基于建筑信息模型和Unity WebGL的施工信息智能化监测系统关键技术的研究*

李鑫生 郑七振 吴露方,3 陈 刚

(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093；2.上海建工集团股份有限公司，上海 200080；3.上海建工电子商务有限公司,上海 200050)

0 概 述

建筑业是国民经济的支柱产业，自2010年以来，建筑业总产值一直占国内生产总值的7%左右，仅次于工业、农业、商业之后占据第四位[1]。然而，随着劳动力成本的不断飙升和利润率的持续下降，建筑业高速发展的现状与相对落后的管理之间的矛盾日益突出。据相关数据统计，截至2020年12月底，我国按建筑业总产值计算的劳动生产率为422 906元/人，同比增长5.80%(图1)，但这一数字仍远远低于发达国家水平。同时，2020年建筑业产值利润率为3.15%，较上年降低了0.22%，连续四年呈下降趋势[2](图2)。

图1 2010—2020年建筑业劳动生产率Fig.1 Labor productivity in the construction industry from 2010 to 2020

图2 2010—2020年建筑业产值利润率Fig.2 Profit rates of construction output from 2010 to 2020

随着“中国建造2025”“建筑产业化”等概念的提出以及国家对“绿色环保、节能减排”发展模式的要求，近年来建筑业逐渐向新型建造方式发生转变。新型建造方式是指在建设过程中，以“绿色建造”为目标，以“数字建造、智慧建造”为手段，以“工业化建造”为生产方式，实现建造过程中“节能环保、提高效率、提升品质、保障安全”的新型建设生产方式[3]。

建筑信息模型(BIM)作为新型建造方式中的核心技术，已得到越来越多行业人员的认可。BIM是一种应用于工程建设全生命周期的数字化建造理念，通过模型数据库整合项目从策划、设计、施工、运维到拆除等各阶段的信息，实现建设数据在各个管理系统和工作过程间的多维度流转，对企业的集约化营造、项目的精益化建造等起着至关重要的作用[4]。同时，随着人工智能、物联网、云计算、大数据等新一代信息技术的飞速发展，工程建设的智能化、信息化水平达到了前所未有的高度。以工程数据为核心、BIM模型为载体、计算机技术为手段、工程管理为主线的智能化施工在建筑行业展现出了蓬勃的生机。

为推动我国信息化、智能化施工管控模式的发展，国内不少学者对此进行了大量的研究。上海鲁班软件股份有限公司首席执行官杨宝明在2010年提出智慧建造这一概念，即通过先进的信息技术和工程技术，高效整合各项资源，实现建造过程向数字化、智能化发展[5]；同时丁烈云院士认为建筑领域能否与智能化深度融合，关键在于是否充分利用了数字孪生技术、数字主线技术、模型工程产品和智能感知技术设备等，只有抓住建筑业升级转型的机遇，才能实现“中国建造2035”的发展目标[6]；刘占省通过文献对比法，对国内外智能建造的发展现状及推行政策进行对比分析，他提出相较于发达国家，我国智能建造在基础理论体系、中长期发展战略、智能建造装备、软硬件等层面还处于落后局面，针对上述问题，他认为未来中国智能建造技术的发展应在基础理论框架的创新、新一代信息技术的融合应用、施工各条线业务系统的集成等方面进行深度探索[7-8]。

2020年7月住建部、发改委、科技部等13部委联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，提出要加快推动新一代信息技术与施工技术的协同发展，推动智能建造基础技术和关键核心技术的硏发，加快突破新型传感感知、工程质量检测监测、数据采集与分析等核心技术的研究[9]。传统建筑行业廉价、无限的劳动力供应时代已经结束，施工企业向高效生产和信息化管理的方向进行转型是必经之路。基于此，首先对智能建造和智能监测的本质、施工信息智能监测架构等理论进行研究，开发了“尚理工”施工智能监测平台来实现施工信息的集成化监测与管理，实现“一平台、一张图、一张网”式的施工监管模式。同时基于BIM、物联网(IoT)、Unity WebGL等提出施工信息监测子模块技术方案，并以基坑监测模块为例进行实现，以期提高施工现场的信息化、智能化监测水平，推动“互联网+建筑”的新型智能生产模式。

1 智能建造的本质研究

一般来说，智能建造是指在建造过程中充分利用BIM、物联网、大数据、云计算、移动通讯等信息化技术对建造进行赋能，使之与施工现场的生产、管理深度结合，从而提高施工现场的管理水平，最终实现全产业链能效提升、资源价值最大化的生产模式，目前智能建造的价值主要体现在智慧工地的应用中。

智慧工地则是通过综合运用“大、云、移、物、智”等手段来实现施工现场“人、机、料、法、环、测”的信息化管理，实现“智能监测、数据协同、安全管理、科学决策、综合治理”的施工项目管理[10]。目前智慧工地在视频监控、实名制考勤、人员安全管理、施工机械监测、环境监测、车辆管理等方面应用较为成熟。同时，项目通过搭建智慧工地管理平台，打通各智慧工地场景业务流，可以实现一个平台、两种终端(PC端、移动端)、三方监管(业主方、承包方、施工方)的全方位立体实时地对整个项目进行简单高效的数字化管理。

1.1 自动化、智能化、智慧化建造间的关系

智能建造与智慧建造是两个概念，智能建造是智慧建造的基础，智慧建造是智能建造发展的下一阶段。如图3所示，可将建造方式的发展划分为自动化、智能化、智慧化三个阶段。

“自动化”即过去几十年间传统的施工生产方式，主要通过各种施工机械(如升降机、钢筋卷材机等)、施工运输工具(如混凝土泵车、汽车吊等)、流水线等设备来辅助施工，提高生产效率，但这一阶段对施工数据的信息化利用程度较弱。

“智能化”即通过BIM、IoT、大数据等新一代信息技术来实现施工资源的监测、整合与高效利用，初步以信息化手段来代替人力，实现项目的精细化信息化管理，但这一阶段基本没有人工智能的参与。

“智慧化”即在“智能化”发展成熟的基础上，引入人工智能，通过人工智能(AI)、虚拟现实、施工机器人等算法及设备，实现施工现场的人机交互、感知、决策、执行和反馈，这一阶段将极大解放人力，从体力替代逐渐发展到脑力增强，从而提升项目的创造力和科学决策能力，此阶段可总结为是大数据、AI等信息技术和智能设备与工程建造技术的深度融合与集成。

如图3所示，自动化的核心是各类机械设备；智能化的核心是高效采集、整合、利用数据；智慧化的核心则是用AI算法替代人力生产。目前我国建筑行业正处于并将长期处于建造方式的第二阶段，即智能化建造阶段。

图3 建造方式发展三阶段Fig.3 Three development stages of construction modes

1.2 智能建造的本质是信息监测

智能建造有三大显性作用:第一是提高生产效率，第二是降低劳动强度，第三是减少甚至规避质量安全隐患。总结来讲，可用“监测”二字来概括这三大作用，如图4所示，无论是AI摄像头、门禁系统等对人员的监测，还是各类传感器对基坑、高支模、塔机、车辆、物料等的监测，亦或是环境采集设备对空气、污水、室温等的监测等等，都是通过在施工现场安装各种传感装置来构建智能监控防范体系，以弥补传统方法和技术在管理中的缺陷，从而实现对“人、机、料、法、环”的全方位实时监测。整个过程通过“数据采集—信息记录—数据分析—快速反应”的方式将工程监测的被动“监督”转换为主动“监控”。因此，研究将以智能监测为切入点，对施工信息智能化的体系架构、集成平台及子模块应用等进行深入探讨。

图4 智能建造的本质Fig.4 The essence of intelligent construction

2 施工信息智能化监测架构研究

2.1 基于BIM的施工信息智能监测体系框架

基于BIM的施工信息智能监测体系框架由五大部分组成，从下往上依次为：设备支持层、模型数据层、技术支撑层、项目应用层和网端展示层，如图5所示。

图5 施工信息智能监测体系框架Fig.5 The frame for the intelligent monitoring system of construction information

每个层次包含特定的信息描述模块，并且均遵循“重力原则”：每个层次只能引用同层和下层的信息资源，而不能引用上层的资源。这样，当上层资源发生变动时，下层资源不会受到影响，能极大保证信息系统的稳定性。同时，各层次及各层次内子模块间的相互联结作用为项目施工管理提供了协同化、智能化的信息交互与共享。

其中，设备支持层主要由网络设备、计算机硬件设备、数据采集传输设备以及物联网终端设备等能够实现施工数据采集、数据录入、数据传输、成果展示等功能的硬件及装置组成。

模型数据层是指BIM模型中的基础数据和施工资料等，主要是由几何信息、空间信息、物理信息、成本信息以及运输信息等组成，其主要功能是对有效数据进行创建、管理和利用。

技术支撑层是创建BIM模型、开发智能化平台、实施工作流等所需具备的技术条件，每一种或多种技术由专人负责，主要包括对BIM建模软件、BIM应用软件及BIM二次开发技术的掌握，以及对Web开发技术、数据库管理技术、接口创建技术、工作流引擎及WebGL图形引擎开发技术的掌握。

项目应用层是通过对BIM模型数据、物联网监测数据等信息的集成以及引入点云扫描、3D打印等新兴技术，对传统项目管理中进度、质量、安全、物资、成本、劳务等方面的监测管理进行智能化、数字化、协同化的提升与优化。

网端展示层即将上述所有层次中产生的模型数据、工程监测数据、实际应用等以可视化、交互化的形式展示在网端智慧工地监测平台以及APP中，实现施工阶段监测信息的数字孪生。

2.2 智能监测管理功能架构

同时，在传统的施工建造过程中，对进度、质量、安全、成本的监测一直是项目管理的核心，然而这些工作大部分依靠人力来完成，很多过程数据和成果无法形成无纸化、数字化的交付，使得施工生产效率低下。住建部在《中国建筑施工行业信息化发展报告(2017)——智慧工地应用与发展》的调查中表明：全国应用智能化施工的项目不足30%，且应用点基本局限于对进度的把控，并没有很好地从施工技术管理向施工全面管理进行拓展[11]。

因此，基于BIM的智能化监测体系，通过以BIM模型为载体，结合物联网、移动通讯等信息技术，可以实现施工管理各条线的信息化监测，且全盘打通劳务监测、安全监测、物资监测、进度监测等各条线的数据进行整合，从而提高施工现场的生产效率和管理效率，并减少工程安全隐患。智能监测管理功能架构如图6所示。

图6 智能监测管理功能架构Fig.6 The structure for management functions of intelligent monitoring

3 “尚理工”施工智能监测平台的研发

基于BIM的施工信息智能监测体系框架和智能监测管理功能架构研究的基础上，通过计算机技术、WebGL图形引擎技术等研发“尚理工”施工智能监测平台来实现施工信息的集成化监测与管理。即通过“一平台、一张图、一张网”式的施工管控模式全盘打通安全监测、劳务监测、物资监测等方面的数据进行整合，提高施工现场的生产效率、管理效率及决策能力等。

3.1 平台架构

“尚理工”施工智能监测平台(简称“平台”)采用B/S(Browser/Server，浏览器/服务器)架构以及MVC(Model/View/Controller，模型/视图/控制器)框架，采用MVC框架的好处是可以实现视图层和业务层的分离，耦合性较低，对视图层代码的更改无需重新编译模型层代码，同时MVC框架重用性高，可以允许不同样式的视图访问同一服务器，能极大提高开发效率[12]。

“平台”前端使用HTML5+CSS3+JavaScript语言，后端使用ASP.NET语言，ASP.NET是微软公司推出的基于.NET Framework的Web开发平台，本质是一系列封装的.dll类库。ASP.NET有两大核心优势，其一是安全性高，用户在使用网页系统时，只能获取到其HTML内容，无法获取后端脚本内容；其二是语言兼容性强，ASP.NET可满足C++、C#、Python、JavaScript等编程语言对其进行开发，并且用户可在Windows、Linux、Mac等系统实现跨平台开发和部署Web应用[13]。“平台”MVC模型结构如图7所示，ASP.NET体系结构与MVC的对应关系如图8所示。

图7 “平台”MVC模型结构Fig.7 The model structure of platform MVC

图8 ASP.NET与MVC的对应关系Fig.8 The corresponding relations of ASP.NET and MVC

3.2 BIM模型网页端WebGL轻量化显示的开发

施工智能监测平台中项目BIM模型的轻量化显示是很重要的一部分内容，作为数据的载体，BIM模型在网页中应具备模型浏览、路径漫游、查看构件属性、数据交互等功能。

“平台”采用BIMFACE引擎进行BIM模型网页端WebGL轻量化的开发，BIMFACE是国内一款优秀的BIM模型二次开发引擎，其聚焦于模型的浏览与管理，具有低代码、多功能、高性能等优势。BIMFACE解决了“文件格式解析”“模型图纸浏览”和“BIM数据存储”的问题，用户可基于BIMFACE进行功能拓展，开发自定义的BIM应用。BIMFACE的总体数据架构如图9所示，即“上传源文件—文件格式转换—生成数据包—加载到浏览器—用户自定义开发—用户自定义部署”等。

图9 BIMFACE数据架构Fig.9 The structure of BIMFACE data

在BIMFACE引擎的控制台界面完成上传模型、文件格式转换等基础工作后，即可下载离线数据包并部署到本地服务器，通过在本地服务器调用模型数据来进行功能性的开发。

BIMFACE提供了模型剖切、查看构件属性、加载GIS、控高分析、贴图设置、背景设置、模型批注等多种功能的类接口。通过对平台BIM模型展示的需求进行分析，认为“平台”模型展示应具备两个条件：一是加载速度要快，因为模型是与网站首页其他标签一起渲染展示的，若模型加载速度太慢，会影响整个网站界面的体验感；二是使用功能只要能满足模型浏览、属性查看、信息交互等基本功能即可，因为在“平台”首页部署BIM模型的目的是为了让项目参与者对项目有个直观的认识，并且通过点击构件能获取相应数据信息，其他功能并不需要在首页进行展示，同时过多功能的堆砌也会降低模型加载的速度。

基于上述分析，确定“平台”BIM模型轻量化展示的功能为：“主视角查看”“自动旋转查看”“框选模型”“测量距离”“模型剖切”“漫游模式”“查看构件属性”以及“查看构件数据”等。图10即经过网页开发、浏览器渲染后的BIM模型网页端WebGL轻量化显示页面，可通过键鼠等操作进行模型的三维浏览与交互，页面下方的工具栏即实现了上述自定义的功能。图11为在网页界面查看BIM模型中各构件的属性，以该模型为例，该模型为Revit文件导入转换，故显示选中构件在Revit软件中的族信息、属性栏中的实例信息以及项目物联网接口传输的数据等。

图10 BIM模型轻量化显示界面Fig.10 Lightweight display interfaces of a BIM model

图11 模型构件信息Fig.11 The model information of structure members

3.3 平台集成界面的实现

在完成对平台系统架构的梳理及实现BIM模型的网页端轻量化显示后，进一步完成对“尚理工”施工智能监测平台的研发，平台集成界面如图12所示。

图12 施工智能监测平台集成界面Fig.12 The integrated interface for the intelligent monitoring platform of construction

“尚理工”施工智能监测平台集成界面由功能导航栏、工程信息栏、项目公告栏、模型栏、进度监测栏以及劳务监测栏、技术监测栏、质量监测栏、安全监测栏等组成，通过BIM模型、BI数据可视化(柱状图、饼图、节点图等)的形式对项目各条线监测信息形成一个初步的总览。

其中集成界面各监测管理系统具有独立的模块及数据库，点击功能导航栏中各监测模块即可进入相应的监测子系统，这不仅体现了高内聚、低耦合的信息集成管理理念，同时也实现了“一平台、一张图、一张网”式的信息监测管控模式。

4 基于Unity WebGL的施工信息监测子模块的实现——以基坑监测子模块为例

完成对施工智能监测集成平台的研发后，提出基于BIM+IoT+UnityWebGL的施工信息监测子模块技术实现方式，子模块指的是包含基坑监测子模块、物料监测子模块、车辆监测子模块等需要在网页端通过BIM模型展示监测数据的施工业务。整个子模块实现的技术过程包含“该子模块传统监测方式的难点梳理—该子模块信息化监测的系统架构—该子模块智能监测系统的研发—部署至监测集成平台”等四大步骤，下面以基坑沉降监测子模块为例进行研究与实现。

4.1 传统基坑沉降监测难点梳理

传统基坑沉降监测的流程一般为：由施工单位制定基坑监测方案，并埋设传感器进行基坑位移、沉降、变形等数据的采集，项目安全员每日对采集的数据进行整理制表，并提交项目经理处审核。若监测数据超过预警值，则报业主、设计、施工、监理等方进行基坑安全的论证，同时出具相应整治措施，如图13所示。

传统基坑监测方式存在很多缺陷，例如[14-15]：

1)基坑监测流程全部走下来，往往需要多个工作日，各方对预警基坑进行论证时，数据的及时性不能保证，影响项目决策。

2)每日由人工整理、绘制基坑监测日报，不但费时费力，数据的准确性也无法保证。

3)如遇突发性的基坑安全问题，项目不能及时的预警会对人身安全、工程经济等造成严重的损失。

4)每日纸质的基坑监测数据不易进行归档和对比分析，面对大量的基坑监测信息，很难对基坑的下一步发展进行科学的预测，同时也不利于形成规范化的基坑监控管理体系。

4.2 基坑沉降信息化监测子模块的系统架构

首先，提出基于BIM+IoT+WebGL的施工监测信息实时可视化显示解决方案：即通过建立待监测对象的BIM模型，并利用WebGL开发等技术将监测信息接入模型中，形成网页端可视化的监测模块，然后再通过Web开发将此监测模块部署进施工智能监测平台中，实现在网页端通过BIM模型实时查看每一个测点的数据，以及以BIM可视化图表的形式查看测点历史数据的变化趋势等信息。

其中IoT是通过各种信息传感器、RFID、红外感应器、激光扫描器等设备将人、物、互联网三者连接起来，实现物与物、物与人间的泛在连接[16]。

其中WebGL是一种3D绘图协议，是通过增加OpenGL ES2.0的一个JavaScript绑定，为HTML5 Canvas提供硬件3D渲染，这样用户就可以在浏览器中流畅地观看三维可视化模型[17]。

图14即利用BIM、IoT、WebGL等技术实现施工监测数据实时可视化的流程：通过Unity3D等图形开发软件将物联设备监测的数据接入到BIM信息数据库中，并发布为WebGL协议，再链接到智能监测平台中，即可打通BIM模型、物联网数据与WebGL图形技术的结合，实现带实时实测物联信息的BIM模型在网页端的可视化管理，同时可实现基于三维模型的数据展示、图形展示、图表输出、可视化预警等功能，最终实现工程建设阶段的监测数据数字孪生。

图14 施工监测信息实时可视化解决方案Fig.14 Real-time visualization solutions for construction monitoring information

在解决施工监测信息的可视化后，即可进行基坑沉降信息化监测系统的研究，如图15所示，基坑沉降信息化监测系统由以下四个模块组成：1)传感器监测模块;2)数据传输模块;3)数据可视化模块;4)信息化管理模块。

图15 基坑位移信息化监测系统架构Fig.15 The information monitoring system of deep excavation

传感器监测模块即通过现场的物联采集设备进行基坑沉降的数据记录与存储；数据传输模块即通过JSON交换格式将基坑测点数据库与Unity3D开发平台进行交互；数据可视化模块即上文提出的施工监测信息实时可视化显示解决方案；信息化管理模块包含基坑测点可视化、基坑数据可视化、基坑数据实时更新、历史数据图表查看和基坑可视化预警等功能，在这个模块中，基坑监测数据是基础，基坑可视化BIM模型是载体，系统能够通过用户对基坑模型的操作获取测点的实时数据，同时系统能自动根据所上传的测点数据进行计算，数据超出预警值的，主动进行可视化预警。

4.3 基于BIM+UnityWebGL的基坑沉降智能化监测子模块的开发

4.3.1建立基坑BIM模型

通过Revit软件建立基坑BIM模型，Revit软件自带大量建立基坑模型所需要的族，如结构柱、结构梁、结构板、桩基、承台等，未包含的族可通过内建常规模型的方式建立。由于建立BIM模型不是这里讨论的重点，所以这里不对Revit软件建立基坑模型的具体操作进行阐述。基坑BIM模型如图16所示，模型建立完成后，将其导出为.FBX文件格式，以为后续与Unity3D软件进行交互做准备。

图16 基坑BIM模型Fig.16 BIM model of deep excavation

4.3.2建立基坑测点数据接口

建立基坑测点数据接口即图15系统架构中的数据传输模块，需将项目人员每日记录的位移监测日报中的数据录入数据库中，并通过建立HTTP通讯接口规范，在后续Unity3D开发中实时调用基坑测点数据。

根据项目需要及实际监测情况，建立“获取位移测点数据接口”“获取倾角测点数据接口”“获取轴力测点数据接口”以及“获取水位测点数据接口”，接口地址统一为http://139.196.139.164∶8090/i/+各类接口类型+URL参数的形式。

由于讨论的是基坑沉降监测，故仅对“获取位移测点数据接口”进行开发，如表1所示。

表1 位移测点数据接口Table 1 The data interface from displacement measurement points

基坑测点数据接口建立完成后，即可进行数据库的建立，即将位移监测日报中的值传入数据库中。这里预先采用了对监测硬件设备进行数据转换开发的方式，来实现监测设备采集的原始数据在施工现场的服务器里可以自动转换成数据库可以接受的JSON“键-值”式数据格式，从而消除了人工导入数据等操作。这里应注意的是，数据库的输入是以日期输入，即每次输入同一天所有测点的值，而数据库的输出是以测点编号输出，及每次输出同一测点不同日期的值。例如，数据库输出FW1-01测点的地址应是：http://139.196.139.164:8090/i/out going/findAllShift?pageNum=1&pageSize=10&poi_name=FW1-01。

同时，根据《上海市基坑工程在线监测实施方案》[18]中规定：基坑监测方应每日完成一次监测工作，并及时上传数据至平台。本项目在连续开挖等特殊工况下会分时监测三次，所以基坑监测每天产生的数据量为：(1～3)×监测点位数×监测项数，数据量不大，对现场设备的带宽及数据库的内存等性能要求较低，能够满足数据传递的高效性、及时性和准确性。

4.3.3在Unity3D中进行基坑沉降智能化监测子模块的开发

近年来，Unity3D被广泛应用于建筑业的BIM领域，在建筑信息模型的可视化、虚拟建筑的人机交互等方面占有很大优势。同时，在Autodesk University 2018大会上，Unity发布了Unity Reflect来促进BIM软件与Unity3D的数据互通性，这将是未来实现智能监测不可或缺的工具[19-20]。

如图17所示为在Unity3D平台中进行基坑沉降监测子模块的开发过程，首先在Unity3D软件中新建一个Project，并在Project里面新建pumpcar-check.asp、showObject.cs、Camera.cs、Follow UI.cs等功能性代码文件，并对项目中的代码、类、变量等进行预定义。

图17 Unity中开发子模块Fig.17 Submodules in Unity

其次在图形界面新建Scene，并导入第一步保存的基坑.FBX模型文件，同时在所有基坑点位上建立相应的Sphere实体，即每一个Sphere实体代表所处位置的基坑点位。这里建立Sphere实体的目的是希望通过点击每一个Sphere来显示相应位置基坑测点的数据实测值(Sphere实体即图17中模型上的绿色小球)。

然后将第二步所建立的基坑数据库接入到本地数据库中，以实现数据的安全性，这里只需在showObject.cs文件中做一个数据的映射即可。

接着是在pumpcarcheck.asp文件中通过JSON交互语言将Unity3D中建立的每一个Sphere实体与本地的基坑数据库进行对接，使得每一个Sphere实体具有实测的基坑沉降信息。

这样就完成了基坑测点数据与Sphere实体的对接，最后是实现数据的展示部分，这里的思路是为每个Sphere实体建立用户界面数据显示框来显示数据，本数据显示框为点击每一个Sphere实体所触发的事件。这样，在Unity3D中便完成了对基坑沉降智能化监测子模块的开发，如图18所示，用户可通过键鼠操作实现对基坑模型的浏览，通过点击任一Sphere实体即可查看相应基坑的实时沉降信息，包括每一个基坑点位的编号、名称、本次沉降量及累计沉降量等。同时如若沉降量超过后台预设的沉降限制(单日沉降±2 mm，累计沉降±20 mm)，此点位的Sphere实体会以红色显示，起到实时预警作用。

图18 Unity3D中的基坑沉降情况Fig.18 Displacement caused by deep excavation in Unity 3D

4.3.4发布为WebGL协议

通过Unity3D对基坑沉降智能化监测子模块开发完成后，即可发布为WebGL协议，Unity3D中自带发布WebGL协议的接口，此WebGL协议主要由.js、.json、.unityweb等文件组成，点击index.html文件即可在网页端查看开发完成的基坑监测Unity3D模型。

4.4 部署子模块至信息监测集成平台

最后即在“尚理工”施工智能监测平台中部署基坑监测子模块，通过植入上述index.html等文件即可，其余开发方式与平台首页开发思路相同，不再过多赘述。如图19所示为监测平台中基坑监测模块，模块由四部分组成，分别为基坑模型栏、基坑测点布置图栏、测点每日垂直位移表以及测点累计垂直位移表，平台可实时可视化地查看现场基坑测点的沉降值，同时点击相应基坑测点可以图表形式查看该测点沉降值的变化规律。

图19 平台基坑监测子模块Fig.19 The monitoning for sub-module for deep excavation in the platform

“基坑模型栏”即上文通过Unity3D开发的基坑监测模块，可通过鼠标点击任一绿色小球查看相应位置测点的基坑沉降信息，信息包括编号、测点名称、变化量(垂直)、累计变化量(垂直)等。同时，如若沉降量超过后台预设的沉降限制，此点位的绿色小球会以红色显示，起到实时预警作用。

“基坑测点布置图栏”即该项目的测点布置图，方便用户对照示意图在基坑模型中进行点选，具有很好的直观性和指导性。

“测点每日垂直位移表”即在基坑模型栏中点选相应测点后，出现该测点近两周的每日垂直位移数值，同时设每日位移限制±2 mm用于警示。

“测点累计垂直位移表”即在基坑模型栏中点选相应测点后，出现该测点近两周的累计垂直位移数值，同时设累计位移限制±20 mm用于警示。

5 结束语

通过提出基于BIM的施工信息智能监测体系框架、智能监测管理功能架构，并开发“尚理工”施工智能监测平台，取得如下效益：

1)施工信息智能化监测架构的提出，实现了新一代信息技术在施工监测中的融合应用，将工程监测的被动“监督”转换为主动“监控”，推动了互联网+建筑的新型智能生产模式。

2)通过国产引擎BIMFACE进行三维模型网页端WebGL的轻量化开发，实现了低代码、多功能、高性能的对BIM数据进行可视化处理。

3)“一平台、一张图、一张网”式的施工监测模式全盘打通了劳务监测、安全监测、物资监测、进度监测等各条线的数据进行整合，从而提高施工现场的生产效率和管理效率，并有效减少工程安全隐患。

4)通过建立“尚理工”施工智能监测平台，实现了工程对人、机、料、法、环等全方位信息的监测采集和汇总分析，构建了以企业、工程现场为主、辅助政府监管平台的三级联动模式，打通了项目各参与方间的信息传递，提高了工程的监管和服务能力，有助于企业对现场进行远程管理和对安全隐患进行快速有效的处理，更好地推动了工程建设向精细化、集约化发展。

同时，通过研究基于BIM+IoT+UnityWebGL的施工信息监测子模块技术实现方式，并以基坑沉降监测子模块为例，提出基坑沉降信息化监测系统架构、开发基坑沉降监测子模块系统，取得如下效益：

1)施工信息监测子模块技术的提出，可适用于任何需要在网页端通过BIM模型展示监测数据的施工业务，并可拓展到运维业务，整个过程移植性强、可复用性强。

2)在基坑沉降信息化监测系统中，通过建立基坑监测数据库，有利于项目对基坑监测数据进行更好的分析和预测，同时有利于形成规范化、信息化的基坑监控监管体系。

3)通过将基坑监测数据与BIM平台关联，实现了基坑监测数据的可视化管理，保证了基坑数据的及时性和有效性，项目人员可以高效、直观地获取相应测点的数据(BIM模型+数据曲线)。

4)系统可以及时对预警基坑进行可视化的报警，对人身安全、工程经济等起到了很好的保障作用。

进一步地，后续工作将在基坑沉降信息化监测系统应用的基础上，继续完善提出的智能化监测体系，以及总结高效利用监测数据的方式，并全盘应用到车辆监测、物料监测、地下水位监测等其他子模块中。