基于BIM+GIS技術的高原地區施工管理方法探索

高雪飛

（山東省禹城市人民醫院，山東 德州 251200）

我國幅員遼闊，地形類型多樣，其中高原地區面積占全國國土面積的26.04%。高原地區的施工管理水平對于我國整體的施工管理水平具有突出的重要意義。由于高原地區的地理環境特殊性，使得施工人員在整個施工過程中都要應對高原低氧、強日照輻射、干燥等問題，所進行的項目也要面臨復雜的地質、氣候等環境問題，從而造成高原地區的施工管理方法與內地存在著一定的差異。隨著我國施工管理水平的不斷進步，節約資源，生態保護等問題成為現階段施工發展的主要關心問題。目前高原地區在施工管理領域整體還停留在諸如CAD等二維層面，管理效率不高，亟待創新。隨著BIM+GIS技術引入工程，相關人員可以更加便捷、高效地對項目的各項工作進行管理。

BIM技術的三維可視化特點在項目設計初期就可以起到優化作用，然后依托其強大的數據存儲以及數據共享能力可以實現項目全生命周期的優化，為項目管理者節省大量的時間、資源及經費。目前BIM技術在工程領域的應用日趨成熟，對于各種建筑的模型表達也日漸完善，而對于建筑周圍的具體地質環境問題缺乏有效的展示。GIS技術對于整個地理分布數據具有強大的采集、儲存、分析等功能，可以很好地與BIM技術進行優勢互補。通過BIM+GIS技術，將項目的各個環節進行模塊化集成，最終形成服務于項目的施工管理系統，進而為我國打造“智慧城市”創造了必要條件。

目前政府逐漸重視起BIM+GIS技術的發展融合以及專業應用，在國家和地區層面推出了一系列對BIM相關軟件以及GIS相關軟件的利好政策。在施工項目過程中的設計、施工、運營全方面都起到了推動作用。另外建筑業市場需求的持續增長也是對BIM+GIS技術行業正向驅動的一大因素之一。隨著我國城市化水平的不斷提高，對于民用、公用、商用的施工市場需求增長的背景下，BIM+GIS技術也有望依托于市場大環境需求的擴大而迎來一波繁榮發展的機會。

1 概述

1.1 BIM的發展現狀

BIM這一概念最早在20世紀70年代由喬治亞理工大學的Chuck Eastman提出，在經歷了萌芽、產生階段之后，目前BIM在全世界范圍內蓬勃發展。我國的BIM技術雖然引入較晚，但隨著國家政策的引導與落實，BIM技術也在逐漸走向成熟，企業應用BIM技術也在逐漸成為常態。

目前我國對于BIM的實際應用主要停留在建模方面，對于開發項目相關的施工管理平臺以及各軟件協同等方面的研究還處于起步階段。整體BIM行業的技術集約化程度不高，對于行業的標準體系的完善程度缺乏管理，目前對于BIM技術應用程度較高的城市主要集中在北京、深圳、上海等地的施工項目中。隨著計算機信息技術的發展，BIM技術逐漸從建模拓展應用到工程領域中全生命周期的建設與管理，進一步解放其對于建筑行業的經濟效益和使用價值，為項目的決策者帶來了新的選擇。

1.2 GIS技術發展現狀

GIS技術作為比較重要的空間信息系統早在20世紀60年代就被提出并且得到重視開始迅速發展，主要被應用于處理和分析地理空間數據。隨著計算機應用技術的發展，其作為信息技術和空間技術的交叉學科的特殊性使得GIS技術目前被廣泛應用于各個領域。由于GIS技術的重要性，我國在20世紀70年代就將GIS技術引入，雖然我國的GIS技術起步較晚，但因為投入了大量的人才進行研究，使得目前我國已經有了諸如MapGIS、Citystar等具有自主知識產權的GIS軟件，并擁有了完善的GIS軟件市場

隨著計算機應用技術的發展，其作為信息技術和空間技術的交叉學科的特殊性使得GIS技術目前被廣泛應用于各個領域。在工程領域，GIS對于地理信息強大的處理能力，為施工設計及施工運維等階段提供了極大的便利性。

1.3 BIM+GIS技術的發展現狀

BIM+GIS技術在國外的起步較早，Isikdag等人最早開始研究基于不同格式的BIM和GIS數據轉換， 隨著Esri和Autodesk公司宣布成立合作伙伴關系，BIM和GIS之間的數據交換將變得更為便捷，這使得BIM+GIS技術可以更加廣泛的應用于各種工程項目之中。

相對于國外的BIM+GIS技術研究進展，國內在工程施工管理領域實際應用的技術案例相對較少，但隨著科研人員對于BIM+GIS技術研究的逐漸深入，各種針對項目所開發的施工項目管理平臺也逐漸多了起來。2020年在北京國際會議中心召開的GIS軟件技術大會中的“BIM+GIS”與CIM專題論壇提到了通過以新一代三維GIS為基礎的BIM+GIS與CIM 信息化平臺，將鏈接新基建涉及的工程項目中的規劃、建設、管理各階段應用。

1.4 高原施工管理的應用現狀

由于高原地區的地理位置特殊性，項目的施工管理水平無法做到與內地完全保持一致。在2005年末基本完成施工的青藏鐵路10號標段的項目信息管理還是根據項目文件和在建設過程中發生的重大事件編寫的《信息簡報》。經過內地BIM和GIS技術應用的發展和普及，于2021年初正式竣工的西藏非物質遺產博物館首次運用BIM技術，2021年建成通車的川藏鐵路工程中也應用了基于BIM+GIS技術開發的信息化工程管理平臺。

2 基于BIM_GIS技術的高原項目施工管理平臺的關鍵點分析

2.1 BIM與GIS之間的數據轉換問題

隨著BIM技術在工程領域內推廣開來，各種BIM軟件層出不窮，這就導致BIM的數據格式多種多樣，從而使得BIM中的族庫和其他建筑信息無法有效進行數據互通。因此，buildingSMART（建筑智慧國際聯盟）為了促進各參與方可以在建筑工程全生命周期過程中進行高效的協同作業制定了BIM的通用數據標準 基礎類（Industry Foundation Class——IFC）。IFC作為目前唯一支持數據交互性的公共標準，為后續BIM與GIS技術的數據交互提供了極大的便利。

表1 BIM與GIS各文件數據類型區別

GIS技術中的CityGML格式作為一種同時包含目標的語義、拓撲、語義、幾何、外觀等方面的屬性并可以對三維宏觀城市模型進行表達的數據模型，在2008年8月被OGC（開放地理空間信息模型）作為OGC的官方標準。因為CityGML格式兼顧了城市和區域中的地物類型以及相互關系，目前BIM+GIS技術的相關研究人員主要把數據轉換的重點放在從IFC到CityGML的轉換。

從BIM到GIS的數據格式轉換面臨的問題主要包括多層次幾何信息提取和轉換和語義信息的映射兩方面。關于幾何信息的提取和轉換以及語義信息的映射。目前的問題主要出現在基于坐標轉換的不準確以及幾何信息的丟失或增加等方面，而這也是目前相關研究人員正在努力克服的一大技術難點。

2.2 基于BIM+GIS的模型輕量化問題

BIM+GIS技術涉及到項目流程的全生命周期的建設與管理，在整個項目的施工管理平臺建設好之后會占用很大的電腦存儲空間，因此BIM+GIS技術的模型輕量化問題也是目前相關研究人員正在努力克服的一大技術難題。

目前關于BIM+GIS技術的模型輕量化問題的主流解決方案是用基于WebGL（3D繪圖協議）的Cesium(用于顯示三維地球和地圖的開源JavaScript庫)去開發一個云計算平臺（Cloud Computing Platform），將數據通過C/S架構或B/S架構上傳到合適的數據庫中，利用服務器端對于數據強大的存儲、計算能力來實現對于BIM、GIS模型的快速加載以及整個項目施工管理平臺信息的實時更新。這樣既解決了BIM+GIS技術會占用較大的電腦存儲空間問題同時還可以實現施工管理平臺的實時交互功能，并且因為Cesium作為一款開源產品可以大大降低前期的研發成本。

2.3 針對高原項目施工管理所面臨的問題

高原地區地形復雜、環境特殊，利用常規的施工管理手段通常無法及時解決施工現場產生的各類問題，最終造成工期延誤、成本浪費等不良后果；高原地區施工作業人員來源復雜，在現場施工以及后期維護過程中容易出現溝通困難的問題。

3 基于BIM_GIS技術的高原施工管理方法可行性分析

3.1 高原施工組織設計階段可行性分析

高原地區地形復雜、勘測難度大，前期的設計階段相較于內地來講更加困難。利用GIS中的激光雷達技術對地形進行初期的勘測，并將所得的數據在BIM+GIS平臺上呈現出來，可以使得設計階段在軟件上就可以獨立完成。這樣就避免了人工繪圖時的重復繪制，大大降低了人力成本，提高了設計階段的工作效率。

3.2 高原施工運行階段可行性分析

在施工運行階段，由于高原地區的地形、天氣等實時信息對于施工作業人員的安全十分重要，憑借延時的天氣預報無法精準對施工人員的人身安全做出保證，并且對于現場施工的突發狀況，管理人員不在場時無法及時準確對現場實行有效的調度。使用BIM+GIS技術集成的管理平臺，可以實時更新天氣狀況并對施工現場進行有效的檢測以及人員溝通。

3.3 施工后期運維可行性分析

在施工完成一段時間后，設備老化、墻體開裂、漏水等一系列問題的及時解決也成為了業主方和甲方以及施工單位需要頻繁溝通的基本方面。而BIM+GIS技術集成的管理平臺所帶有的多終端互動可以及時解決各方的需求。

4 結論

在BIM技術發展方面，在行業內單一引入BIM軟件存在著推廣難、行業體系標準不完善、人才存在大量缺口等重要制約因素。目前市面上主要流通的BIM軟件多為國外研發的軟件，其標準主要為國外服務，很難對接到國內的具體施工管理中，而且目前大部分建筑企業對于BIM技術的重視和認知程度不夠，所以不利于單一BIM技術的推廣。對于BIM技術的信息管理標準的不完善造成了對于整個施工流程涉及到的數據的管理、協調等工作的處理困難，限制了整個行業的進一步發展。對于BIM技術相關的專業技術人才與行業人才需求量不匹配也成為制約行業發展的另一大重要因素。在GIS技術發展方面，模型、數據結構等方面的不完善也在制約著行業的發展。數據結構方面，GIS對于處理地理位置關系的過程過于冗長，并且缺乏了DEM與RS直接結合的能力。模型方面，隨著對空間數據模型和空間數據結構有了更高精度的要求，使得傳統的各種GIS軟件在處理具有高精度的空間數據模型和空間數據結構的要求時顯得力不從心，弊端逐漸暴露出來。

基于BIM+GIS技術的高原施工管理平臺可有效提高施工設計質量，保障施工過程安全、縮短施工周期、協調三方關系。將施工管理信息與平臺相關聯，實現施工總過程中的信息可視化表達，確保了全建設周期信息管理的完整與全面。基于BIM+GIS技術管理平臺的信息管理，在保證決策和管理順利實施的同時，也有效規避了各項工程風險、促進了工程技術創新的良性發展，為進一步實現高原“智慧城市”這一設想提供了現實依據。