基于3DGIS+BIM的建筑物可视化信息管理系统应用研究

王鹏 金浩然 王占军 徐凯

摘  要：公路系统的运维管理主要表现在对运维信息的管理上，传统的信息管理具有复杂和效率低的特点。为保证运维信息的有序化与可视化管理，该文基于SuperMap软件平台集成BIM数据和3D GIS数据搭建了可视化平台，然后结合文档管理模块、道路与设备监测模块、科研成果展示模块等运维信息模块，建立统一的可视化的综合运维信息管理平台。该平台实现运维信息的可视化、集成化和实时化管理，可以有效地提高运维信息的存储与检索效率，进而提高公路系统运维管理的效率。

关键词：运维管理  BIM  GIS  可视化  信息管理平台

中图分类号：TP315   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）06（b）-0001-03

公路系统的线路跨度大，涉及专业多，随着运营时间的推移，运营维护的信息不断累积增大。传统的运维信息的资料主要是分散无序地、不可视地存储在纸质文档中，管理人员需要从海量纸质的图纸和文档中人工查阅并匹配文档描述的空间位置以查找所需信息。由于公路工程的体量大，相关的文档众多，翻阅查询的时间消耗大，管理工作变得低效且艰难。随着IT技术的发展，将信息与实体模型关联的可视化电子文档信息系统被普遍关注，以解决信息管理效率低下的问题。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是设施的物理和功能特征的数字表示，它被用作有关设施信息的共享知识资源，为生命周期的决策提供可靠的依据[1]。BIM专注于建筑的室内空间将建筑物表达为一个三维模型，详细描述了其几何、物理与语义信息[2]。在公路系统运维管理中，GIS可用于线路宏观管理，BIM用于公路精细化管理。

该文借助BIM与3D GIS的融合，完善地显示公路设施内外一体的空间结构，直观形象地展示各个路段系统的空间布局和逻辑关系。借助数据库技术，将相关工程文档信息电子化、集成化存储与展示在对应的空间位置，提高历史信息的查找速度。借助物联网技术，实时监控采集现场信息，将可视化平台与现场情况紧密链接，及时上传和显示现场数据，提高发现病害隐患的速度。

1  可视化运维信息综合平台的研发

1.1 研发的必要性

在公路系统的使用中，运用BIM+3D GIS技术实现可视化地信息组织、信息存储、信息检索和信息显示等信息管理方法，大大提高了公路运营管理人员的工作效率，从而降低了高速公路的人力资源成本。运用BIM+3D GIS技术搭建信息管理平台，充分展现了公路系统的内部结构与外部环境，多信息、多技术、多手段综合分析，对收集的数据信息进行深入的分析和处理，由此提供高速公路管理人员作为判断依据的科学准确的分析结论，降低对于高速公路运营管理人员的经验依赖。

目前BIM+3D GIS技术在公路运营管理领域还属于初级阶段，鉴于该项技术的科学性、实用性和经济性，在同类型工程及其他基础设施系统中可以普及采用。

1.2 系統架构

平台基于已有3D GIS软件平台研发，结合3D GIS地理数据、BIM数字模型和实际工程数据。系统架构为C/S架构，利用mysql数据库实时数据、属性数据及历史数据的存储。客户端为可连接网络的个人计算机。客户端计算机通过一个保存系统配置信息和项目具体细节的配置文件，对隧道设备管理系统的应用环境进行设置。

BIM是平台数据的基础，通过构建三维信息模型（BIM），集成设计、施工中各阶段信息;3D GIS是模型集成的载体。信息管理系统包括可视化信息、电子档案信息、设备监测与养护信息等模块，同时预留其他科研成果展示功能的插件接口，完善平台功能（见图1）。

1.3 功能模块实现

1.3.1 可视化平台

SuperMap GIS作为常用3D GIS软件平台之一，可以使用三维实体数据模型解决BIM数据在三维GIS中的表达等关键技术问题。自主开发插件支持一键式导入BIM定点信息和属性信息，支持大规模数据的高效渲染，支持导出拓扑闭合的BIM三维实体数据模型，SuperMap平台直接读取该数据集。在模型集成过程中通过实例化技术，LOD（Levels of Detail）技术，模型轻量化技术等优化BIM模型，满足平台平稳运行的性能需求（见图2）。

1.3.2 档案信息模块

通过将资料与BIM模型对应绑定建立档案管理平台，可以实现按需查看档案信息，使得档案管理更加的有序和可视化。为了便于文档的查询，文档需要进行归类存储。与传统的按文件格式或者文件时间的分类不同，该平台的文档分类采用在可视化模型中标记位置，定位分配，将文档对应于其描述内容的空间位置进行多层级分目录存储，提高文件按需检索的效率。在查看BIM对象的同时，可以快捷地调出对应位置的竣工电子档案与运维管理历史文档。实现对文件模糊检索、预览、下载、操作，以及各种文件报表的打印等各种功能。

1.3.3 实时监控信息模块

公路运维管理根据现场的实时监控数据，引入物联网技术，建立各管养参与方共享的协同信息管理平台。以基于BIM+3D GIS的数字化平台，与道路及附属设施设备健康监测系统对接，结合实时监测与人工定期检测的优势，实现对公路在运营过程中健康状况的远程监控、实时动态监测，为维修决策提供数据支持，并保证安全运营，及时识别和预警潜在的危险。实时监控流程为：在现场安装传感器、摄像头等装置实时采集数据，将压缩数据传送到服务器，客户端通过WiFi网络访问处理服务器并获取数据。

2  案例应用

2.1 选取模型

选取典型的高速公路系统组成，线路包括道路、桥梁、隧道，设备包括显示板、风机照明系统、管线系统等，选取地形复杂路段，搭建该BIM+3D GIS运维信息综合管理平台。

2.2 可视化平台

路段BIM+3DGIS可视化展示分为3级。

（1）第一级为路段总览图级，该级显示公路所在的地形位置及走向，从上往下俯瞰，显示了整条路的概况（见图3）。将BIM模型与地形空间完美的搭接，图形化地展示了路段的地形走势，包括路段上的隧道、桥梁、互通等结构物的外观及位置。

（2）第二级为精细BIM模型级。可以查看隧道、桥梁等结构物的构件信息。可以通过漫游、列表定位等方法精细化查看各个构件位置信息，几何信息，选择显示各个构件的基本信息，展示该模型的构件列表。如下图4左所示。

（3）第三级为巡检级，该级在路线上增加显示了机电设备。可以沿线查看显示板、照明设备等，并可以进入隧道、桥梁查看风机、情报板、摄像机等机电设备的布设情况。如图5右所示。

2.3 档案信息管理模块

利用电子档案管理功能管理竣工资料，避免在公路隧道建设过程中竣工资料保存管理不完善、不全面等情况的发生，避免因为竣工资料的缺失导致的在正常维修或紧急抢险过程中人力、物力资源浪费或救援不及时等情况的发生。该平台采用基于空间定位的文档存储方法，在BIM 链接文档信息，使得文字描述与空间位置相互呼应。

2.4 养护信息管理模块

该平台实现模型与监控系统的数据联动及图形化响应：情报板展示能实时展示显示内容，气象仪能浮动显示气象仪显示值;车检器能浮动显示车检器采集值，隧道内机电设备参照监控系统显示设备运行状态及故障状态，有遥测值的可浮动显示遥测值，如图5所示。

3  结语

该文在已有的技术手段的基础上，完成了公路系统可视化运维信息综合管理平台的搭建并运用于典型公路系统中。在该平台中添加了定位链接文档信息的功能模块。有效地解决了信息存储、检索与知识传递的难题。该平台运用物联网技术增加监测信息模块，让运营信息得以全局实时掌握，针对故障、报警、预警等及时响应，快速查找问题根源和定位问题发生點，提高了解决问题的效率。通过对运营管理大数据的汇集、累积与分析，实现了对设公路施设备的科学化维保以及可预见性管理，对大型基础设施的运维管理系统和智慧城市系统的建设有显著的贡献。

参考文献

[1] NationalBIM Standard.Frequently Asked Questions Aboutthe NationalBIM Standard[EB/OL].（2017-06-12）[2014-10-16].https：//www.nationalbimstandard.org.

[2] 汤圣君，朱庆，赵君峤.BIM与GIS数据集成：IFC与CityGML建筑几何语义信息互操作技术[J].土木建筑工程信息技术，2014，6（4）：11-17.