基于BIM-GIS技術的場地土石方調配應用研究

李志輝

（重慶市勘測院， 重慶 401121）

0 引言

我國地形復雜且變化多樣，其中以山區覆蓋面積最多，超過國土總面積的一半，而其中眾多的城鎮都修建在這些山地和丘陵中，因此在道路修建、城鎮建設中土地的開發成本較高且困難較大。改革開放以后，我國的經濟得到快速的增長，人們對道路、城市建設要求越來越高，基礎設施的建設也發生著翻天覆地的變化，實際道路橋梁建設、房地產開發、工業產業布局中均涉及土石方工程的建設。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、確定最優調配方案等直接影響工程項目的投資預算。因此，精確、快速、合理的土石方調配已成為土石方工程項目的熱點問題[1-3]。

1 土石方調配的應用現狀

土石方調配存在于場平、道路、房建基礎等工程領域，特別是大型平場中，土石方調配對施工進度、建設成本、環境保護都起著重要的作用。土石方調配問題已得到行業的重視，調配方案的研究在不斷深入，并逐步應用于工程實踐。土石方調配研究理論有線性規劃理論、 動態規劃理論、多目標優化理論、大系統分解協調理論等，隨著人工智能的發展，也有研究者結合軟件開發研究該領域的方法與技術。

目前，土石方調配主要集中于二維調配模擬，精細化、可視化、真實性程度較低，現階段GIS技術和BIM技術在國內工程領域中已得到逐步發展，這兩項技術的結合可實現土石方調配的三維模擬，做到調配精確、動態調整可視化。而BIM技術與GIS相結合在土石方調配的應用相對較少，本文主要介紹BIM-GIS技術在場地土石方調配中的實際應用[4-5]。

2 BIM-GIS技術在土石方調配中的應用思路

GIS（Geographic Information System，地理信息系統）在近幾年得到迅速發展，是一種結合了多種學科的空間信息分析技術，將GIS技術和其他輔助手段相結合，可以準確的計算出場地整治的挖填方量。在國內，GIS技術已廣泛應用于土地整治、城鎮規劃等領域，有研究者利用GIS技術與excel結合研究土石方計算及調配，并取得了相應的成果[6]。

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型系統）技術主要應用在工程建設中設計工具和管理平臺兩方面，近幾年也在國內工程建設領域掀起變革潮流。BIM技術通過建立參數模型分析具體工程項目的相關信息，能夠很好的共享和傳遞從項目策劃、運行到最后維護的整個周期過程，使得工程技術人員對各種項目都能做出準確的理解和高效的應對，為設計團隊以及包括運營單位在內的各方建設主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用[7]。

下面簡單介紹兩種技術的應用：

GIS基礎應用：（1）測量項目區域地形數據；（2）地形數據處理（矢量化），建立規則的數據結構模型DEM（Digital Elevation Model，即數值高程模型）；（3）運用GIS技術取得場地地面數據信息。

BIM技術應用：（1）結合GIS地形數據資料，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運施工便道；（3）利用BIM模型提供的挖填信息細化場地土石方，結合單位運距確定調運成本最經濟、施工最合理的調配方案。

3 BIM-GIS技術在土石方調配中的應用實例

本次應用項目為魚復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。結合工程實例，BIM-GIS技術應用流程。

結合 GIS數據和最新無人機航攝影像資料，建設劃定范圍及周邊區域高精度三維地形模型，根據設計資料，提取各類要素（地塊范圍線、挖填分界線、高壓走廊等），整合到三維地理環境中，以此作為土方調配依據。通過三維地形模型分析、實時評估和動態優化技術，結合土方轉運便道，按照建設施工成本最優化原則，提供最經濟、科學、直觀的土石方調配方案。

結合地塊平場設計資料和三維數字地形數據，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運施工便道，結合上述工作成果，完成對土石方調運最優方案的設計，實現精準調配節約投資，合理的路徑規劃利于文明施工、生態環保，動態調整可視化便于指導工程建設。

4 結語

土石方調配是工程施工前重要的前期準備工作，對整個工程的建設、環境的影響都有重要的作用。本文以魚復汽車城平場工程為實例，應用BIM-GIS技術實現了三維地形模型分析、實時規劃、動態調整，特別是地形復雜地區的土石方工程，可以提供最經濟、科學、合理、直觀的土石方調配方案，節約工程投資，減少對項目周邊環境的影響。

[1] 曲世潔.GIS結合Excel在土方計算及調配中的應用研究[D].大連：大連理工大學.2011

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

[3] 陳青，袁登瓊，何曉琴.土石方調配中經濟運距的確定[J].公路交通技術：2003(4)

[4] 呂全軍.路基土石方經濟運距新算方法及應用[J].重慶交通學院學報:2005(5)

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

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

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