研究范圍還局限在工程項目的施工監測階段，對 BIM技術的應用也還局限于結構模型階段。然而BIM信息系統應該是包含項目的 全生命周期各個階段的數據集成，在一個隧道的全生命周期的各個階段的數據系 統具有各自的特點，當前BIM技術在國內外的標準也尚未完善，今后還需要對工 程項目全生命周期的數據集成和信息管理系統做更深入的研究。
參考文獻
[1]李培林，陳光金，王春光.社會藍皮書：2020年中國社會形勢分析與預測[M].北京：社會 科學文獻出版社, 2020.
[2]郭陜云.我國隧道及地下工程的歷史機遇、發展困局及若干建議[J].隧道建設(中英文), 2019,39(10)： 1545-1552.
[3]蔣樹屏，林志，王少飛.2018年中國公路隧道發展[J].隧道建設(中英文)，2019,39(07): 1217-1220.
[4]洪開榮.我國隧道及地下工程近兩年的發展與展望[J].隧道建設,2017,37(02): 123-134.
⑸ 國家鐵路局.關于印發《中長期鐵路網規劃》的通知[EB/OL]. [2019/5/14]. http://www.nra.gov.cn/jgzf/flfg/gfxwj/zt/other/201607/t20160721_26055.shtml.
[6]趙勇，李鵬飛.中國交通運輸隧道發展數據統計分析[J]. Engineering, 2018,4(01): 11-16.
[7]錢七虎，戎曉力.中國地下工程安全風險管理的現狀、問題及相關建議[J].巖石力學與工 程學報, 2008(04): 649-655.
[8]張頂立.隧道及地下工程的基本問題及其研究進展[J].力學學報,2017,49(01): 3-21.
[9]王萸.城市地鐵隧道事故案例統計分析與風險評價方法研究[D].北京交通大學,2018.
[10]張江波.BIM的應用現狀與發展趨勢[J].創新科技,2016(01): 83-86.
[11]WASSOUF, ZIADEGGER, MARTINNEUBERG, et al. Produktmodell basierte Simulation des Ressourcenbedarfs von Bauwerken[J]. Bauphysik, 2006(81).
[12]BECERIK-GERBER B, JAZIZADEH F, LI N, et al. Application Areas and Data Requirements for BIM-Enabled Facilities Management[J]. Journal of Construction Engineering and Management, 2012,138(3): 431-442.
[13]EASTMAN C, TEICHOLZ P, SACKS R, et al. BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors[M]. Wiley Publishing, 2008.
[14]GURSEL I, SARIYILDIZ S, AKIN O, et al. Modeling and visualization of lifecycle building performance assessment[J]. Advanced Engineering Informatics, 2009,23(4): 396-417.
[15]何關培.BIM總論[M].中國建筑工業出版社,2011.
[16]張建平，王洪鈞.建筑施工4D?(++)模型與4D項目管理系統的研究[J]. 土木工程學報, 2003(03): 70-78.
[17]FARAJ I, ALSHAWI M, AOUAD G, et al. An industry foundation classes Web-based collaborative construction computer environment: WISPER[J]. Automation in Construction, 2000,10(1): 79-99.
[18]CHARLIE FU G A A M. IFC implementation in lifecycle costing[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2004(04): 437-441.
[19]MARSHALL-PONTING A J, AOUAD G. An nD modelling approach to improve communication processes for construction[J]. Automation in Construction, 2004,14(3).
[20]賀靈童.BIM在全球的應用現狀[J].工程質量,2013,31(03): 12-19.
[21]張建平，曹銘，張洋.基于IFC標準和工程信息模型的建筑施工4D管理系統J].工程力學, 2005,22(S1): 220-227.
[22]曾旭東，趙昂.基于BIM技術的建筑節能設計應用研究J].重慶建筑大學學報，2006(02): 33-35.
[23]張洋.基于BIM的建筑工程信息集成與管理研究[D].清華大學,2009.
[24]孫悅.基于BIM的建設項目全生命周期信息管理研究[D].哈爾濱工業大學,2011.
[25]牛博生.BIM技術在工程項目進度管理中的應用研究[D].重慶大學,2012.
[26]張建平，余芳強，李丁.面向建筑全生命期的集成BIM建模技術研究[J]. 土木建筑工程信 息技術, 2012,4(01): 6-14.
[27]林佳瑞.面向產業化的綠色住宅全生命期管理技術與平臺[D].清華大學,2016.
[28]LAAKSO M， KIVINIEMI A. The IFC Standard - A Review of History， Development， and Standardization[J]. Itcon, 2012,17.
[29]GSA. 3D-4D Building Information Modeling[EB/OL]. [2019/8/6]. https://www.gsa.gov/ real-estate/design-construction/3d4d-building-information-modeling.
[30]鄧雪原，張之勇，劉西拉.基于IFC標準的建筑結構模型的自動生成[J]. 土木工程學報, 2007(02): 6-12.
[31]清華大學軟件學院BIM課題組.中國建筑信息模型標準框架研究[J]. 土木建筑工程信息技 術, 2010,2(02): 1-5.
[32]SUN J, LIU Y, GAO G, et al. IFCCompressor: A content-based compression algorithm for optimizing Industry Foundation Classes files[J]. Automation in Construction, 2015,50: 1-15.
[33]戴林發寶.隧道工程BIM應用現狀與存在問題綜述[J].鐵道標準設計,2015,59(10): 99-102.
[34]彭銘，黃宏偉，胡群芳，等.基于盾構隧道施工監測的動態風險數據庫開發J].地下空間 與工程學報, 2007(S1): 1255-1260.
[35]胡榮明.城市地鐵施工測量安全及安全監測預警信息系統研究[D].陜西師范大學,2011.
[36]蒲浩，彭永，徐源，等.隧道工程監控三維實時交互可視化信息平臺研究J].鐵道工程學 報， 2014(03): 91-96.
[37]張建平，余芳強，趙文忠，等.BIM技術在邢汾高速公路工程建設中的研究和應用[J].施工 技術， 2014，43(18): 92-96.
[38]徐劍.Revit系統軟件二次開發研究[J].鐵路技術創新,2014(05): 39-41.
[39]任曉春.鐵路勘察設計中BIM與GIS結合方法討論[J].鐵路技術創新,2014(05): 80-82.
[40]裴作君.鐵路隧道工程中BIM技術的應用[J].中國鐵路,2014(11): 70-73.
[41]王志杰，馬安震.BIM技術在鐵路隧道設計中的應用[J].施工技術,2015,44(18): 59-63.
[42]王瀟瀟，姬付全，盧海軍，等.BIM虛擬技術在鐵路隧道施工管理中的應用[J].隧道建設, 2016，36(02): 228-233.
[43]李君君，李俊松，王海彥.基于BIM理念的鐵路隧道三維設計技術研究[J].現代隧道技術, 2016，53(01): 6-10.
[44]智鵬.基于BIM的鐵路建設管理平臺及關鍵技術研究[D].中國鐵道科學研究院,2018.
[45]錢七虎.隧道工程建設地質預報及信息化技術的主要進展及發展方向[J].隧道建設, 2017，37(03): 251-263.
[46]王珩瑋，胡振中，林佳瑞，等.面向Web的BIM三維瀏覽與信息管理[J]. 土木建筑工程信 息技術， 2013，5(03): 1-7.
[47]余雪禎.公路隧道地質災害預測及其處治措施數據庫管理系統開發[D].重慶大學,2009.
[48]劉訓房.基于BIM和WEB的隧道動態施工監測信息系統研究[D].大連海事大學,2017.
[49]周哲峰，汪洋，譚丹.基于BIM的隧道Web三維可視化技術研究：第四屆全國BIM學術會 議[C],中國安徽合肥,2018.
[50]梁彤.基于WebGL的公路隧道病害三維可視化管理系統研究與應用[D].石家莊鐵道大學, 2019.
[51]朱海林，陳登峰，王帥舉.基于WebGL的BIM模型三維可視化技術研究[J].科技風, 2019(31): 123.
[52]王珺.BIM理念及BIM軟件在建設項目中的應用研究[D].西南交通大學,2011.
[53]何清華，錢麗麗，段運峰，等.BIM在國內外應用的現狀及障礙研究J].工程管理學報, 2012，26(01): 12-16.
[54]VOLK R， STENGEL J， SCHULTMANN F. Building Information Modeling (BIM) for existing buildings — Literature review and future needs[J]. Automation in Construction， 2014，38: 109-127.
[55]AISH R. Building modelling the key to integrated construction CAD: Cib: International Symposium on the Use of Computers for Environmental Engineering Related to Buildings[C]， 1986.
[56]LAISERIN J. COMPARING POMMES AND NARANJAS[J]. Archicreation， 2011.
[57]林佳瑞，張建平.我國BIM政策發展現狀綜述及其文本分析[J].施工技術，2018,47(06): 73-78.
[58]張建平.基于IFC標準和工程信息模型的建筑施工4D管理系統——第十四屆全國結構工 程學術會議特邀報告：第14屆全國結構工程學術會議[C].中國煙臺,2005.
[59]FAZIO P, HE H S, HAMMAD A, et al. IFC-Based Framework for Evaluating Total Performance of Building Envelopes[J]. Journal of Architectural Engineering, 2007,13(1).
[60]Industry Foundation Classes (IFC) - buildingSMART International[EB/OL]. [2019/12/10]. https://www.buildingsmart.org/standards/bsi-standards/industry-foundation-classes/.
[61]王勇，張建平，胡振中.建筑施工IFC數據描述標準的研究[J]. 土木建筑工程信息技術, 2011,3(04): 9-15.
[62]Information Delivery Manual - buildingSMART International[EB/OL]. [2019/12/11]. https://www.buildingsmart.org/standards/bsi-standards/information-delivery-manual/.
[63]何關培.實現BIM價值的三大支柱-IFC/IDM/IFD[J]. 土木建筑工程信息技術，2011(1): 108-116.
[64]周成.基于IDM的建筑工程數據交付標準研究[D].上海交通大學,2013.
[65]SHAYEGANFAR F, MAHDAVI A, SUTER G, et al. Implementation of an IFD library using semenatic web technologies: A case study[J]. Proc. ECPPM 2008 eWork and eBusiness in Architecture Engineering and Construction, 2008: 539-544.
[66 ]何關培.“BIM”究竟是什么？ [J]. 土木建筑工程信息技術,2010,2(03): 111-117.
[67]何關培.BIM和BIM相關軟件[J]. 土木建筑工程信息技術,2010,2(04): 110-117.
[68]KANG T W, HONG C H. IFC-CityGML LOD mapping automation using multiprocessing based screen-buffer scanning including mapping rule[J]. KSCE Journal of Civil Engineering, 2018,22(2): 373-383.
[69]柯舒.面向空間數據分布特征的自適應地圖可視化[D].武漢大學,2016.
[70]李曉軍，田吟雪，唐立，等.山嶺隧道結構BIM多尺度建模與自適應拼接方法及工程應用 [J]. 中國公路學報, 2019,32(02): 126-134.
[71]劉貝，周東明.基于Revit的隧道參數化建模研究[J].工程建設,2019,51(09): 23-28.
[72]張愷韜.基于BIM技術的隧道參數化建模與應用研究[D].西南交通大學,2018.
[73]曹建濤.BIM技術在公路隧道正向設計中的應用研究[D].北京交通大學,2019.
[74]DANKERS M, van GEEL F, SEGERS N M. A Web-platform for Linking IFC to External Information during the Entire Lifecycle of a Building[J]. Procedia Environmental Sciences, 2014,22: 138-147.
[75]邱方亮.基于B/S的檔案資料管理信息系統的研究和構建[D].西北工業大學,2004.
[76]徐照，徐夏炎，李啟明，等.基于WebGL與IFC的建筑信息模型可視化分析方法[J]. 東南大學學報(自然科學版), 2016,046(2): 444-449.
[77]xbim toolkit[EB/OL]. [2020/2/1]. https://docs.xbim.net/.
[78]LOCKLEY S, BENGHI C, CERNY M. Xbim.Essentials: a library for interoperable building information applications[J]. The Journal of Open Source Software, 2017,2(20): 473.
[79].NET documentation | Microsoft Docs[EB/OL]. [2020/1/25]. https://docs.microsoft.com/en- us/dotnet/.
[80]C# docs - get started， tutorials， reference. | Microsoft Docs[EB/OL]. [2020/1/25]. https:// docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/.
[81]BENJAMIN， PERKINS， JACOB. Beginning C# 7 Programming with Visual Studio® 20 17[M]. 2018.
[82]Visual Studio documentation | Microsoft Docs[EB/OL]. [2020/1/25]. https://docs.microsoft. com/en-us/visualstudio/windows/?view=vs-2017.
[83]黎永良，崔杜武.MVC設計模式的改進與應用[J].計算機工程,2005(09): 96-97.
[84]SANCHEZ H， ESCOBAR J J， GONZALEZ J D， et al. Implementation of interactive virtual simulation of physical systems[J]. Journal of Physics: Conference Series， 2014，490: 12100.
[85]易劍波.基于MVVM模式的WEB前端框架的研究[J].信息與電腦(理論版)，2016(19): 76-77.
[86]Vue.js[EB/OL]. [2020/2/13]. https://vuejs.org/index.html.
下一篇：沒有了
相關標簽:
