基于BIM+GIS的公路智慧建設服務平臺設計與實現

摘要：在智慧交通快速推進的背景下，各種先進的物聯網設備應用在公路建設全周期過程中，加上設計數據與施工數據、廣域范圍內多源傳感器數據及關聯分析數據等，會造成當前公路建設全周期的數據模態多樣、存儲管理分散，無法支撐全周期的實際業務需要。研究BIM+GIS+IoT建設服務關鍵技術及數字化平臺，完成以工程結構樹及分部分項劃分結構樹為數據索引的施工數字化業務服務方案，結合典型應用案例，探討了智慧工地IoT數據可視化服務，實現征地拆遷、巡檢巡查等主要業務板塊的數字化服務。

關鍵詞：數字化服務全周期過程建設服務可視化

DesignandImplementationofanIntelligentHighwayConstructionServicePlatformBasedonBIM+GIS

CHENZhen

（WuhanComprehensiveTransportationResearchInstituteCo.，Ltd.，Wuhan，HubeiProvince，430015China）

Abstract：Inthecontextoftherapidadvancementofsmarttransportation，theapplicationofvariousadvanceddevicesbasedontheInternetofThings（IoT）intheentire-cycleprocessofhighwayconstruction，coupledwithdesignandconstructiondata，aswellasmulti-sourcesensordataandcorrelationanalysisdatainawideareawillresultinthediversedatamodesandscatteredstoragemanagement&nbs4c45b03211714bad98fb610ccb0d0973p;oftheentirecycleofhighwayconstruction，whichcannotsupporttheactualbusinessneedsoftheentirecycle.ThispaperstudiesthekeytechnologiesanddigitalplatformsofBIM+GIS+IoTconstructionservices，completesadigitalconstructionbusinessserviceplanwithengineeringstructuretreesandsub-itemdivisionstructuretreesasdataindexes，andexploresthevisualizationserviceofIoTdatainsmartconstructionsitesincombinationwithtypicalapplicationcases，soastoachievethedigitalserviceofmajorbusinesssectorssuchaslandacquisitionanddemolition，andinspectionandpatrol.

KeyWords：Digitalservice;Full-cycleprocess;Constructionservice;Visualization

在當今數字經濟和產業技術密集創新的時代背景下，我國適時提出了“新基建”國家戰略，其核心要素之一是借助當今飛速發展的5G通信、物聯網和人工智能等前沿技術，使傳統產業全面邁向數字化、信息化和智慧化[1]。現階段，我國亟待由“交通大國”轉向“交通強國”，在眾多亟須轉型升級的傳統產業中，公路交通基礎設施建設與運營無疑是與基本民生和社會經濟關聯度最高、需求最為迫切的產業之一。

BIM和GIS的結合在建設工程服務技術領域已經取得了一定的研究進展。許多學者和研究人員從不同的角度探索了BIM和GIS的融合集成和應用。一些研究人員將BIM和GIS技術相結合，以實現更好的空間數據服務和分析[2]。例如，通過將BIM模型與GIS地理空間數據進行整合，實現建筑能源數據的可視化和城市能源規劃的綜合分析。另外，一些研究集中在BIM+GIS+IoT的應用領域。這些研究旨在將物聯網（IoT）技術與BIM+GIS相結合，實現對建筑工程全生命周期過程中的多源數據的感知和采集。例如，通過集成IoT傳感器和BIM模型，可以實現對建筑能源使用、空間占用率和用戶舒適度等信息的獲取和分析[3]。

1基于BIM+GIS+IoT的智慧建設服務數字化平臺總體架構

基于BIM+GIS+IoT的建設服務數字化平臺建設內容可概括成：“1212”（如圖1所示），即一個基礎平臺，兩大應用平臺，一個統一界面（一張圖）、兩大標準體系，具體描述如下。

（1）“一個基礎平臺”：筑牢數字工程建設，建設高質量、高標準的綜合數據中心，打造建設服務一體化“數據底座”。

（2）“兩大應用系統”：智慧工地平臺、工程管控平臺。

（3）“一個統一界面”：項目綜合管控一張圖。

（4）“兩大標準體系”：數字化技術標準體系、數字化服務制度體系。

基于BIM+GIS+IoT的建設服務數字化平臺建設圍繞高速建設服務與上級部門和各參建單位協作開展業務。其主要包括BIM+GIS綜合管控平臺、工程管控平臺、智慧工地平臺三個部分。

2功能設計

2.1征拆服務

通過平臺結合BIM及GIS數據，對工程沿線征地區域、臨時用地、桿管線改遷規劃進行可視化的論證優化，從而合理制定征拆計劃，保障建設用地的順利交接，同時，在征拆過程中，結合移動互聯、北斗GPS精確定位等技術，對征拆過程及相關問題信息實時采集上報，實現征拆過程的數字化管控[4]。依據制定的征拆計劃，結合完整、準確的征拆過程動態信息數據，實時統計分析征拆進度，并與施工計劃進行綜合分析，對征拆計劃及方案進行動態優化調整，對關鍵問題進行動態跟蹤分析與處理。

2.2進度計劃服務

進度管理系統主要是對工程建設進度的可視化服務，其通過與質量管理系統的數據對接，當相應工序完成質檢評定工作后，系統自動將對應設施構件對象施工狀態同步為完成狀態；再通過與計量支付系統進行實時數據對接，實現計量支付進度狀態的同步。

2.3計量服務

在公路工程施工中，實現工程投資和計量進度的動態控制，對合同履約有著重要保障，同時也為后續的竣工文件的編制及結算做數據支撐[5]。主要功能包括：計量管理、計量審批、工程支付。其中，面向高速公路建設基礎數據結構化存儲，如WBS清單，EBS清單，通過這些數據為高速公路建設管理計量支付流程等提供基礎數據支持，并與BIM模型相結合提供形象快捷的查詢，實現計量與支付的有機結合（如圖2所示）。

2.4變更服務

設計變更服務主要包括變更方案及工程量清單的變更的申報審批、變更令的簽發。通過建立變更管理系統實現線上變更管理流程的自動流轉，以及對相關變更數據信息、變更會議及變更資料信息與計量管理進行動態同步，實現變更與計量的無縫對接。基于BIM+GIS基礎平臺，由APP發起變更，并在建設管理數字化平臺進行線上審核，完成變更流程標準化管理。相關變更過程數據、資料數據在系統中進行統一管理與歸檔，從而提高變更審批的效率、縮短變更執行的周期，確保投資進度。主要功能包括：變更申請、變更審批、新增單價、變更臺賬、變更資料。

2.5質量服務

結合平臺按照建設質量管理的要求，一方面結合IoT技術、移動互聯技術與數字化巡檢APP，對施工現場質量安全信息進行實時采集，動態管控現場安全巡查情況。對存在質量問題或風險的地方進行拍照或視頻記錄，數據同步傳輸到平臺，各管理方可及時得知現場質量情況做出相應處理措施，降低質量風險，節約風險處理成本[6]。另一方面，依據條理化的工序質量檢測標準，應用工序檢查APP對現場施工工序質量合格性進行檢查記錄、拍照取證，作為施工質量資料數據留存，并自動化推送到計量管理模塊為工程計量提供基礎資料，同時與BIM結構對象進行關聯管理，實現質量檢測資料數據的集成化、可視化、標準化、精細化管理。

2.6竣工歸檔

結合全周期一體化系統設計信息、工序檢查、試驗檢測、質量檢驗評定、計量支付、設計變更、竣工檔案的無紙化辦公及數據全鏈條，完成電子檔案系統。該系統具有電子簽章、組卷、收文臺賬、預立卷等功能。通過工程建設數字化平臺實現施工文件收集，通過“系統結構樹＋循環檢索”的技術手段，實現自動歸檔，極大提高竣工檔案編制效率。用戶還可通過系統內置的電子檔案館自由查詢借閱電子檔案。實現竣工資料收集整理自動化以及項目檔案歸檔工作輕量化的目標，為運營養護管理者、實施者提供建設過程中資料追溯功能，為項目竣工檔案管理工作提供新思路。

3基于BIM+GIS+IoT的智慧建設服務平臺系統應用案例

3.1BIM+GIS電子沙盤三維展示及數據集成

某項目是國內鮮有的“3+1”示范工程，是國家交通強國車路協同示范項目，交通運輸部平安百年品質工程示范項目，交通運輸領域新型基礎設施建設示范項目和湖北省交通運輸廳全周期全要素數字高速試點項目。圍繞基礎設施數字化等試點主題，參建各方旨在通過BIM、GIS、IoT等先進信息技術，形成以數據為核心的高速公路智能協同服務新模式。

依托設施設備BIM模型及現代測繪獲取的GIS數據，建成了BIM+GIS電子沙盤系統。基于BIM+GIS引擎，采用WEBGL技術，實現了長線路、多專業的BIM模型及三維地形和影像數據的輕量化動態加載與展示。模塊基于工程結構樹EBS對BIM模型對象及屬性信息進行管理，提供BIM對象的快速檢索定位（樁號檢索定位、標段檢索定位、工點檢索定位、地名檢索定位）、視圖定位、構造物快速篩選、地形透視、幾何量測、快速顯隱以及模型動態剖切、行車漫游、關聯信息及圖紙查看等功能，幫助系統使用人員全面、直觀、準確地了解工程相關數據信息。

3.2BIM+GIS對質量過程的數字化服務

傳統施工分部分項劃分為手動工作，工作量巨大且容易出錯，成綿擴容高速施工單位提出基于BIM模型開發分部分項劃分工具的需求，旨在能大幅提高標準化與準確性，縮短施工前期準備周期。

以BIM+GIS數字化數據為基礎，結合工程建設分部分項WBS數據，按照公路施工質量管理要求，制定質量管理數據及流程標準。依據標準系統自動根據檢測構件對象的類型及當前工序，推送相應檢查項及利用移動終端要求給現場檢查，質量檢查人員可根據檢查項逐項檢測核實，并按要求進行拍照取證，系統根據規則進行判斷及提示，保證質量檢查數據采集的準確性與及時性。同時，將質量管理數據與BIM模型進行關聯實現檢查數據、檢查狀態、檢查進度等的可視化展示與管理，一定程度上解決傳統質量管理工作量大、規范性差、管控難度大、流程效率低、數據整理難和不宜追溯的問題。

3.3BIM+GIS對工程建設進度的可視化呈現及數據匯聚

應用數字化技術將工程建設計劃及進度數據與各設施構件BIM模型數據進行動態關聯，實現形象進度的三維可視化交互管理（不同進度情況的BIM模型顏色表示、信息集成等），如圖3所示，可實時直觀地查看工程整體、各標段、各部位及各構件的進度，如圖4所示。使進度管理更加形象化、直觀化、動態化。在虛擬三維場景內實時呈現工程現場施工進度情況，幫助業主管理者進行進度計劃綜合管理及決策支持。

4結論

研究BIM+GIS+IoT的建設服務數字化平臺，通過結構樹的工程信息服務方案、工程結構樹及分部分項劃結構樹為數據索引的施工數字化業務服務方案、數字化服務和多源數據融合技術、以BIM對象為基礎的WBS（分部分項）分拆技術及基于BIM的分部分項劃分軟件，研究基于BIM+GIS的數字化建設服務平臺，結合智慧工地IoT數據進行可視化服務，實現征地拆遷、現場巡檢巡查、進度服務、檔案服務等主要業務板塊的數字化服務。

參考文獻

[1]田雨.基于BIM的公路工程項目進度管理研究[D].西安：長安大學，2023.

[2]房曉亮，黃文衡，鄧碩.基于BIM與GIS技術的公路工程可視化系統構建[J].科技創新與應用，2023，13（35）：39-41，45.

[3]李柔嘉.基于本體推理的公路工程BIM模型造價工程量缺陷信息檢查[D].重慶：重慶大學，2022.

[4]曹坤.公路工程項目BIM+VR技術應用分析[J].交通世界，2023（25）：183-185.

[5]陳秋霞.基于BIM技術的高速公路工程施工進度管理優化研究[D].重慶：重慶大學，2023.

[6]申威，覃延春.基于BIM+GIS的公路工程數字孿生系統建設與應用[J].中國交通信息化，2023（5）：130-135.