基于BIM+GIS的道路橋梁運維管理平臺建設(shè)

房洪福

摘 要：本文針對以路橋為代表的市政工程，重點解決長距離線性工程BIM和GIS的數(shù)據(jù)融合和可視化應(yīng)用展示問題，以BIM為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，充分挖掘運維管理的實際業(yè)務(wù)需求，開發(fā)基于BIM+GIS的路橋運維管理平臺，輔助運維管理決策、提升運維管理水平。

關(guān)鍵詞：BIM;道路橋梁;管理平臺

中圖分類號：U418;U445.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

近年來，BIM技術(shù)在建設(shè)項目全壽命周期階段均得到大量應(yīng)用和發(fā)展，尤其運維階段的BIM應(yīng)用成為研究的熱點。對于市政交通基礎(chǔ)設(shè)施來說，其具有運維范圍廣、成本高、周期長以及社會責(zé)任大、不確定因素多等特點，對運維效率和管理手段提出了更高的要求。交通運輸部在《關(guān)于全面深化交通運輸改革的意見》中對公路養(yǎng)護(hù)管理的信息化改革提出了具體的要求;在《關(guān)于推進(jìn)公路水運工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》中明確指出，要加強BIM數(shù)據(jù)應(yīng)用，提升養(yǎng)護(hù)管理效能。

1 道路橋梁運維管理平臺的建設(shè)需求

多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合城市市政交通基礎(chǔ)設(shè)施的運維管理對象眾多，包含了主體設(shè)施BIM數(shù)據(jù)、三維和二維GIS數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)等大量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)。BIM模型包含道路主體、土建附屬、電氣照明、綠化景觀、給排水管線、交通監(jiān)控等多類型、多專業(yè)的設(shè)施設(shè)備，需要GIS數(shù)據(jù)更關(guān)注外部環(huán)境信息且覆蓋范圍更大，一般包括傾斜攝影、衛(wèi)星影像、激光點云等數(shù)據(jù)，各自遵循不同的數(shù)據(jù)格式。業(yè)務(wù)管理則涉及大量物聯(lián)監(jiān)測數(shù)據(jù)、工單表單、報表、文檔、圖片、視頻等，數(shù)據(jù)分散、異構(gòu)且繁雜。因此不僅要考慮從設(shè)計、施工階段積累的模型數(shù)據(jù)如何合理提取和傳遞，還要建立統(tǒng)一的運維階段的模型編碼和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，研究運維管理數(shù)據(jù)如何在平臺上進(jìn)行合理存儲、關(guān)聯(lián)和有機融合[1]。

2 基于BIM+GIS的可視化展示和分析

道路橋梁管理主體的線狀延伸、范圍大、對地理位置信息依賴度高等特點，因此利用BIM和GIS技術(shù)相結(jié)合作為運維管理平臺的可視化解決方案。但由于BIM和GIS數(shù)據(jù)的覆蓋范圍不同、幾何表達(dá)不同、模型精細(xì)程度不同，在一體化的三維集成展示方面存在著很大的挑戰(zhàn)。需要解決不同精細(xì)程度模型的分級加載、渲染和展示，實現(xiàn)各級模型集成和無縫銜接，并基于不同的精細(xì)程度展示不同粒度和維度的管理對象和運維信息。除了提供便捷流暢的可視化查看和數(shù)據(jù)集成之外，平臺還需要進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)可視化分析的應(yīng)用價值。利用基于空間關(guān)系的GIS分析功能，可以獲取基于空間的統(tǒng)計信息，從位置、范圍上統(tǒng)計整個項目的關(guān)鍵指標(biāo)。通過對多源數(shù)據(jù)的綜合分析，可獲取項目整體運行的狀態(tài)和趨勢，也能反映出各類關(guān)鍵指標(biāo)的峰谷狀況[2]。

3 運維管理業(yè)務(wù)要求

運維階段較之前的設(shè)計、施工階段而言，涉及更多的管理單位和使用者，如運維部門、養(yǎng)護(hù)部門、交通管理部門、政府相關(guān)部門甚至普通大眾。同時運維階段的時間跨度非常漫長，運維數(shù)據(jù)會隨著時間和業(yè)務(wù)而反復(fù)持續(xù)積累。平臺一方面需要考慮實際應(yīng)用場景和結(jié)合移動終端設(shè)備的操作流程，另一方面也要結(jié)合可視化模塊進(jìn)行業(yè)務(wù)功能拓展，例如將巡檢問題與BIM構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)精細(xì)到點狀線狀構(gòu)件的病害和維修管理，又如利用GIS地圖和手機定位裝置監(jiān)測工作人員的實時位置，實現(xiàn)更有效的管理和考核，結(jié)合可視化手段建立更加符合運維人員使用習(xí)慣的信息化運維流程，充分發(fā)揮BIM模型的價值。

4 平臺架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)BIM運維模型編碼和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)BIM模型作為核心內(nèi)容，模型深度需要滿足運維階段的管理要求，BIM的單元劃分應(yīng)和運維系統(tǒng)的模型管理單元劃分一致，主要構(gòu)件需達(dá)到LOD300的精度，保證構(gòu)筑物的詳細(xì)尺寸和幾何特征[3]。除了幾何屬性之外，不同的模型管理單元還應(yīng)攜帶非幾何的運維附屬信息，包括故障、工單、人員、位置、狀態(tài)等。為了保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能根據(jù)唯一的鍵值與模型掛接，項目建立了統(tǒng)一的運維系統(tǒng)構(gòu)件編碼。參照相關(guān)國家、地方和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合項目運維管理工作的實際而制定，采用組合碼編碼方式，由整體空間代碼+分類代碼+實例代碼組成）：整體空間代碼用于表征項目名稱、分段、單位工程;分類代碼用于表征構(gòu)件的類別;實例代碼用于區(qū)分每一個具體構(gòu)件。構(gòu)件編碼考慮了層級關(guān)系，通過任一構(gòu)件的編碼能解析出其上級直至根節(jié)點的層次關(guān)系，保證數(shù)據(jù)處理的效率。基于WebGL的BIM+GIS圖形引擎BIM與GIS的數(shù)據(jù)集成可以通過數(shù)據(jù)集成、系統(tǒng)集成和應(yīng)用集成來實現(xiàn)，在實際應(yīng)用過程中一般通過BIM與GIS數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。考慮到運維管理工作對模型精細(xì)度要求不高，但具備很強數(shù)據(jù)集成、系統(tǒng)集成的特點，因此考慮基于GIS引擎統(tǒng)一組織管理BIM數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)兩者的融合。平臺依托SuperMap引擎實現(xiàn)BIM和GIS數(shù)據(jù)的無縫銜接[4]。支持Bentley、AUTODESKCIVIL3D、Tekla等BIM主流數(shù)據(jù)的無損接入，超百萬級部件的BIM模型實時加載，通過多種技術(shù)手段，如實例化技術(shù)、LOD技術(shù)、輕量化處理以及生成三維緩存等，對BIM性能進(jìn)行優(yōu)化，解決了BIM精細(xì)化模型在大場景展示時占用資源浪費、加載卡頓等問題。同時利用WebGL技術(shù)，通過對計算機底層GPU的調(diào)用功能實現(xiàn)圖形的三維可視化渲染，結(jié)合HTML5技術(shù)實現(xiàn)跨操作系統(tǒng)、跨終端的三維場景網(wǎng)絡(luò)瀏覽服務(wù)。平臺架構(gòu)平臺總體架構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的四層架構(gòu)，即基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)接口層和應(yīng)用層。基礎(chǔ)設(shè)施層依托底層的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，支持集群擴(kuò)展;數(shù)據(jù)層基于GIS平臺和數(shù)據(jù)庫，對BIM、GIS和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)混合式存儲;服務(wù)接口層在統(tǒng)一的鑒權(quán)認(rèn)證體系下，對外提供數(shù)據(jù)和功能支撐;應(yīng)用層采用B/S+C/S+移動端，涵蓋平臺設(shè)計功能。項目應(yīng)用項目概況徐州迎賓大道快速路為徐州市“三環(huán)十二射一聯(lián)”骨架路網(wǎng)中的一條重要對外射線，道路全長8.06 km，起自三環(huán)東路迎賓大道立交，終點接入連霍高速公路，道路寬度約50 m，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為城市快速路，主線設(shè)計車速80 km/h[5]。

5 結(jié)語

本文針對以路橋為代表的徐州迎賓大道快速路工程，結(jié)合線性工程運維管理的實際需求和業(yè)務(wù)流程，開發(fā)基于BIM+GIS的道路橋梁運維管理平臺，利用先進(jìn)的WebGL技術(shù)和HTML5技術(shù)實現(xiàn)跨操作系統(tǒng)、跨終端的三維場景網(wǎng)絡(luò)瀏覽服務(wù)。通過項目實際功能模塊的開發(fā)和應(yīng)用，形成了以BIM模型為基礎(chǔ)的運維數(shù)字資產(chǎn)，解決信息分散問題，將傳統(tǒng)的粗放型管理模式轉(zhuǎn)化為可視化、精細(xì)化管理。后續(xù)將繼續(xù)拓展平臺的功能模塊和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實現(xiàn)運維數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測管理，深入挖掘模型仿真模擬、數(shù)據(jù)分析在運維階段的應(yīng)用，借助信息化、智能化手段有效提高道路橋梁基礎(chǔ)設(shè)施的運維管理效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]于立凱，矯悅悅，常飛，等.BIM技術(shù)在道路橋梁工程施工中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2020，51（11）：1297-1300.

[2]王軼凌.BIM技術(shù)在道路橋梁設(shè)計優(yōu)化中的應(yīng)用[J].智能城市，2020，6（21）：33-34.

[3]劉哲.基于BIM技術(shù)的市政道路橋梁設(shè)計探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（23）：102-103.

[4]王貴忠.BIM技術(shù)在道路橋梁施工管理中的應(yīng)用研究[J].黑龍江交通科技，2020，43（07）：205-206.

[5]董禎保.BIM技術(shù)在市政道路與橋梁設(shè)計中的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2020（19）：261-262.