基于BIM+GIS的鐵路征地拆遷系統(tǒng)綜合應用研究

倪葦 ，劉彥明 ，石碩

（1.中國鐵建BIM工程實驗室，陜西 西安 710043；2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

0 引言

近年來，我國鐵路工程建設進程加快，已達到每年近8 000億元的固定資產投資規(guī)模［1］。征地拆遷作為鐵路建設項目的前置制約性工程，對鐵路建設項目的審批及開工許可都極為重要［2］。鐵路項目作為線狀工程，跨度大、范圍廣，由于前期線路方案的不穩(wěn)定性，參建各方無法明確征地拆遷的具體內容和費用構成，建設過程中難免變更優(yōu)化方案，對項目前期的勘察設計精度要求較高，不能漏項，并要及時發(fā)現(xiàn)存在的問題、及時研究處理。同時，國家高度重視環(huán)境、水土保持的監(jiān)督檢查和生態(tài)文明工程建設，重視建設及運營期的安全管理，對建設用地范圍、類型精度提出了更高要求。

目前征地拆遷做法需要大量人工調查，建設單位和地方政府無法直接參與現(xiàn)場核對工作，導致問題滯后解決。基于二維圖紙的平面信息無法實現(xiàn)拆遷數據量的準確測算，缺少空間對象關系表達［3-4］。根據航片確定的地類與現(xiàn)場調查的不符，用地范圍與環(huán)保區(qū)域發(fā)生沖突無法及時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場使用的數據時效性低。征拆過程中形成的數據大多以Excel表格或紙質文件形式分散存儲管理，數據的有效性和完整性難以得到保證。

基于上述現(xiàn)狀，以高清正射影像DOM配準高精度數字高程模型DEM建立三維實景空間［5］，疊加二維設計方案，三維BIM模型及相關征拆信息，可將傾斜實景、工程設計、外部環(huán)境集成于同一平臺，對全線征地拆遷最新進展情況進行可視化展示［6-8］（見圖1），掌握工程對象與征地拆遷對象之間的空間關系［9］。為項目征地拆遷及相關工作提供全過程快速、高效、準確、形象、共享的平臺服務，以此為基礎可以拓展項目建設管理服務內容，乃至運營期項目資產管理等。

圖1 BIM+GIS虛實結合直觀反映工程與地理環(huán)境相對關系

1 總體框架

基于BIM+GIS的鐵路征地拆遷系統(tǒng)不僅需要與已建成的系統(tǒng)進行集成，還應滿足未來建設信息化系統(tǒng)的需求［10］。系統(tǒng)采用基于微服務架構的SpringCloud技術，分離每個獨立的業(yè)務功能，通過HTTP協(xié)議進行REST服務間通信。區(qū)別于傳統(tǒng)面向服務（SOA）的集中式管理多層架構模式［11］，微服務模式不僅具有自治性管理的特點，還具有適應互聯(lián)網的高并發(fā)、高可用自由伸縮和負載均衡的特點。

1.1 系統(tǒng)架構設計

系統(tǒng)總體架構分為訪問層、呈現(xiàn)層、微服務層和存儲層（見圖2）。其中，訪問層即終端應用層，支持PC端和移動端設備；呈現(xiàn)層采用主流的前后端分離技術，基于VUE+ElementUI實現(xiàn)前端頁面的展示與交互；微服務層是對業(yè)務邏輯的獨立封裝，主要包括計劃進度服務、文件管理服務、統(tǒng)計報表服務、數據管理服務等；存儲層包括結構化數據庫（MySQL）、非結構化數據庫（MongoDB）、分布式文件存儲系統(tǒng)（Hadoop）及資源緩存（Redis），負責響應服務層對數據的請求。

圖2 系統(tǒng)總體架構

1.2 系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)根據鐵路征拆的業(yè)務功能進行劃分，形成7個子模塊，主要包括征拆實景、計劃進度、現(xiàn)場數據、驗工計價、統(tǒng)計報表、數據管理和權限管理。系統(tǒng)功能設計見圖3。

圖3 系統(tǒng)功能設計

2 應用實踐

2.1 征拆信息綜合展示

通過BIM+GIS可視化手段，實現(xiàn)二、三維場景下的征拆區(qū)域總體情況展示，通過餅圖、柱狀圖等數據可視化方式，實現(xiàn)征拆進度、費用情況的總體展示；通過對土地、房屋等征拆對象的空間化信息管理，實現(xiàn)空間交互查詢、地學輔助計算和對比分析。

信息綜合展示是通過集成行政區(qū)劃信息、紅線區(qū)域與里程樁號信息、三維實景模型、周邊環(huán)境信息、項目竣工信息等基礎數據，以展板的方式對征拆進度、征拆對象、征拆工作量進行可視化展示和信息綜合分析，并提供測量和管理的基礎工具，如量測工具（包含面積、距離量測）、圖例圖層工具（包含地圖服務、影像服務、地圖要素和實景數據服務）、線路里程定位工具、視圖工具（包含方向指北、放大縮小、漫游拾取、二三維切換、視角鎖定等功能）。征拆信息綜合展示見圖4。

圖4 征拆信息綜合展示界面

2.2 計劃進度管理

通過制定計劃批次，根據里程范圍、行政區(qū)劃或三維場景中選定區(qū)域來設定征拆區(qū)域的時間點，對影響工期的關鍵對象單獨制定征拆計劃。系統(tǒng)實現(xiàn)征拆計劃進度管理，主要功能包括計劃下達、計劃管理、單項進度上報、區(qū)域進度上報、進度可視化管理。系統(tǒng)實現(xiàn)征拆進度計劃的創(chuàng)建、修改、查詢和詳情信息，對重點征拆對象實行單獨管理，記錄其主要征拆信息（見圖5）。

圖5 計劃進度管理界面

2.3 統(tǒng)計分析

根據《征拆協(xié)調部管理辦法》和《鐵路公司征地拆遷驗工計價實施細則》完成對征用土地信息表、“三電”改遷工程數量、用地界樁、紅線附近結構物數量、征用土地數量、拆遷構筑物數量、拆遷完成數量等內容的統(tǒng)計分析。系統(tǒng)提供統(tǒng)計報表生成、詳情和導出等功能，實現(xiàn)對項目數據的分析和統(tǒng)計。統(tǒng)計分析功能界面見圖6。

圖6 統(tǒng)計分析界面

2.4 基礎數據管理

基礎數據主要包含地理信息數據、紅線數據、設計數據、調查數據。其中基礎地理信息數據主要包括點、線、面等矢量要素數據、衛(wèi)星影像數據、三維實景數據、圖層要素數據，其中面狀要素以行政區(qū)劃為主，主要包括坐標范圍、名稱等屬性，點狀要素以地名、道路名、名稱注記為主；線狀要素主要是線位和紅線數據，包括紅線數據的范圍、版本；圖層要素數據是對GIS數據的分組，便于對主題相關的要素信息進行分類和查看；設計數據以線位數據為主，實現(xiàn)對線位數據的版本和參數進行管理；調查數據主要包含標段數據、責任區(qū)域管理數據、行政區(qū)劃數據、土地統(tǒng)計類型數據、土地用地類型數據、構筑物統(tǒng)計數據、“三電”管線遷改統(tǒng)計數據、土地權屬類型數據等。

系統(tǒng)提供基礎數據導入工具，實現(xiàn)地理信息、紅線、設計與調查數據的入庫存儲和可視化展示，便于進行空間分析統(tǒng)計。基礎調查數據錄入操作示意見圖7。

圖7 基礎調查數據錄入

2.5 移動端APP

通過開發(fā)安卓移動端APP，實現(xiàn)現(xiàn)場數據的錄入、存儲、分析和統(tǒng)計，如地塊數據（包含征拆對象名稱、類型、權屬、對應工程、所屬區(qū)劃、補償類型、用地類型、實際面積、征拆單位等信息）、房屋數據、構筑物數據、“三電”管線遷改數據、青苗補償數據、補償信息、價格字典等。

移動端主要功能包括離線地圖緩存［12］、地理標記數據同步、征拆對象信息同步、征拆地圖查看及對象交互、現(xiàn)場調研數據錄入等（見圖8）。

圖8 移動端APP功能界面

3 結束語

以鐵路工程為基礎，借助BIM、GIS、互聯(lián)網+等主流技術，建立以項目、實景環(huán)境及征拆對象為核心的實景征拆系統(tǒng)，實現(xiàn)對鐵路全線征拆對象虛擬場景的高效可視化、參數化和信息化，滿足各級征地拆遷部門統(tǒng)一管理業(yè)務數據的同時達到協(xié)作共享的終極目標，為鐵路工程征地拆遷工作提供科學決策和支持。