基于WebGIS和BIM的路面管理系統的研究

鄒俊杰

（重慶交通大學土木工程學院，重慶400074）

1 引言

目前，高速公路在中國經過數十年的發展后，達到了14.26萬km。在“十三五”期間，中國的高速公路里程還在持續地增長。到2020年底，全國高速公路里程將達到15萬km。可以預見，在未來的十幾年里，高速公路在中國的建設依舊會保持快速發展的勢頭。

隨著高速公路總里程的不斷增加，為了充分利用高速公路的社會經濟價值，人們越來越關心高速公路的管理和養護。早期修建的高速公路出現的路面破壞嚴重影響到其經濟價值的利用。路面管理系統就是一個有益的路面管養工具，作為公路管養部門，應當盡快應用現代的科學理論和計算機信息技術在自己的轄區內建立路面管理系統，為將來的路面管理、維護提供有效、準確、可視化的數據和詳細、先進的分析方法，從而使公路管養部門在有限的資源條件下，能夠為社會提供更好的服務，同時完成節約社會資源的工作。

中國接觸到路面管理系統的時間是在20世紀80年代，目前正在推廣CPMS這個網級路面管理系統。該系統是基于回歸技術來對路面進行評價、管養的，數據的查看和輸入輸出主要依靠表格，所以其在路面信息可視化方面還存在嚴重不足。隨著WebGIS和BIM的發展，通過利用WebGIS和BIM技術進一步豐富和完善路面管理系統的框架，顯然是路面管理系統的未來發展的必然趨勢。

2 WebGIS

傳統的GIS主要集中在單機環境中，不利于數據的傳播和閱讀，而GIS借助了WebGIS這雙翅膀迅速擴大了自己的應用范圍。有了Web的支持，人們就可以讓文字、圖形、圖像等多媒體數據在日常使用的網頁瀏覽器上顯示。同時，GIS的重要數據來源是空間數據，它以圖像、影片的形式表示。用戶可以在GIS上對空間數據進行瀏覽、分析和制圖，以此來完成人機交互。從單機環境到云端操作這一巨大的飛躍，使得人們可以靈活自如地在網絡上搜集地理信息并進行實時的更新維護。

現有的路面管理系統基本上是基于單機或者簡單數據庫平臺，極易丟失數據，更新維護困難，查詢檢索麻煩。諸多的缺點使得公路管養部門效率低下，極大地消耗了人力物力，浪費部門的資源。因此需要采用基于云端可視化WebGIS平臺的路面管理人機交互系統來解決這些問題。

表1 中列舉了較為成熟的WebGIS開發平臺軟件。

表1 主流WebGIS開發平臺

3 BIM

建筑信息模型是一種工程數據模型，它基于三維數字技術，集成了建筑工程項目的各種相關信息[1]。從提出到現在已經有40多年了，它經歷過萌芽、生成和發展三個階段。由于BIM具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點，目前BIM概念在建筑領域已深入人心，發展異常迅猛，在全球范圍內得到推廣應用，在中國越來越多的基礎設施類工程中也開始逐步應用。特別是當BIM技術被明確列入中國建筑工業發展“十二五”計劃，并繼續被列入住房與城鄉建設部、科技部“十三五”的相關計劃后，BIM的發展就更是勢不可擋了。

因此，交通行業如果想要在可持續發展、低污染和低能耗等方面有所建樹，應用BIM技術勢在必行[2]。在全球市場競爭日趨白熱化的大背景下，每個行業都不甘落后，而傳統CAD技術已經明顯跟不上時代的發展步伐，終有一天會被淘汰，而應用BIM技術為公路設計開展一條新途徑，將會成為未來主流的發展方向。BIM作為引導交通行業走向信息化的一種高層次技術，能為工程項目帶來巨大的經濟效益，不光使設計階段乃至整個項目周期的效率大大提升，質量也能得到保證，成本大幅度降低。

三維可視化是BIM身為一項新的技術最大的特點，這就使得項目展示效果相比過往的二維圖紙有著明顯的提升。結合了BIM技術的路面管理系統，讓路面病害情況可視化地顯示在路面管理系統中，這樣管理者能直觀、高效地對路面病害進行管理和操作。

表2 中列舉了較為成熟的BIM開發平臺軟件。

表2 主流BIM開發平臺

4 基于WebGIS+BIM的路面管理系統

現在，公路管養部門對公路路面的管理仍然存在缺乏系統的檢測、評估、維護等諸多缺點。在對破壞的路面做管養決定時，依舊是依靠專業人員根據經驗對路面進行定性認識。在這個決策過程中，往往由于參與人員較少、經驗出現偏差而導致養護計劃不盡如人意，造成了資源的浪費和路面質量下降，從而引起社會經濟效應的損失。為了改變落后的管理方式，使得更多專業人員能在不同區域對路面情況進行綜合的評估，減少錯誤的決策。這就讓專業人員對基于WebGIS和BIM的路面管理系統的研究和開發寤寐求之了。

4.1 Civil 3D平臺

交通BIM領域的主流是Civil 3D。隨著BIM軟件的不斷發展，出現了各類軟件以適應道路BIM發展的需要，如Autodesk公司的Civil 3D軟件，Bentley公司的Microstation軟件，Graphisoft公司的ArchicaD軟件，Dassault公司的Digital Project軟件等。其中，Autodesk公司的Civil 3D軟件是當下的主流。Autocad Civil 3D是一款基于CAD的制圖軟件，它為交通行業的設計師提供BIM模型的解決方案，擁有自定義的設計標準和圖形樣式。Autodesk Civil 3D是根據專業需要進行專門定制的軟件，其在土木工程道路及其相關專業領域被業界廣泛認可。其三維動態工程模式有助于迅速完成公路工程，場地排放和設計場地規劃。協調可持續的設計模式與易兼容的數據格式使得Civil 3D成為道路相關設計者建立BIM模型的首選[3]。

4.2 CesiumLab

Cesium是一個3D地理信息平臺，用于建立虛擬場景。其目標是建立基于Web的可視化動態地圖數據。同時，Cesium還是一個Javascript庫，可以渲染3D地球、2D區域圖和多個GIS要素。不需要安裝任何插件，就可以在支持最新HTML標準的瀏覽器中運行。支持WebGL硬件加速，非常適合在GIS圖層中展示動態數據，是一種跨平臺的、開放源碼的WebGIS表現層[4]。

CesiumLab是一個免費的數據處理工具，專為Cesium開源的數字地球平臺。目前已包括地形數據處理、圖像數據處理、點云數據處理、數據下載、矢量數據處理、傾斜數據處理、三維場景處理、3D數據處理。同時提供一套完備的數據服務器，形成了從數據處理到服務發布，三維可見的完整工具鏈。

通過Civil 3D創建的模型可以發布在CesiumLab平臺上，讓路面病害形象地在道路的BIM模型上顯示出來，讓管理者可以直觀、高效地在路面管理系統里對路面病害進行管理及操作。

5 結語

隨著新技術的不斷發展，公路管養部門也同樣需要采用新技術對路面管理系統進行升級。WebGIS和BIM的融合可以為道路路面管理領域提供地理信息數據支持和三維信息模型表達支持，并在宏微觀領域提供各種分析和管理功能，是未來發展的方向之一。