淺談基于BIM+GIS 的長(zhǎng)距離引水工程建設(shè)管理系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)

蓋海英

（山東新匯建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257091）

發(fā)展與建設(shè)智慧水利，不僅是社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展的要求之一，也是解決以往長(zhǎng)距離引調(diào)水工程資源浪費(fèi)、建設(shè)周期長(zhǎng)以及區(qū)域跨度大等問(wèn)題的必然要求。隨著我國(guó)工程項(xiàng)目建設(shè)管理水平的提升、專業(yè)人才隊(duì)伍的完善以及工程項(xiàng)目的發(fā)展，長(zhǎng)距離引調(diào)水工程不僅在水資源分布不均方面發(fā)揮著重要的作用，也有效地為我國(guó)城鎮(zhèn)化與農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了充足的水電與水利保障。然而，以往的工程項(xiàng)目管理模式無(wú)法滿足現(xiàn)階段引調(diào)水工程高效、精準(zhǔn)、豐富等要求，基于三維GIS 選線輔助平臺(tái)及參數(shù)化智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，構(gòu)建智能化管理系統(tǒng)，能為長(zhǎng)距離引調(diào)水工程管理提供實(shí)時(shí)、高效的決策支持，前提是要協(xié)調(diào)好工程不同階段以及多專業(yè)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，高效輸出工程圖、工程信息。

1 基于BIM 與GIS 融合構(gòu)建長(zhǎng)距離引調(diào)水建設(shè)管理系統(tǒng)的目的

BIM，具有獨(dú)特的三維建筑信息模型，近幾年來(lái)在建筑行業(yè)備受業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。長(zhǎng)距離引調(diào)水工程項(xiàng)目建設(shè)與管理過(guò)程中，BIM 對(duì)其開發(fā)、設(shè)計(jì)與規(guī)劃等各方面都具有較大的影響，被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)工程領(lǐng)域之中。基于BIM 構(gòu)建建設(shè)與管理系統(tǒng)，一方面是借助其豐富的語(yǔ)義信息以及精細(xì)程度高的三維模型，支持工程全生命周期的信息高度集成與協(xié)同管理；另一方面，BIM 可以作為整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)與管理的資源庫(kù)，幫助管理人員了解工程建設(shè)進(jìn)度以及管理問(wèn)題，用以消除工程建設(shè)與管理中的不協(xié)調(diào)因素，為長(zhǎng)距離引調(diào)水建設(shè)與管理等提供可靠的依據(jù)。此外，通過(guò)動(dòng)態(tài)的三維模式模擬整個(gè)施工過(guò)程，各方都可以通過(guò)BIM 進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索與查詢，解決了信息不對(duì)稱等問(wèn)題，便于信息與資源的集成與共享。

GIS，作為地理信息系統(tǒng)，不僅可以根據(jù)幾何實(shí)體以及衛(wèi)星所提供的資訊，對(duì)地球表面位置進(jìn)行信息集成以及地理空間數(shù)據(jù)的操作，還能通過(guò)數(shù)據(jù)整合與歸納獲取更高層次的地理信息，這是BIM 所不具備的。GIS 本身也具有強(qiáng)大的三維功能以及三維地理空間分析技術(shù)，能對(duì)大場(chǎng)景地形進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析，為長(zhǎng)距離引調(diào)水工程建設(shè)與管理提供充足的三維地理空間信息，以便于進(jìn)行選線設(shè)計(jì)與工程預(yù)覽等，并通過(guò)三維GIS 可視化場(chǎng)景了解施工場(chǎng)地、料場(chǎng)等實(shí)際情況，為工程建設(shè)與總布局提供信息支持。所以，BIM 與GIS 各有千秋，BIM 側(cè)重于工程內(nèi)部信息的三維精細(xì)化管理，GIS 則是側(cè)重于大范圍、宏的數(shù)據(jù)管理與可視化分析與應(yīng)用，基于兩者融合建立智能化管理系統(tǒng)，對(duì)長(zhǎng)距離引調(diào)水項(xiàng)目工程建設(shè)與管理，具有重要的意義。

2 長(zhǎng)距離引調(diào)水工程建設(shè)管理系統(tǒng)的智能設(shè)計(jì)

基于對(duì)傳統(tǒng)長(zhǎng)距離引水工程的分析，設(shè)計(jì)長(zhǎng)距離引調(diào)水工程建設(shè)管理智能系統(tǒng)，首要解決的就是可控性弱及信息交流困難這兩個(gè)問(wèn)題。基于GIS+BIM 設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)，一方面是利用BIM 技術(shù)的三維模型，借助GIS 所提供的三維地理空間數(shù)據(jù)，圍繞整個(gè)長(zhǎng)距離引調(diào)水工程項(xiàng)目建立起完善的地理環(huán)境三維模型，便于清點(diǎn)工程量以及規(guī)劃施工；另一方面，則是利用GIS技術(shù)進(jìn)行大范圍、宏觀的數(shù)據(jù)管理與可視化功能，進(jìn)行地理數(shù)據(jù)的采集、處理與集成等，打造高精度的BIM 模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離引調(diào)水工程的統(tǒng)籌管控。因此，選取Bentley 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)BIM 與GIS 的集成，通過(guò)Bentley 平臺(tái)集成 BIM 信息模型，模擬工程進(jìn)度和統(tǒng)計(jì)工程量，構(gòu)建立足于網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)距離引調(diào)水工程管理系統(tǒng)，以下是對(duì)這個(gè)智能管理系統(tǒng)的介紹。

（1）系統(tǒng)開發(fā)。基于B entley 平臺(tái)軟件打造長(zhǎng)距離引調(diào)水工程的智能管理系統(tǒng)，借助的是ProjectWise 協(xié)同管理平臺(tái)。此平臺(tái)可以向所有的工程企業(yè)開放，便于各個(gè)額參與方進(jìn)行信息協(xié)同管理。在PW 協(xié)同平臺(tái)的基礎(chǔ)上，先圍繞長(zhǎng)距離引調(diào)水項(xiàng)目的文件夾儲(chǔ)存、項(xiàng)目人員操作權(quán)限協(xié)定以及各專業(yè)軟件空間托管等一系列操作。然后，利用GIS 系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)，操作專業(yè)BIM 建模軟件，圍繞工程三維模型，生成具有固定文件架構(gòu)的項(xiàng)目工作環(huán)境文件夾；根據(jù)項(xiàng)目需求，在資源庫(kù)文件中添加所需建模環(huán)境資源如（圖層、文字、線型等）；修改cfg格式配置文件，將文件中的資源配置變量指向?qū)?yīng)的資源庫(kù)文件存放路徑，啟動(dòng)BIM 建模軟件，完成配置工作。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行。首先，進(jìn)行模型分解與命名。根據(jù)BIM建模所清點(diǎn)的工程量以及工程施工規(guī)劃情況，建立文件。且所有關(guān)于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)文件，要根據(jù)統(tǒng)一命名的規(guī)則，讓各施工單位所承擔(dān)的施工量進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，使得專業(yè)成員能通過(guò)PW 平臺(tái)了解自身的施工區(qū)域等。其次，利用B/S 架構(gòu)與互聯(lián)網(wǎng)，按照規(guī)定建立標(biāo)準(zhǔn)化的三維協(xié)同環(huán)境資源文件，圍繞圖層資源庫(kù)文件、文字樣式資源庫(kù)文件、元素模板資源庫(kù)文件等，為建模打造合適的運(yùn)行環(huán)境，從而為長(zhǎng)距離引調(diào)水工程建設(shè)與管理提供保障。最后，基于屬性信息構(gòu)建完整的長(zhǎng)距離引調(diào)水建設(shè)管理智能系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)構(gòu)件的分類整理、添加屬性信息，建立三維長(zhǎng)距離引調(diào)水模型，并圍繞模型進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行情況的模擬，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程建設(shè)與運(yùn)行的智能管理。

3 基于BIM+GIS 的長(zhǎng)距離引調(diào)水建設(shè)管理系統(tǒng)的運(yùn)行效果

為了驗(yàn)證智能系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及實(shí)用性，采用對(duì)比分析法，將傳統(tǒng)閘門測(cè)水流量與智能系統(tǒng)控制后的自動(dòng)化測(cè)控閘門測(cè)得的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以便于進(jìn)一步改進(jìn)智能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離引調(diào)水工程的智能化、智慧化管理。實(shí)際測(cè)水流實(shí)驗(yàn)中，測(cè)控智能系統(tǒng)控制渠系閘門的有效監(jiān)控，傳統(tǒng)閘門測(cè)水流量以人工為主，智能系統(tǒng)則是采取自動(dòng)化測(cè)控，前者每隔1 小時(shí)測(cè)流一次，后者則是每隔10 分鐘測(cè)流一次，以下攫取1 天的測(cè)水流數(shù)據(jù)為代表，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，具體如圖1 所示。

圖1

根據(jù)1 天的測(cè)水流量數(shù)據(jù)對(duì)比可知，智能平臺(tái)控制的閘門系統(tǒng)，其自動(dòng)化測(cè)量了69 組數(shù)據(jù)，其平均值為1.103m3/s，系統(tǒng)測(cè)流的誤差值為0.055，在智能化控制下僅有4.6%的測(cè)流成果在容許誤差之外。然而，傳統(tǒng)閘門測(cè)量的12 組數(shù)據(jù)中，卻有超過(guò)了50% 的測(cè)流數(shù)據(jù)超過(guò)了容許誤差值。僅從誤差數(shù)據(jù)來(lái)看，智能平臺(tái)下的閘門系統(tǒng)，不僅測(cè)流時(shí)間間隔短、實(shí)時(shí)監(jiān)控性強(qiáng)，且精準(zhǔn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)操過(guò)了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)。

結(jié)合其應(yīng)用效果表明，基于BIM+GIS 的智能建設(shè)管理系統(tǒng)利用其強(qiáng)大的三維模型與豐富的地理信息數(shù)據(jù)以及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，借助最新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能控制技術(shù)，創(chuàng)新性的將按需調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)可視工具、先進(jìn)的遠(yuǎn)程控制等結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)距離引調(diào)水建設(shè)與管理過(guò)程的全程管控、對(duì)渠系閘門的有效監(jiān)控，通過(guò)工程的智能控制，能充分滿足對(duì)長(zhǎng)距離引調(diào)水的智能化、數(shù)字化與信息化要求，符合智慧水利建設(shè)的要求。可以得出這樣的結(jié)論：基于GIS+BIM 技術(shù)的智能管理系統(tǒng)，無(wú)論是統(tǒng)籌管控的精準(zhǔn)度，還是控制效能，都遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)的建設(shè)管理系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于GIS+BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)距離引調(diào)水工程智能管理系統(tǒng)，能通過(guò)三維可視化管理平臺(tái)，基于工程生命周期的思路，滿足長(zhǎng)距離引調(diào)水工程的各項(xiàng)需求，實(shí)時(shí)、高效地提供決策知識(shí)，并實(shí)現(xiàn)不同階段、多專業(yè)、精準(zhǔn)化的協(xié)調(diào)管理，進(jìn)而達(dá)到智慧水利的要求。所以，在長(zhǎng)距離引調(diào)水工程智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，既要合理運(yùn)用BIM 與GIS 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，也要通過(guò)試驗(yàn)比對(duì)傳統(tǒng)管理與智能系統(tǒng)的差異，比較觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異，持續(xù)調(diào)整與完善智能平臺(tái)。