摘 要：基于對Web Service與BIM技術以及兩者集成應用思路的把握，進行Web Service與BIM技術集成應用下的基坑安全監測系統的設計，系統有表示層、業務邏輯層與數據訪問層3層架構，通過開發指令、基坑BIM模型建立、Web Service與BIM的信息交互以及系統運行流程等的設計可實現數據錄入、數據存儲、數據處理、數據查詢以及統計分析等功能，保證基坑施工的實時性與安全性監測。
關鍵詞：Web Service,BIM；基坑安全監測系統
0 引 言
現階段，高層建筑與地鐵工程呈現出迅速的發展態勢，大型基坑工程數量逐年增加，規模也不斷擴大，修建工作處于越來越復雜的工況環境下，基坑工程建設與實施的成敗受到基坑開挖及降水帶來的安全問題的極大影響。基坑工程復雜性、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系統的、可靠的方法來支持，所以，基坑安全檢測是對其安全事故發生予以預防的重要手段［1］。
基于政府引導及行業推動，IBM技術越來越多地（1.西安航空學院，西安710077；2.西安中交公路巖土工程有限責任公司，西安710075）應用于市政基礎工程的全生命周期管理［2］，在提升工程質量的同時實現了對施工成本的降低。由于得到BIM技術的支持，信息的三維化與集中化處理成為可能，各項監測數據與信息的共享及協同亦處于更加便利的環境下，而利用Web Service技術，又可遠程收集并發布管理基坑監測數據。文章對Web Service與BIM技術的集成進行重點研究，通過在基坑安全監測工程項目的實施中加以應用，有望實現自動化、信息化與可視化的監測目標。
1 Web Service與BIM技術及其集成應用思路
1.1 Web Service與BIM技術
（1）Web Service技術 Web Service是一種標準，它對標準的調用過程進行定義，核心在于交互操作［3］。所有的Web Service技術環境均對以下基本活動予以涉及：發布（Publish）服務，服務提供人員發布服務描述于服務注冊中心，為使用者的發現與調用提供便利，發布的信息涉及與該服務交互的全部內容，如服務路徑、傳輸協議、消息格式等；查找（Find）服務，服務請求人員直接對服務描述進行檢索，或者在服務注冊中心查詢與定位對標準予以滿足的服務，明確服務的操作是由用戶還是其他服務發起的；綁定（Bind）服務，服務請求人員以服務描述中的綁定細節為依據對服務進行定位、聯系與調用，當發現適合自己的服務之時，會按照服務描述中的信息直接在運行過程中將服務激活。
Web Service在很多領域均有較為廣泛的應用，包含的途徑也比較廣，對B2B集成、數據重用以及通信服務器通信等予以涉及：B2B集成，以Web Service技術為支持進行B2B集成有著突出的優勢，表現為互操作性能夠得到很好的實現，只要對商務邏輯以Web Service的形式進行展示，所有的合作伙伴均可對它們進行調用，無需考慮系統運行的平臺種類以及所使用的開發語言，此種方式可降低B2B集成的費用支出，縮短集成耗費的時間，使以往存在承受壓力的中小企業也具有完成集成工作的能力；軟件與數據重用，對于軟件而言，其有著相對豐富的重用形式，程度上亦有所不同，其中以源代碼模塊或類一級的重用最為基本，其次是二進制的組件重用；防火墻通信，應用程序的用戶在諸多領域均有分布，此種形勢下，很難對客戶端及服務器之間的通信問題進行可靠的解決，一般地，客戶端及服務器兩者之間會存在防火墻或代理服務器的設置，在使用DCOM時復雜程度會增加，不利于客戶端程序向數量較大的用戶手中的發布，已有的舊方法通常會讓瀏覽器承擔客戶端的職務，在終端用戶面前進行應用程序中間層的顯示，對該種方法進行開發往往會有比較大的難度，對程序加以維護的目的亦難以完成，若想在應用程序中設置一個新的頁面，必須進行Web頁面的添加與創建，此頁面應對相應的商業邏輯中間層組建予以含括，在制作過程中，應至少有一個ASP頁面，以此完成對信息的接收任務，在調用中間層組件的過程中，對其結果進行格式化處理，生成HTML格式的文件，然后將最終的處理結果頁反饋于瀏覽器端，如果客戶端的代碼并不以HTML表單中的編程為依賴，方便快捷度均會被增加；不同應用程序的集成，以程序集消耗的時間成本與費用為視角進行分析，利用不同語言寫成的程序在不同平臺運行之時將會花費較高的成本，一般狀態下，應用程序需從運行主機的相關程序中執行對所需數據的獲取任務，或者通過將它們向主機、UNIX應用程序中進行發送的形式達成獲取目標，在相同的平臺上，生產來源不同的軟件是需要集成的，Web Service應用程序可采用標準方法對軟件的功能與數據進行披露，進而達到應用其他應用程序的目的，通過對XML消息處理的使用，XMLWeb Service可完成對數據交換的啟用以及對應用程序邏輯的遠程調用，保證各項數據順利地通過防火墻，同時，在不同系統之間自由移動，因此，利用該系統進行數據的上報并執行統計分析任務能大幅度縮短統計時間，減少人力與物力等資源的消耗。
（2）BIM技術 它是以三維數字技術為基礎而對建設工程各類信息進行集成與處理的一類工程數據模式，在工程項目的設計、建造與管理等諸多環節均有一定的應用。根據國際標準組織設施信息委員會所下的定義可知，BIM應用于開放的工業標準之下，它通過可計算的形式對相關設施的物力、功能特性以及某一具體項目的全壽命周期信息予以表達，為項目決策者的決策制定提供技術支持，目的在于更好地實現項目本應實現的價值［4］。BIM技術的應用具有3大特征：第一，它是一個數據庫，該數據庫由計算機三維模型構成，整個數據庫存儲著建筑從設計、施工直至建成之后投入運營的所有信息；第二，在以該技術為基礎的三維模型數據庫中，信息與信息之間存在相互關聯性，當某一信息發生變化之時，與之相關聯的其他信息亦會出現相應的變化；第三，該技術對協同工作提供支持，在開放的數據標準IFC標準的應用基礎之上，利用該技術可有效地完成建筑業各應用系統之間的數據交換以及全壽命周期的數據管理等任務。
自誕生之日起，BIM理念已得到了40年左右的發展，它為建設工程領域創造了很大的經濟、社會與環境效益，作為建設工程項目生命周期管理BLM的核心技術，BIM技術掀起了建筑業的深刻變革，它通過對數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，從整體層面對項目的設計、建造以及運營施以綜合化管理。
1.2 Web Service與BIM技術的集成應用思路
Web Service與BIM技術的集成通過Web Service的應用程序接口來實現，兩者借助接口進行信息的交互［5］（圖1）。在剛開始基坑監測任務之時，應在BIM中進行監測點對象的添加，此時的BIM模型中會獲得一些附加數據，以監測數據為來源。監測過程中，需要經常更新監測點信息，并利用Web Service與BIM的集成及交互對三維可視化監測信息進行實時展現與自動存儲。
在以基坑為對象執行監測任務的過程中，監測人員應在Web Service程序的作用下，將從自動監測設備處獲得的監測數據發送給監測數據庫；監測系統在收到這些數據之后立刻對其展開相應的分析，觀察是否有異?，F象的出現；如果出現異常，則啟動安全預警功能，向相關人員發出警報，此時，BIM亦做出配套的響應，完成對異常位置的顯示。工作人員不必趕赴現場便可在Web端的支持下實現以BIM為基礎的全程監測、在線溝通與協同處理，達到高效且全面的安全監測目的。
2 基坑安全監測系統總體設計
2.1 系統結構
以業務邏輯為依據，將系統劃分為表示層、業務邏輯層與數據訪問層3層架構（圖2）。這是一種嚴格的分層方法，每層有著清晰的結構，層與層之間存在數據間的交互，但相互之間的影響并不大，可重用代碼，能夠保證系統的安全性與高效性。
（1）表示層亦稱轉換器，用于編碼與轉換系統數據，同時，向用戶提供交互操作的界面，當用戶發出請求之時對其進行處理，反饋所需頁面與數據；
（2）業務邏輯層用于處理系統業務與操作數據庫訪問層，進行復雜邏輯判斷及數據驗證的處理；
（3）數據訪問層訪問數據庫數據，提供數據于業務邏輯層。同時，執行對數據庫數據的增、刪、改、查等任務。
2.2 系統功能
基于Web Service的開放性，與BIM模型建立鏈接關聯，并按照相應的格式文件將監測數據圖表導出。圖3所示為基坑安全監測系統的功能模塊圖。
根據圖3可知，監測系統主要實現數據錄入、數據存儲、數據處理、統計分析等［6］功能。按照監測數據的不同類型，如數據、圖表、文字等，系統進行了規范的錄入格式的設置，可借助表格實現批量導入，以達成對相關數據進行高效而又準確地處理的目的，提供工程所需的查詢、統計等各項內容。
3 基坑安全監測系統實現
3.1 系統開發部分指令
系統的圖形引擎任務由Unity來承擔，基于Web Service的技術性支持，科學而有效地搭建應用程序接口，同時，在SQLServer上構建IFC標準數據庫，利用RevitIFC開源接口完成與IFC文件數據的交互工作。系統直接將BIM模型導入作為三維基礎模型，在客戶端遠程錄入或自動輸入檢測數據后，系統自動執行數據分析與預警管理任務。
Web Service在IIS服務器上運行，WSDL語言對其接口定義進行描述，表1所示為主要的參數指令與功能。
3.2 基坑BIM模型建立
采用適用性強、建模自由度高的Autodesk Revit軟件，與基坑工程全要素信息管理（FTIM）參數化建模方法相結合建立基坑BIM模型［7］。以設計部門提供的施工平面圖、鉆孔柱狀圖以及勘測點平面圖等為依據進行Revit核心模型（含地質模型、基坑支護模型以及周邊環境模型等）的建立。根據FTIM的理論指導，通過對各環節與各構件間性質與聯系的協調對它們加以結合，管理全要素信息，在PC端進行工程從開始至結束整個環節全部數據文件的存儲。以模型為基礎，在具體的模型中錄入實際信息，達到模型信息化的目標，利用信息模型對實際施工提供指導。借助Revit的內建構件庫功能，科學分類與區分生產現狀，進行模型所需各種構件的建立，準確布置基坑模型。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技術集成得以實現的關鍵在于利用Web Service實施對BIM的交互式操作?，F階段，BIM軟件大多兼容工業基礎類IFC標準數據，作為用于交換與共享復雜BIM的綜合性國際標準，IFC在表達建筑信息之時對面向對象的設計思想予以運用，大致可分為資源層、核心層、共享層以及領域層4層。該架構使用EXPRESS語言進行定義，數據傳輸工作通過STEP物理文件來完成，由于各常規構件數據格式已經被確定，此處利用編程方式對IFC文件進行自動解讀，同時，提取或修改構件相關信息。
在Web Service接口的支持下，用戶可以遠程提交相應的操作請求，同時，完成構件相關信息的交互。服務器端對用戶的合法性以及權限進行驗證，驗證工作完成后，在IFC接口支持下對IFC數據進行相應的操作，并向客戶端反饋相應的結果，以此實現Web Service與BIM的信息交互。圖5所示為交互流程圖。
3.4 系統運行流程
系統運行過程中應考慮可靠性問題，合法用戶進入系統并獲取相應的權限，然后對業務執行與自身所需相符的操作［8］。圖6所示為系統運行流程圖。
4 結 語
基坑安全監測是一項長期不斷變化的工作，隨著基坑開挖與支護的加深，施工的各個環節都需要借助儀器獲取與處理大量監測數據，連接數據與三維模型，為施工單位的進一步施工提供幫助，實現實時與安全的施工監測。研發Web Service與BIM技術集成的安全監測系統，可對基坑支護結構的性能變化進行精確且有效的實時監測，對比分析監測所得數據及理論分析數據，迅速啟動危險點的安全預警，輸送準確數據于施工單位。
參考文獻
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