基于BIM-GIS技術(shù)的場地土石方調(diào)配應(yīng)用研究

李志輝

（重慶市勘測院， 重慶 401121）

0 引言

我國地形復(fù)雜且變化多樣，其中以山區(qū)覆蓋面積最多，超過國土總面積的一半，而其中眾多的城鎮(zhèn)都修建在這些山地和丘陵中，因此在道路修建、城鎮(zhèn)建設(shè)中土地的開發(fā)成本較高且困難較大。改革開放以后，我國的經(jīng)濟(jì)得到快速的增長，人們對道路、城市建設(shè)要求越來越高，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也發(fā)生著翻天覆地的變化，實際道路橋梁建設(shè)、房地產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)布局中均涉及土石方工程的建設(shè)。常見的土石方工程有：場地平整、基坑（槽）與管溝開挖、路基開挖、人防工程開挖、地坪填土，路基填筑以及基坑回填等，其中路基施工、場地整治最為典型。場地整治中場地土石方計算、合理確定施工便道、確定最優(yōu)調(diào)配方案等直接影響工程項目的投資預(yù)算。因此，精確、快速、合理的土石方調(diào)配已成為土石方工程項目的熱點問題[1-3]。

1 土石方調(diào)配的應(yīng)用現(xiàn)狀

土石方調(diào)配存在于場平、道路、房建基礎(chǔ)等工程領(lǐng)域，特別是大型平場中，土石方調(diào)配對施工進(jìn)度、建設(shè)成本、環(huán)境保護(hù)都起著重要的作用。土石方調(diào)配問題已得到行業(yè)的重視，調(diào)配方案的研究在不斷深入，并逐步應(yīng)用于工程實踐。土石方調(diào)配研究理論有線性規(guī)劃理論、 動態(tài)規(guī)劃理論、多目標(biāo)優(yōu)化理論、大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論等，隨著人工智能的發(fā)展，也有研究者結(jié)合軟件開發(fā)研究該領(lǐng)域的方法與技術(shù)。

目前，土石方調(diào)配主要集中于二維調(diào)配模擬，精細(xì)化、可視化、真實性程度較低，現(xiàn)階段GIS技術(shù)和BIM技術(shù)在國內(nèi)工程領(lǐng)域中已得到逐步發(fā)展，這兩項技術(shù)的結(jié)合可實現(xiàn)土石方調(diào)配的三維模擬，做到調(diào)配精確、動態(tài)調(diào)整可視化。而BIM技術(shù)與GIS相結(jié)合在土石方調(diào)配的應(yīng)用相對較少，本文主要介紹BIM-GIS技術(shù)在場地土石方調(diào)配中的實際應(yīng)用[4-5]。

2 BIM-GIS技術(shù)在土石方調(diào)配中的應(yīng)用思路

GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）在近幾年得到迅速發(fā)展，是一種結(jié)合了多種學(xué)科的空間信息分析技術(shù)，將GIS技術(shù)和其他輔助手段相結(jié)合，可以準(zhǔn)確的計算出場地整治的挖填方量。在國內(nèi)，GIS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于土地整治、城鎮(zhèn)規(guī)劃等領(lǐng)域，有研究者利用GIS技術(shù)與excel結(jié)合研究土石方計算及調(diào)配，并取得了相應(yīng)的成果[6]。

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型系統(tǒng)）技術(shù)主要應(yīng)用在工程建設(shè)中設(shè)計工具和管理平臺兩方面，近幾年也在國內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域掀起變革潮流。BIM技術(shù)通過建立參數(shù)模型分析具體工程項目的相關(guān)信息，能夠很好的共享和傳遞從項目策劃、運行到最后維護(hù)的整個周期過程，使得工程技術(shù)人員對各種項目都能做出準(zhǔn)確的理解和高效的應(yīng)對，為設(shè)計團(tuán)隊以及包括運營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[7]。

下面簡單介紹兩種技術(shù)的應(yīng)用：

GIS基礎(chǔ)應(yīng)用：（1）測量項目區(qū)域地形數(shù)據(jù)；（2）地形數(shù)據(jù)處理（矢量化），建立規(guī)則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型DEM（Digital Elevation Model，即數(shù)值高程模型）；（3）運用GIS技術(shù)取得場地地面數(shù)據(jù)信息。

BIM技術(shù)應(yīng)用：（1）結(jié)合GIS地形數(shù)據(jù)資料，計算場地的填挖方量及邊坡信息；（2）利用BIM三維模型確定場地土方轉(zhuǎn)運施工便道；（3）利用BIM模型提供的挖填信息細(xì)化場地土石方，結(jié)合單位運距確定調(diào)運成本最經(jīng)濟(jì)、施工最合理的調(diào)配方案。

3 BIM-GIS技術(shù)在土石方調(diào)配中的應(yīng)用實例

本次應(yīng)用項目為魚復(fù)汽車城地塊平場工程，其平場地塊總面積約3222畝，地塊總挖方量約2232萬方，填方量約1433萬方，挖余798萬方。結(jié)合工程實例，BIM-GIS技術(shù)應(yīng)用流程。

結(jié)合 GIS數(shù)據(jù)和最新無人機(jī)航攝影像資料，建設(shè)劃定范圍及周邊區(qū)域高精度三維地形模型，根據(jù)設(shè)計資料，提取各類要素（地塊范圍線、挖填分界線、高壓走廊等），整合到三維地理環(huán)境中，以此作為土方調(diào)配依據(jù)。通過三維地形模型分析、實時評估和動態(tài)優(yōu)化技術(shù)，結(jié)合土方轉(zhuǎn)運便道，按照建設(shè)施工成本最優(yōu)化原則，提供最經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、直觀的土石方調(diào)配方案。

結(jié)合地塊平場設(shè)計資料和三維數(shù)字地形數(shù)據(jù)，將各場平地塊分別劃分成若干小地塊，并利用BIM平臺的土石方計算功能，快速計算出各新地塊的土石方量。

利用BIM三維模型組織土方轉(zhuǎn)運施工便道，結(jié)合上述工作成果，完成對土石方調(diào)運最優(yōu)方案的設(shè)計，實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)配節(jié)約投資，合理的路徑規(guī)劃利于文明施工、生態(tài)環(huán)保，動態(tài)調(diào)整可視化便于指導(dǎo)工程建設(shè)。

4 結(jié)語

土石方調(diào)配是工程施工前重要的前期準(zhǔn)備工作，對整個工程的建設(shè)、環(huán)境的影響都有重要的作用。本文以魚復(fù)汽車城平場工程為實例，應(yīng)用BIM-GIS技術(shù)實現(xiàn)了三維地形模型分析、實時規(guī)劃、動態(tài)調(diào)整，特別是地形復(fù)雜地區(qū)的土石方工程，可以提供最經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、合理、直觀的土石方調(diào)配方案，節(jié)約工程投資，減少對項目周邊環(huán)境的影響。

[1] 曲世潔.GIS結(jié)合Excel在土方計算及調(diào)配中的應(yīng)用研究[D].大連：大連理工大學(xué).2011

[2] 孫興.基于GIS的公路土石方調(diào)配研究與實現(xiàn) [D].長沙：中南大學(xué).2012

[3] 陳青，袁登瓊，何曉琴.土石方調(diào)配中經(jīng)濟(jì)運距的確定[J].公路交通技術(shù)：2003(4)

[4] 呂全軍.路基土石方經(jīng)濟(jì)運距新算方法及應(yīng)用[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報:2005(5)

[5] 吳楊,劉衛(wèi)國,胡圣軍.基于GIS的土方工程量自動計算及調(diào)配軟件研究[J].湖南文理學(xué)院學(xué)報:2004,16(4)

[6] 李德超，張瑞芝.BIM 技術(shù)在數(shù)字城市三維建模中的應(yīng)用研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2012,18（1）

[7] 印明.市政工程設(shè)計中BIM技術(shù)的發(fā)展前景[J].城市道橋與防洪，2012,1（7）