基于BIM技術實現航道水下地形空間監測

摘 要：地形在區域環境當中發揮著至關重要的作用，是其不可缺少的核心構成部分，通過分析三維地形為進一步研究地表演化過程帶來了新型的技術支持。本文通過將某航道整治二期工程作為案例，深入分析其水下地形測量數據，在應用BIM技術的基礎上使各個階段航道水下地形表面具有三維可視化的特征，同時分析與監測其動態。根據相關研究結果得知，通過應用BIM技術能夠達到監測航道水下地形空間的目的，又可以直觀地表現出區域地形的三維情況，如：泥沙淤積、演變等，在航道治理與維護方面發揮著至關重要的作用。

關鍵詞：航道;BIM技術;空間監測

建筑信息模型主要是將建筑項目的全部數據信息當作基本條件，生產同時構成三維數字化模型，借助數字信息數據通過仿真技術使建構筑物實體和功能特性的數字化以三維的方式進行呈現，同時在BIM管理平臺的基礎上，有效掌控前期項目規劃、實行以及后期運轉等全部環節，從而加強對項目全壽命周期精準管理，最終在一定程度上獲得更多的項目管理增值。

當前，水下地形依然存在不穩定性的特征，大部分狀況下都會發生變化，水下地形的發展特征與地質結構跟隨時間的推移出現連續改變。因為所在的地質結構與區域位置之間存在的較大差別，航道的水下地形變化表現出多樣化的變化規律，能夠在分析周期性監測數據的基礎上，總結出航道水下地形變化具有的特點。例如，在水下地形空間監測中運用BIM技術，有利于周圍環境、水下地形匯集在一起，精準的呈現出工程項目的各種屬性信息，如幾何、功能及物理等，然后借助渲染、三維建模等后期操作，直接呈現出區域水下地形的各種信息，如：地形演變特性、自然起伏情況及水域周圍環境等，為測量成果的呈現帶來一種新型手段。

一、BIM的技術特點及應用

（一）技術特點

BIM技術形成的數字三維建模技術具有可視化的特征，和CAD之間存在的主要差別為：BIM技術不只是一種軟件，其還屬于一種信息化管理方式，能夠達到管理信息化、建筑業精準化等目的。利用數據信息數據模擬建構筑物具有的真實信息特性，同時采用三維建構筑物模型，完成指定功能操作，有助于對項目進行精細化、可視化及智能化建造管理。BIM技術在模型信息方面具有的特點主要表現為以下幾點。

其一，關聯性。BIM模型當中的對象能夠相互辨別，信息模式主要是將結構構件具有的制約關系作為原則進行構件，其包括互相關聯的可辨別對象，能夠對統計模型信息進行全面分析，同時在統計結果的基礎上形成指定格式的成果資料。倘若轉變信息模型當中的對象，有利于使信息模型的完好性得到有效保障，同時還可以使和信息模型存在關系的全部對象進行相應創新。

其二，集成性。BIM模型與CAD二維平面圖紙之間存在的主要差別為：BIM模型能夠匯集大量信息的項目數據模型，在數據庫當中主要將數字形式作為主要存儲方法，為今后數據信息的更新與共享提供方面，使項目數據模型具有可視化的特征，在同一項目數據模型的基礎上，充分展示各個專業前期設計與后期效果，同時在加快優化工程項目全壽命周期管理方面發揮著至關重要的作用。

其三，一致性。各個階段的模型信息具有一致性的特點，模型信息的一致性融入建構筑物全壽命周期的每個階段，同樣的數據信息不需要重復錄入，同時模型信息在每個階段能夠進行擴展、修改等操作，加快信息模型自動更新變化，這樣能夠防止信息出現不一致的情況。

其四，協調性。協調性在建筑工程當中是不可缺少的主要內容，從業主與施工單位、設計單位方面來看，都需要做好協調與配合工作。BIM模型的協調性服務能夠有效解決施工過程中出現的難題，例如，協調各專業之間的碰撞問題，形成相應的協調數據，從而有利于工作人員進行準確掌控。

（二）技術應用

當前，BIM技術主要應用于以下七大領域：（1）工程量計算：通過將BIM技術運用在工程量計算當中有利于提升預算速度與精準度，同時還可以迅速開展招投標、明確分包工程量及審核進度款等工作，從另一方面來看，還能夠為準確運營管理提供基本數據支撐，從而開展全壽命成本控制工作。（2）協同管理。在協同管理方面應用BIM技術能夠建立項目信息樞紐，被授權人員能夠動態獲得最新精準數據信息，轉變之前點對點的溝通方式，完成一對多項目數據中心，進而減少互相之前的溝通偏差，提升協同效率。（3）碰撞檢查：將BIM技術應用在碰撞檢查中鞥能夠自動形成平面圖、剖面圖及預留孔洞圖等，同時還能夠碰撞檢查模型，準確引導施工。（4）深化設計：幫助施工班組完善，全部呈現出施工組織方案。（5）虛擬可視化：在虛擬可視化當中應用BIM技術能夠表現出施工動畫、虛擬漫游，同時模擬施工方案N-D、可視化交底，實時發現同時有效處理問題。（6）企業級項目基礎數據庫：將BIM技術應用在企業級項目基礎數據庫當中能夠依據區域、進度等進行多方面統計，完成人、機、材資源計劃迅速擬定，對比短周期多算;針對執行方案的變化，能夠快速調整資源計劃;從另一方面來看，還能夠全面管理企業級多項目資源，同時為限額領料等提供支撐。（7）工程檔案管理：在工程檔案管理中應用BIM技術模式可以將信息構成工程檔案資料庫，如果和現場影像數據系統整合，能夠為后期竣工交付等工作提供方便，進而提供保修服務、減少成本，為物業運營維護提供更高的價值。

二、技術路線

通過Civil 3D實現各個階段航道水下地形測量數據的匯集，形成各個階段航道水下地形曲面，同時對比分析各個階段地形曲面，從而空間監測航道水下地形，這種做法的主要目的是搜索一種新型的航道水下地形改變技術方式。航道水下地形曲面主要是根據各個階段實際測量水深高程數據進行構件，成果模型的構建需要借助Civil 3D的曲面建立功能，把航道工程多源測量數據實測點數據，如二維地形圖DWG數據、單波束測深點數據、GNSS RTK及多波束測深點云數據等融入到Civil 3D中形成地形曲面。

根據每個階段建造的航道水下地形曲面模型，利用BIM技術站在測量角度對航道的變化規律和測量周期規劃進行深入探究，其效果能夠充分體現出每個階段航道水下三維地形圖之上，然后借助Civil 3D的數據分析功能可以分析運用航道變化規律的空間，呈現出水下地形改變狀況。

三、工程案例分析

（一）工程概況

本文選用的航道治理二期工程水道總共程度為14千米，上起板子磯，下到高安圩，平面形狀表現為鵝頭型分汊河道。江中的河道劃分為三個水道，即：南、中、北，在這三個水道當中，南水道是長江下游主要礙航淺水道之一，是當前主要的航道。

本文在研究過程中通過將該工程水下地形測量數據作為基本條件，全面運動多種測量技術方式搜集地理信息數據，以便于使BIM、設計工作的要求得到滿足，同時借助內業處理完成多源測量數據的匯集，做好航道水下地形曲面模型的構成工作。

（二）采集原始測量數據

該航道項目原來測量點數據主要劃分為兩部分，第一部分為陸域，第二部分是水域：陸域測量點數據成果指的是GNSS RTK實際測量點數據文件;水域測量點數據成果包含單波束測深點數據文件與多波束測深點云數據文件。然而針對地形比較復雜和需要呈現航道局部地區細節特點的重點位置，由于GNSS RTK搜集的高程點數據相對分散，不能充分體現出地形地貌的實際情況，因此匯集二維地形圖DWG格式文件當中的特征點、等高線及特征線等高程元素信息，以便于使地形曲面數據更加精細化，使其構成真實體現航道水下地形氣腹特點的地形曲面模型。

（三）創建地形曲面

數字地面模型在Civil 3D當中被稱之為“曲面”，主要劃分為兩種類型，第一種為表面上的“曲面”;第二種是“體積曲面”。三角網曲面屬于缺省的曲面種類，其利用不規范三角網準確的方針模擬真實地形，曲面數據都是采用三角網模式存儲與操作數據信息。通過原始測量點數據，如：多波束點云、單波束水深點等構件航道水下地形曲面是非常精準的技術手段。測量點數據或許可以代表圖形當中的Civil 3D點，同時還可以在外部文本文件中詳細記錄。運用Civil 3D時，倘若可以精準的獲得測量點數據，能夠在測量點數據的基礎上構建地形曲面，通過采用這個方法能夠有效防止由于采用其他軟件處理造成其他問題。

（四）不同階段地形曲面對比

為了可以充分展示出航道水下地形的變化規律，需要使用Civil 3D構建各個階段航道水下地形曲面，然后借助軟件具有的構建體積曲面功能，對比計算已經構建的各個階段航道水下地形曲面模型，同時針對曲面模型進行可視化編輯操作，如高程分析、渲染等，從而可以直觀的看到航道每個階段地形變化實際裝了。例如，借助Civil 3D技術對每個階段航道水下地形曲面地形實體進行創建，同時還可以全面統計各個階段航道水下地形的土方量，進而從多個角度（工程量、可視化等）針對航道水下地形實現空間監測。

四、結論

通過對本文內容進行研究，得出以下幾點結論：第一，通過運用BIM技術能夠直觀反映出每個極端航道水下地形地貌，有利于呈現出航道水下地形空間改變和時間因素之間存在的聯系，同時還有利于深入探究航道水下地形跟隨時間的推移與擬定科學的航道水深監測周期帶來全新技術方式;第二，通過采用空間監測的方法對航道水下地形空間進行監測，有利于指導BIM技術更好地運用在航道建設中。

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作者簡介：秦亮亮（1980— ），男，漢族，遼寧大連人，法律碩士，工程師，北京北方工業大學，法律專業，研究方向：無線電測量。