探究融合BIM與GIS技術的普通公路項目動態管理平臺

黃俊 王志軍

1. 上饒市公路通信信息中心 江西 上饒 334000；2. 中科軟科技有限公司 北京 100000

引言

改革開放以來，隨著我國公路交通運輸事業的快速發展，人們對公路項目工程施工管理有了高度重視，在不斷強化公路工程施工項目管理時，不僅能夠確保公路工程施工質量，還能減小公路工程施工項目成本，有效提升工作效率。隨著大數據時代的到來，人們在體驗感等方面的要求也有所提高，數字化變革愈演愈烈，相關技術被廣泛應用到公路項目工程施工作業中。

1 BlM與GlS概述

1.1 BIM技術

BIM是建筑信息模型，它是在建筑工程項目的信息技術基礎之上建立起三維的建筑模型，運用電子信息仿真將建筑物的內真實情況進行模擬。通過對BIM含義進行闡述時，我們了解到BIM表達了建筑項目物理和功能特性；BIM建立一套建筑信息共享資源，把和建筑有關的信息都分享到平臺上，有關建筑方面的信息都可以查詢的到，在建筑決策方面能提供可靠依據；另外，工程項目的各個階段設計單位、施工單位以及建設單位和相關的監督部門都可以運用BIM，在其中插入、更新相關的數據信息，各個部門在項目運行時的協同作業得到實現（如圖1）。BIM建立的建筑模型可以把各個部門的數據實行共享，使整個項目得到更加精細化的管理，進而降低了項目的風險程度，促進了項目的生產效率，在工程節約成本和縮短工期方面都起著重要的作用。總而言之，BIM具有一定的協調性、模擬性，使建筑的設計與施工方面更加的精準、縮短了工期，使建筑的質量得到了一定的保障。BIM技術應用主要有可視化、可傳遞性、可傳遞性三大特點。可視化特點不僅能夠對圖紙進行協調，還能夠將建筑構件的相關信息表現處理，需要專業技術人員將具體的三維圖形還原，但此圖形不能進行信息交流。應BIM技術能夠將工程建筑構件三維圖直觀地展現，為建筑工程施工提供參考，從而滿足建筑工程的需要。充分利用BIM技術可傳遞性特點，將BIM技術與工程項目數據之間關聯，無須設計人員對連接更新。在修改應用程序內容時，利用BIM技術能夠將修改的部分反饋出來，從而更好地促進建筑行業的發展。利用BIM技術可優化性特點將各個環節進行優化與更新，在此過程中會受到各種因素所影響，例如，時間、復雜程度等。當前傳統的變更方式無法適用于當前工程設計與施工的需要，因此在實際建設時，應充分利用BIM技術的優勢，加強此技術的應用，將施工資金投入、管理等因素很好地結合，從而制定出施工的最佳方案，獲得更多的經濟效益。

圖1 BlM的應用

1.2 GIS技術

GIS地理信息系統又被人們稱之為地學信息系統，是非常重要的空間信息系統，在電腦硬件和軟件相關系統的基礎上，對所有或者是一部分的地球表層空間中地理分布信息數據進行有效收集、儲存、整理分析等技術系統，GIS概念框架和構成如圖2。在公路工程項目動態管理中，充分利用地理信息系統提供的衛星影像數據、Digital Elevation Model以及航空影像等信息數據源，構建立體化、個性化的三維GIS，利用交互式三維虛擬場景及可視化信息集成系統、展示工程施工區域的空間地理大數據，對三維設計下你過關模型進行有效整合。地理信息系統有關軟件有很多，如ArcGIs，它是一套完整的GIS平臺產品，具有強大的地圖制作、空間數據管理、空間分析、空間信息整合、發布與共享的能力。ArcGIS Pro 是在桌面上創建和處理空間數據的基本應用程序，它提供用于在2D和3D環境中顯示、分析、編譯和共享數據的工具。又如，Mapping + Information,這是一款全球有名的桌面地理信息系統軟件,由美國知名軟件公司Mapping + Information研究發布,已覆蓋全球58個國家和地區。是一種數據可視化、信息地圖化的桌面解決方案。它依據地圖及其應用的概念、采用辦公自動化的操作、集成多種數據庫數據、融合計算機地圖方法、使用地理數據庫技術、加入了地理信息系統分析功能形成了極具實用價值的、可以為各行各業所用的大眾化小型軟件系統[1]。

圖2 GlS概念框架和構成

2 BlM與GlS技術的融合

BIM技術主要是整合與管理工程建筑物整個生命周期，而GIS技術使整合與管理工程建筑物外在環境信息，BIM技術與GIS技術兩者之間不存在可替代性，主要傾向于相互互補的關系，就微觀而言,在各個領域的BIM信息和宏觀領域的地理信息系統信息進行二者交換和操作，能夠滿足查詢信息和分析信息數據的功能，是今后BIM技術與GIS技術融合發展的新方向。如Google Earth（谷歌地球）中研發的三維建筑模型功能就是BIM技術與GIS技術融合的非常重要的實例。現階段，BIM技術與GIS技術融合的方法主要有三種：數據格式相互間的轉換、數據標準化擴展和探究世界的本原或基質的哲學理論。數據格式相互間的轉換是最使適用的方式。IFC目前是國際通用的BIM標準，現在很多BIM軟件都采用其作為數據交換的標準，因此在跨國工程中，IFC也成為工程項目中最常參考的標準項目。而GIS的標準是CITYGML，CITYGML是一種用于虛擬三維城市模型數據交換與存儲的格式，用以表達三維城市模板的通用數據模型。IFC與CITYGML之間又很多的相同點，例如，IFC與CITYGML都是基于對象，并定義了相關類似的實體。有些按照CITYGML的模型在某種程度上與幾何學的IFC是保持一致的，這兩種格式包含的信息類型卻有所不同，IFC比CITYGML包含的信息內容更為詳盡，在涉及數據格式相互間的轉換時，通常會造成IFC與CITYGML之間的整體映射并不是很容易。雖然兩者之間有不兼容的特性，但是專業的科研工作者已經在用不同的方法想辦法克服兩者的個體弱點，以開發和制定更多、更穩定的解決措施[2]。

3 公路項目動態管理平臺建設需求

在分析和探索“互聯網+公路項目動態管理”發展創新思路，通過先進的信息化技術能夠促進公路項目工程管理的細致化和整個過程管理，促進大數據與公路項目管理體系的高度融合，加快實現工程施工全壽命周期關鍵信息數據的互聯、互通、互享、互融 ，以提高公路項目管理信息化水平。想要形成公路項目信息動態管理平臺，就要站在公路項目投資方的角度看問題，不斷提升參與建設單位或企業的服務，進而滿足工程施工操作層、領帶管理層、決策支持層、資源支持層以及平臺支持層等相關業務要求。并積極推廣和運用BIM技術、工藝監視測量、施工工程相關數據信息采集等公路項目施工管理過程中的集成應用，進而實現動態監測，將施工進度、施工目標、質量和工程施工安全等各方面的信息融入信息化管理當中，施行“智慧工地”的建設，利用移動軟件技術進行動態管理。公路項目動態管理平臺需要為未來公路的養護管理信息化系統預計好什么位置的數據需要從后端獲取,什么位置要用到后端的接口，以便于數據向公路的養護管理期傳遞。公路項目動態管理平臺能夠實現數據信息的統計和分析、深入挖掘數據、超限預報等相關功能，并對分析出的結果進行詳細的圖表展示。公路項目動態管理平臺易于操作、管理以及系統維護，錄入、報告等界面操作比較簡單，具有一致性，能夠提供適合的人機界面，人機界面是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是系統和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，能夠實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換[3]。

4 融合BlM與GlS技術的公路項目動態管理平臺實現方案

開發并融合BIM與GIS技術的公路項目動態管理平臺，平臺模型通過與動態管理體系工作分解結構的分解清單相掛接，能夠實現BIM技術的主要功能有以下三點：①可視性。BIM技術構建的以三維數字技術為基礎，集成的公路項目各項相關信息工程數據模型中包含了整個工程的信息和功能信息，有效提高了公路項目工程施工的可視化水平，在現場施工中，可以快速提取相關信息，以便更好地開展工作。②模擬化。BIM技術可以模擬地面沉降、地質環境等內容，對即將可能發生的不同情況進行預測，根據公路項目結構存在的問題做出有效的防護措施，在一定程度上提高了公路項目工程施工的穩定性。在工程施工前期，利用BIM技術對危險性較大的作業進行模擬，可以在大量的模擬結果中篩選最有效的施工方案。③優化性。公路項目工程施工過程需要不斷進行自我完善，借助信息模型提供的與工程有關聯的物理和幾何信息，通過三維可視化展示，可以進行相關的模擬和調整，進而保證公路項目工程施工安全管理決策的正確性和最優化。實現了可視性、模擬化、優化性等功能，能夠有效提高建設業主、從事設計工作的各類機構、監理單位以及工程施工企業對公路項目的全面協同控制管理水平。與此同時，助力工程施工單位科學制定一系列的施工方案，確保工程質量，降低返工概率，縮短工期，使公路項目現場作業有制度、有章法、有組織、有落實，排除一切不安全因素和可能發生的意外，使各個部位、各個環節全面受控，達到預先設想的完全控制住的目的，在交工和竣工階段提供全要素、多領域的可視公路信息模型，進而為全方位提高公路運營管理水平打下基礎。

融合BIM與GIS技術的公路項目動態管理平臺將實景和數字模型的相結合顯示和動態加載展現在地理信息系統中，通過BIM技術與GIS技術的融合，采取近年來發展起來高新技術無人機傾斜攝影測量技術，通過五個角度對地面情況進行拍攝，獲得三維數據可以真實的反映地物的本來面貌，客觀地再現了地物的外觀、結構以及高度等屬性，彌補了傳統遙感技術的測量不足，使傾斜攝影測量技術應用更為廣泛，傾斜攝影測量技術測量的數據帶有空間位置信息和各種影像數據，同時還可以輸出DSM、DOM、DLG等的數據成果，滿足了傳統航測技術的要求，除此之外，傾斜攝影測量技術利用提取及貼紋理的方式，還可以降低三維建模的成本，同時結合工程施工圖可以對公路全線進行根據BIM技術的建模，并基于地理信息系統將實景和圖紙模型做到較好的融合顯示。融合BIM與GIS技術的公路項目動態管理平臺引入了WBS分解的思路和技術，以工作分解結構作為公路項目動態管理平臺中整體信息的主線，并聯系施工質量、方案進度以及投資控制等相關信息的傳遞。為實現公路項目工程質量精細化管理，以規范施工現場管理行為、強化執行力、實現工程質量提升為主要目標對工程進行拆分，將此過程深化和細化到每個構件單元，通過工作分解結構將所有業務模塊進行關聯，主要包括構件模型、制定進度、計量支付、施工質量以及檔案資料等。通過深入分解細化公路項目管理指標，制定具有針對性的管理措施、管理流程和表單，采用工作分解結構實現公路項目動態管理工作和實物工作相統一的目標，建立管理指標體制，完善公路項目動態管理體系[4]。動態展示平臺采取瀏覽器和服務器架構模式，需要將以項目或標段為單位的三維實景模型加載到平臺中，根據工程施工中的進度動態分析和加載數字模型。在現階段，通過專業的傾斜攝影相關軟件構建的模型，對精密度的要求較高，反映地物類型或區域地理分布特征的點比較多，這就一定會導致實景模型將占用大量的儲存空間，給現階段主流技術架構的3D建模加載以及渲染和后期處理性能帶來了巨大的技術挑戰。為了解決這一難題，相關項目小組可以請教一些計算機方面的專家，聚焦關鍵核心共同進行技術攻關，不斷優化與完善其性能，進而保障模型的加載質量和公路項目工程進度。通過與公路項目動態管理平臺的數據鏈接，能夠更加直觀地將施工整個過程反映出來，通過互聯網、物聯網的應用實例和視頻監控點信息數據的接入，使數據的利用率和管理能力都得到了提高。公路項目動態管理平臺主要特點有建設工期緊、施工任務重、標準高，為了保證工程質量和施工進度，項目部可成立一系列專項工作小組，如系統開發項目小組、實景和圖紙建模小組、數據可視化動態展示小組等等，各小組應攜手合作、通力進行開展工作，采用融合BIM與GIS技術的動態管理平臺，實現多專業集成優化設計、多方共同參與的協同管理體系建設。

5 結束語

融合BIM與GIS技術的公路項目動態管理平臺，在交通運輸領域通過運用“互聯網+”的創新思路，為公路項目工程施工中的動態管理提供了可視化的管理手段，利用便捷、先進得信息化技術手段，為公路項目精細化管理控制提供了更完善的手段。未來公路項目動態管理平臺智慧化管理與健康發展離不開BIM與GIS技術的不斷融合，在系統設計時將BIM與GIS技術相結合能夠實現因地制宜、成果鮮明等效果，為公路項目動態管理平臺的可持續發展推力。

圖3 BlM虛擬模型