基于BIM+GIS的拆遷用地管理體系研究與應用

于忠金， 吳彬， 王徐越

（1. 中電建生態環境集團有限公司；2. 重慶市筑云科技有限責任公司）

1 引言

隨著工程信息化程度的不斷提高，BIM技術在施工模擬，方案交底等方面得到了廣泛應用[1]。但BIM技術在涉及多點位、大范圍征遷的水利工程項目中應用程度較為落后，可適用性平臺較少，體系完整度有所欠缺。由于項目施工用地所屬行政區地塊類型、地下管線等各類信息整合較為困難，且跨區用地征遷流程不一，對征遷進度影響較大。尤其在線形類項目的工程實施過程中，現場地理信息數據采集、信息整合手段單一，效率較為低下[2-3]。

為響應水利部《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》，以數字化、網絡化、智能化為主線，加強水利工程BIM應用和智能化建設。本研究針對羅田至鐵崗水庫輸水隧洞工程征地拆遷復雜、進度要求高、涉及相關管理部門多等特點，提出了適用于羅田至鐵崗水庫輸水隧洞工程的征地管理BIM+GIS體系，探索BIM+GIS實施技術流程，并研發配套智慧管理平臺。對復雜城區項目基于BIM+GIS的拆遷用地管理體系進行了研究應用。

2 工程概況及特點

羅田水庫-鐵崗水庫輸水隧洞工程（以下簡稱羅鐵項目）是珠江三角洲水資源配置工程在深圳境內配套項目之一。項目包括：進水口、出水口、輸水干線與深圳支線連通隧洞、3座工作井、2座地下閥室、3條檢修交通洞、至各水廠分水支線、羅田水廠提升泵站及配套管理中心（見圖1）。

圖1 羅田水庫—鐵崗水庫輸水隧洞工程平面圖

項目涉及一條主干線輸水隧洞，長21.68km，兩座地下高大閥室、三座深大豎井、四臺TBM施工、五種開挖掘進方法[4]。項目工程工期緊，施工項目難點多，工程量大，施工組織及管理難度較大。

本項目點多面廣，橫跨寶安區和光明區，地塊涉及自然保護區、森林公園，用地辦理手續十分復雜且流程歷時長。項目涉及林地、城市樹木、高速公路、燃氣管道等，用地報批難度大，需協調單位多，如規自局、土監局、街道辦、供電局、燃氣集團、水務局等。

3 BIM+GIS的拆遷用地管理體系研究

3.1 BIM+GIS的拆遷用地管理體系研究實施流程

項目團隊聚焦于BIM+GIS技術革新及項目實際需求，充分考慮用地情況復雜，協調征遷難度大等特點，結合項目規模及定位，以技術為抓手，工期為主線，解決實際項目征遷問題為目標。制定前期BIM+GIS數據可視化流程，改進數據資源交互技術、實現GIS信息整合、推動BIM+GIS征遷管理發展、完善項目征遷工作，探索使用BIM+GIS征遷管理系統進行項目用地征遷管理技術。技術實施流程圖見圖2。

圖2 基于BIM+GIS征遷管理系統技術實施流程圖

首先，創建項目全線范圍傾斜攝影模型。使用無人機采集圖像，還原地理要素，利用BIM技術搭建三維模型，實現二維數據立體化。然后，進行范圍線的整合。對項目征遷有影響的各街道、社區、林地、公園、自然保護區等地范圍進行整合標記。最后，依托項目管理平臺形成一張圖決策系統，實現征遷數據信息可視化展示和管理。

3.2 數據交互及整合格式

項目涉及各類數據格式轉換，遵循科學性、系統性、兼容性、唯一性、擴展性的技術原則，在以施工行為及項目建設管理應用為主的前提下實現數據傳遞。其技術路線以解決各平臺軟件交互格式為核心。通過對應插件，進行模型輕量化轉換與坐標定位。

模型數據主要由C平臺與A平臺組成，利用各自平臺的軟件交互格式，通過轉換，進行數據統一，實現數據交互的目的。A平臺格式主要以Revit模型為主，C平臺以Catia模型為主，其中需要的對數據格式進行轉換。利用通用數據格式FBX，進行轉換整合[5]。其模型數據處理、坐標數據導出，主要通過Navisworks進行，利用插件進行模型輕量化處理，通過地理坐標數據轉換，獲取項目經緯度坐標（WGS84）與項目設計坐標（CS2000坐標系）轉換數據，對模型坐標校核，最終通過模型數據上傳智慧管理平臺，實現數字化信息整合（見表1）。

表1 主要軟件交互情況表

3.3 城市核心區無人機數據采集關鍵技術研究

3.3.1 傾斜攝影數據采集

傾斜攝影建模技術以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復雜場景，通過高效的數據采集設備及專業的數據處理流程生成的數據成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為還原現場實景和場地征遷范圍精度提供保證。

項目采用專業級無人機（飛馬E2000），搭載行業攝像頭，對全線范圍內的空間數據進行采集。對測區進行傾斜攝影測量數據采集，通過無人機管家進行POS解算、飛行質量檢查、影像質量檢查、空三計算后，得到三維矢量模型，實現三維模型的動態裁剪。

利用奧維地圖，經CAD總圖坐標數據疊合，通過規劃數據采集區域，導出KML范圍線。利用無人機管家獲取采集區，通過數據采集精度要求，結合機載云臺參數，反算無人機飛行高度、旁向重疊率，飛行路線等參數（見圖3）。

圖3 軟件界面展示

3.3.2 禁飛區的處理方案

由于項目鐵崗工作井至鐵崗水庫段所處空間區域屬機場范圍內。在無人機傾斜攝影進行航線規劃時，內部空域出現禁飛區。且該處禁飛區空域申請難度大、審核時間長，導致該處傾斜攝影數據暫無法采集，對項目整體實景數據成果采集產生影響。

為解決該問題，項目團隊應用動態裁剪和地形數據抓取技術。使用奧維地圖，導出KML范圍線，將項目模型數據按范圍線進行動態裁剪，從而導出生成區域內的傾斜攝影模型。

針對區域外部分，在沒有設計地形數據的情況下，項目部采用INFARWORKS的方式進行創建。重新劃分禁飛區數據采集范圍框，導出SHP范圍數據。在INFARWORKS中新建模型器，通過SHP范圍線進行地形數據抓取。結合天地圖實景地圖搭建三維模型數據。通過對已有高程信息模型進行衛星云圖疊合，最大程度保證數據完整性。實施流程見圖4。

圖4 禁飛區搭建三維數據模型技術實施流程

3.4 征遷數據與BIM模型的坐標轉換整合

3.4.1 征遷數據坐標信息與BIM坐標信息轉換

利用項目總圖CAD坐標，在滿足CAD坐標與總圖坐標對應的前提下，將CAD圖紙導出，作為BIM模型數據的基礎定位數據，作為模型坐標原點底圖。在BIM建模軟件中，通過自定義坐標原點進行后期工作，記錄自定義坐標原點與總圖（CS2000坐標系）原點的相對坐標。保證項目基點正北、項目正北方向與總圖一致，規避坐標方位誤差。

設計模型主要以Catia模型為主，施工深化模型主要以Revit模型為主。實現兩類模型數據整合，解決模型之間的坐標關系，需要針對Catia模型數據進行坐標信息處理。項目利用RHINO軟件的數據兼容性，將Catia模型坐標與Revit坐標進行關聯，為后期BIM+GIS平臺GIS信息與管理數據的關聯奠定基礎。

3.4.2 模型坐標設置

項目坐標為相對坐標。該坐標與世界坐標系存在一定的轉換關系。且在Revit、Catia等模型創建軟件中，創建模型的坐標原點通常使用相對坐標。導致模型上傳至世界坐標系定位的GIS平臺中，模型定位精度問題是主要問題。通過奧維地圖，導出項目單位工程的原點的經緯度坐標，通過自研的BIMCC坐標轉換工具，進行經緯度坐標轉換，得到實際的項目坐標數據。

①針對施工場地布置模型，直接設置Revit原點坐標的經緯度值。設置前，須對BIM模型的項目正北進行歸零，保證正北方向統一。

②在進行Catia坐標轉換時，需要對Catia的正北方向進行復核，目前Catia模型可通過Navisworks直接打開，或者導出FBX格式模型，本項目使用Rhino軟件，通過導入CAD總圖與Catia模型進行正北復核和調整。

③由于項目全長21.68km，區間模型以常規的定位方式會出現模型的整體翹曲與方位偏轉，導致項目整體坐標出現3°以內的方向偏差與2m以內的高程偏差。針對此類BIM模型構件，只能通過自定義坐標原點，通過設置坐標點的相對坐標和絕對坐標值，創建相對坐標原點與世界坐標系之間的關系，保證模型在GIS平臺中位置的精確性。

針對模型高程數據，團隊在模型創建時，均采用絕對高程數據，保證模型三維空間位置準確性（見圖5）。

圖5 絕對高程坐標數據設置

3.5 智慧征遷管理系統開發

基于項目征遷管理團隊對項目征遷的實際需要，在項目臨時用地情況復雜，涉及區域多，協調征遷難度大等情況下，團隊對征遷項目進行需求分析，計劃結合前沿技術，打造一個全新的可視化平臺，從而實現項目成果數字可視化，降低溝通成本，提升各單位間協同效率的目標[6]。

首先，項目團隊圍繞“降本增效、多方協同”的管理目標，搭建平臺底層邏輯框架。從解決征遷管理重難點的實際需求出發，對平臺的應用場景進行分析。同時對征遷流程梳理、系統信息數據結合整合、項目征遷、項目匯報、項目展示等具體需求點進行延伸，不斷完善設計策略，梳理平臺征遷管理流程，搭建征遷管理平臺基礎架構。

隨后，針對項目管理需求，團隊著手開發具體功能板塊?；陧椖啃畔⒖梢暬?，項目征遷流程審批展示、征遷過程匯報展示等需求，團隊制定了詳細的技術實施方案，進行功能板塊開發。

根據項目管理實際情況，在使用過程中，團隊不斷優化調整功能模塊，收集各方使用意見，進一步優化交互設計及UI設計。最終，團隊完成了羅鐵項目智慧征遷管理平臺系統信息數據可視化的平臺的搭建工作。

BIM+GIS智慧征遷管理平臺通過以征遷用地的地籍屬性為基礎，確立拆遷任務、填報報建報批狀態、任務的基本信息等工作內容，通過工作任務與GIS模型的掛接，實現征遷信息可視化展示。

3.5.1 征遷管理流程

BIM+GIS的拆遷用地管理體系在實施過程中發揮了重要作用，應用該技術進行征遷方案的比選優化和評審展示。通過BIM+GIS的拆遷用地管理研究報告與一張圖決策系統助力項目后續工作開展（見圖6）。

圖6 項目BIM+GIS征遷管理流程

3.5.2 征遷用地信息可視化

項目施工過程中，涉及征遷信息集成內容主要有永久用地、臨時用地、森林公園、項目主線、街道等范圍信息，BIM模型、設計模型、施工深化模型、施工場地模型等模型信息及標繪信息、征遷進度、用地調補等數據信息。

平臺數據集成格式大概可以分為兩種，KML與3Dtilezip，前者主要是來源于拆遷用地等CAD圖紙與范圍線數據，后者主要來源于設計、施工、深化模型等（見圖7、圖8）。

圖7 平臺數據集成

圖8 平臺數據圖

在征遷管理的過程中，通過對征遷區域建立相關標繪，實現對征遷區域的控制和管理。展示每個地面工點的臨時用地情況，以及地塊對應的街道，所處地的地塊類型，征遷調補位置，面積大小等集合，并實時更新，有利于推動征遷工作的進行。有效提高各方工作進度。征拆用地可視化整體操作步驟如下：①通過CAD圖紙導出項目范圍內的拆遷信息；②利用無人機對項目范圍內，可飛行區域進行三維數據采集并上傳至平臺；③建立BIM模型，將設計、施工深化、場地等模型進行坐標轉換后上傳平臺；④通過評審確定具體征遷范圍；⑤根據匯報及項目征遷流程，形成平臺征遷數據配置，完善征遷進度；⑥調整征遷范圍后并實時同步至管理平臺中。

4 平臺應用案例—臨時用地征遷成果

4.1 報批報建任務流程梳理

由于項目臨時用地設計地塊類型較多，各類地塊征遷流程不一致，項目地籍屬性及使用類型流程梳理環節顯得尤為重要。提前針對不同用地的地塊屬性進行流程創建，對征遷工作流程提前編寫，確保征遷過程的流程暢通，以減少在征遷過程中產生的問題，圖9為征遷流程示意圖。

圖9 項目征遷流程

4.2 報批報建任務工單

①確認報批報建的用地屬性，本項目分為永久用地和臨時用地；②填寫新增報批報建的基本信息；③實現報批報建內容與BIM模型掛接；④基本信息填寫完成之后點擊確認按鈕提交，切換至中控臺進行GIS模型位置關聯。

4.3 征遷方案成果

通過智慧管理平臺，打造一個完整的數據體系。不再局限于傳統BIM技術應用，將項目征地拆遷數據上傳至平臺，應用BIM+GIS技術，實現實景三維數據、高精度地形數據、正射影像數據、國土空間規劃數據、CAD地形圖、竣工數據和地籍數據等各類資源信息綜合管理。

從項目整體實施管理出發，結合信息數據和空間數據，真正實現整個項目在城市管理和規劃中的智慧運營管理，實現數字化場景、智慧化模擬、精準化決策。解決項目數據應用場景中遇到的項目征遷問題。通過BIM+GIS征遷管理平臺將水務工程項目位置、幾何、屬性等信息在一張圖上進行數字化表達，實現征遷工作的全要素歸集、全過程管理、全方位共享。項目重視征遷管理系統創新，通過BIM+GIS征遷信息整合技術創新，發展新技術應用，實現征遷進度的重點突破。

5 結語

在羅鐵項目管理前期，項目團隊通過BIM+GIS的拆遷用地管理系統的研究與應用，完成了首批開工點的征地拆遷及公園林地調補工作。BIM+GIS拆遷用地管理在復雜核心城區的征遷工作開展時，發揮至關重要的作用。

項目團隊在BIM+GIS的拆遷用地管理的研究中，整合了大量地理信息數據，規劃建設數據、BIM模型數據。項目團隊自主研發的智慧管理平臺，打通了BIM模型數據與工程項目管理業務流程，實現了兩者間數據交互，取得良好的經濟效益和社會效益。為推動智慧水務一體化建設，落實水務數字底座、建設城市水務一張圖提供基礎數據交互技術支撐，可有效提高水務工程行業監管和項目管理能力。