基于BIM的GIS平臺在鐵路綜合貨場中的應用

◆宋俊喜

基于BIM的GIS平臺在鐵路綜合貨場中的應用

◆宋俊喜

（中鐵二十局集團第二工程有限公司 北京 100142）

隨著鐵路信息化的應用與發展，建筑信息模型（BIM）與地理信息系統（GIS）兩個學科高效結合。通過示范站BIM技術與GIS技術應用，總結鐵路典型貨場設計、監管、施工、監理和“運維”各階段應用BIM的關鍵技術，為實現鐵路貨場全生命周期信息化管理奠定基礎，形成新的鐵路應用技術標準。

BIM；GIS；全生命周期；數據交互

1 概述

BIM和GIS有效地結合起來，以蘭州樞紐東川鐵路貨運中心站為例，建筑信息模型在GIS中加載并進行數據交互同時對信息系統進行信息傳遞，是系統信息架構和應用結構的最終可視化體現。同時用戶界面也是信息導航功能的主體，它為用戶提供獲取信息的途徑，扮演著非常重要的角色。BIM模型需要獲取線路、橋梁、隧道等專業數據，需要與GIS平臺相結合，因此需要研究BIM與GIS之間的數據接口，對于站房、機電等專業BIM數據則需要更多的軟件來支持數據。

建筑信息模型（BIM）與傳統模式相比，3D-BIM（三維建筑信息模型）的優勢明顯[1]，因為建筑模型的數據在建筑信息模型中的存在是以多種數字技術為依托，從而以數字信息模型作為各個建筑項目的基礎，可以進行各種相關工作。建筑工程與之相關的工作都可以從建筑信息模型中獲取各自需要的信息，既可指導相應工作又能將相應工作的信息反饋到模型中。

地理信息系統（GIS）是以地理空間信息為基礎，對數據進行空間分析的一系列管理軟件，GIS的基本操作參考了主流的各類三維展示平臺，設計了一套方便直觀的操作方式及快捷工具。在三維環境中顯示實體之后，引擎通過組合這些實體可以創建更為復雜的實體，并根據瀏覽方式進行加載控制。

2 基于BIM的GIS平臺在設計階段的應用

2.1 設計階段

鐵路綜合貨場工程信息模型從廣義上說包括土建、機電及相關單項工程，對本行業來說，專業主要包括建筑、結構、暖通、消防、給排水、電力、通信、信號、站場、線路等。設計信息模型需要創建工程及相關工程中最小單元的設施、設備、裝置、器件的信息模型，該信息模型主要反映實際對象的結構、形狀、組成、接口、材料、備品備件等物理特性以及功能性能、業務描述、數據信息流等邏輯特性。設計、復核、專業負責人、總工等工程設計的崗位注重設計思想的認同，可以通過BIM和GIS相結合的信息平臺確定設計中選用符合要求且更先進合理的技術、工藝。空間的合理利用、系統的結構、設備和材料的功能性能等要素需要綜合考慮。大型貨場項目在設計階段都存在優化設計、協同設計、模擬施工、運維仿真等多種基于工程信息（三維）模型體系的需求，但其解決的問題在多數情況下是截然不同的，都是需要研究的問題。即使是“沖突檢測”在車站及地鐵中的研究應用，主要研究的問題依然是“工程對象以及活動過程的數據模型”。

從全生命周期[3]的概念來說，設計信息（三維）模型應主要考慮設計階段的諸多要素，還應預留為建設項目管理、系統集成及施工安裝、運營維護等環節提供基礎的信息模型，如下圖（圖1）。

圖1 設計信息三維模型

在項目設計中應用BIM與GIS相結合的最終目的是要提高項目設計質量和效率，從而減少后續施工期間的洽商和返工，保障施工周期，節約項目資金。在設計階段的價值主要體現在以下3個方面：

（1）可視化：將專業、抽象的“二維建筑”描述通俗化、三維直觀化，使得專業設計師和業主等非專業人員對項目需求是否得到滿足的判斷更為明確、高效，決策更為準確。

（2）性能模擬：將原本需要在真實場景中實現的建造過程與結果，在數字虛擬世界中預先實現，如進入建筑物的路線，室內采光、空間布局最大化等。

（3）設計優化：以貨場地下綜合管線工程模型為例，對管道打架、碰撞等問題進行優化調整。

2.2 方案規劃審查

搭建基于BIM與GIS相結合的平臺，采用3DGIS來展示BIM信息模型及場景，搭建協同工作平臺，建立系統的技術交流平臺，制定詳細實施計劃，確定人員配置及時間計劃，設計和業主可以通過平臺溝通，地方政府可以在平臺上對方案進行審查。

2.3 方案詳細設計

在場景及總體布局平臺中創建綜合貨場與上下行相鄰兩車站在區間銜接處的線路路基信息模型，包括邊界、里程等信息。創建各作業區的站臺、軌道、道岔等的信息模型，根據需要考慮建立其他站前工程、四電、房建等工程的示意性信息模型（圖2），包括設施設備名稱、安裝參數等信息。

圖2 信息模型

3 基于BIM的GIS平臺在施工和維護管理中的應用

鐵路技術標準高，項目投資大，質量要求高，建設難度大。為了有效實現投資效益，高質量的建設鐵路項目，必須引進現代管理理念、體制、方法和手段，加強過程管理，以先進的管理保證一流的建設。鐵路樞紐綜合“物流園”BIM與GIS平臺相結合采用BIM體系下的相關技術作為支撐，對工程建設過程進行動態可視管理，給用戶呈現一個從整體到局部的統一可視平臺。該系統為合理投資、質量及安全控制提供了有力的幫助。

信息模型需要的數據在設計、施工、運營期間逐步產生和建立，根據這些數據（稱為工程數據）及業務功能，建立基于BIM（可在此基礎上疊加或嵌入虛擬現實、GIS等技術）平臺下，對施工、維護管理提供支持技術平臺[2]。

基于BIM并把信息模型通過GIS集成起來給用戶一個直觀可視的三維平臺，用戶可以在此平臺上對設備的屬性及資料信息快速查看，對設備的位置快速定位，對設備及部件的組成可視的查看。通過三維平臺還可以對設備的安裝及檢測流程模擬指導。此系統的目的就是通過軟件技術指導維修人員在較短時間內掌握更多的設備維修維護技術，合理的對設備進行維修維護，從而減少對設備的欠維修及過度維修所造成的損害，降低運營成本。

4 BIM與GIS結合在鐵路中的發展前景與展望

伴隨著我國經濟的蓬勃發展，建筑行業也進入了快速發展的時期，大規模的城市化進程為新建建筑帶來了前所未有的需求。建筑設計項目的復雜性也越來越大，而設計周期短、工期緊張的情況下，傳統的計算機輔助設計方式面臨難以克服的瓶頸，其效率低、協同性差、數據重用率低、各專業配合程度差、項目各參與方溝通困難等缺點逐漸暴露出來。如何最大化地提高設計效率和更好地滿足業主越來越苛刻的需求，成為擺在所有設計人員面前的最大問題。企業要想在設計周期、設計效率、設計品質上搶得先機，迫切需要一個能解決目前傳統設計方式不足的新設計方法，而建筑信息模型（簡稱BIM）數據到GIS數據的共享，通過公共數據交換技術便是這樣一個提供協同設計、提高設計效率的得力工具平臺，能有效提高建筑設計周期、設計效率、設計品質的“利器” 。

BIM 與GIS相結合的項目軟件，其普及肯定會有一個過程，而這個實現過程的長短就取決于國內相關方面的設計人才及設計方的重視度。其應用情況也是影響BIM 發展的一個很重要因素。BIM 在中國的蓬勃發展趨勢是有目共睹的，BIM 今后也必然將走到全行業應用。因此BIM和GIS的二次開發的前景是不可估量的。

5 結語

通過BIM技術與GIS在項目中的研究和應用，建立工程數據信息模型能準確判斷設計初期所產生的各類錯誤，避免后續施工單位所犯的錯誤，以便現場技術人員及時解決及時調整方案，給工程項目帶來正面的影響和幫助。實現了項目方案優化、成本控制。同時提升了項目生產效率，提高了建筑質量、縮短工期、降低建造成本、節約了材料、有效地提升了施工管理效率，因此具有顯著的社會效益和環境效益。在全行業樹立榜樣，將贏得建設單位、監理單位的認可和好評，為日后相類似工程提供參數，有助于此項技術的推廣和更深入發展。

[1]王玉澤.BIM技術在軌道交通的應用探討[J].鐵路技術創新，2014（05）：19-22

[2]馬海軍，祝曉紅. BIM+GIS融合技術在鐵路施工企業數字化管理中的應用[J]. 通信電源技術，2017，34（03）：151-153.

[3]閔世平，趙亮亮. 三維GIS技術在鐵路全生命周期中的應用探討[J]. 鐵道工程學報，2014，31（10）：15-20.

[4]中鐵第一勘察設計院集團有限公司[J]. 鐵路技術創新，2015（03）：2-3+120-122.