基于BIM的地铁工程施工进度动态监控与预警系统研究

【摘要】：针对地铁工程项目的施工呈现出规模越来越庞大及工序越来越繁杂的发展趋势,而传统施工管理模式存在管理时效性不足、数据共享机制不完备等问题,本文以地铁工程施工进度监控及预警为研究对象,通过对基于关键链的施工进度管理技术、基于目标跟踪和三维激光扫描的监测技术及基于BIM标准的施工数据管理技术等关键技术深入研究,研发了基于BIM的地铁工程施工进度动态监控与预警系统,以实现地铁工程施工进度监控与预警提供信息化、数字化、可视化管理。本文的主要研究成果如下所述。(1)构建了基于改进关键链的地铁工程施工进度监控方法针对地铁工程施工进度管理存在的问题,基于风险聚合理念,将地铁工程施工进度管理问题转化为同时满足时序约束和资源约束的项目调度问题并构建资源受限的并行调度、时序约束转换的关键链识别算法,以改进关键链的识别;通过设置关键链缓冲区的插入位置策略,建立了由初始缓冲确定和初始缓冲修正组成的缓存区计算模型,优化缓冲区大小的计算;通过对任务完成情况和缓冲区的消耗量两种情况分配不同的权值,建立了非匀速消耗的缓冲监控模型,可提高进度监控的执行效率;并通过实例验证了本文的关键链改进优化算法比其他常用算法在资源受限和工序交互情况下的适应性和先进性。(2)建立了基于BIM的地铁工程施工进度动态监控及跟踪预警模型根据地铁工程施工活动进度问题的动态预警要求,将预警问题分解为关键链工序实时监控和施工进度超限及时预警;在进度监控阶段,构建了由增强群跟踪器、深度检测器、加权P-N学习组成的基于工地场景的深度学习关键链工序跟踪算法,解决了地铁工程复杂施工场景环境中施工活动难以跟踪的问题;在进度预警阶段,将目标跟踪结果与项目BIM实体关联进行自动化监控,并根据关键链工序活动完成度,构建缓冲区消耗阈值分析策略,通过固定监控、动态监控与BIM模型结合优化工序活动监控点设置及进度警度显示方式,提高了地铁工程施工进度动态预警可视化的效果。(3)提出了基于IFC标准的地铁工程施工数据的管理及表达方法针对地铁工程施工周期内的结构化、半结构化和非结构化BIM数据组成的管理问题,采用了关系数据库与XML文件结合的BIM数据存储模式及BIM模型ID与文件路径关联的多类型数据访问方法;根据施工活动要素联系将其抽象总结并匹配IFC标准实体,构建了基于IFC标准的施工活动信息模型、组织实体信息模型及借助实体信息模型的施工信息标准化表达方法,提高了施工信息的沟通效率;并以实际的某地铁车站为例验证了该施工信息表达方式与工程现场活动的一致性。(4)研发了基于BIM的地铁工程施工进度动态监控及预警系统为实现高效的地铁工程施工进度监控与预警,根据地铁工程施工进度动态预警系统的要求,构建了基于BIM的地铁工程施工进度动态预警系统的整体框架、运行流程及功能模块,并梳理了该系统的BIM模型数据提取模块、进度监控模块、预警响应模块的具体功能;采用Microsoft SQL server关系型数据库,将BIM模型构件ID编码与进度监测数据建立数据关联关系,实现了 BIM模型与监测信息的动态耦合;针对系统的数据采集需求,将三维激光扫描得到的点云数据进行数据去噪和数据简化,通过参数变换进行网格构件和曲面重建后,导入系统与原始BIM模型对比,获取模型差异及高亮建筑物异常部分,实现了地铁工程施工进度信息数据的自动化采集。(5)基于BIM的地铁工程施工进度动态监控及预警系统的实际应用以国内某地铁SX车站为例,分析了案例车站项目的工程背景,明确了影响该车站进度管理的影响因素及进度管理的需求和重点监控工序,在细分SX车站施工计划基础上,应用改进关键链模型得到SX车站考虑安全时间后的工序时间,并对整体进度计划项目缓冲、汇入缓冲完成设置。最后,通过将BIM模型构件ID与关键链各缓冲区关联,完成了缓冲区监控点及里程碑任务的信息耦合,在预警系统中识别FB3缓冲区达到预警条件并高亮提醒管理人员完成预警响应,这些结果验证了本文动态预警方法的合理性及预警系统的有效性。