大中型水库工程移民专业BIM技术应用

胡 涛

(长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010)

1 现状研究

BIM最早起源于20世纪的美国，一般认为是“Building Information Modeling”的缩写，意为“建筑信息模型”。BIM是工程的数字表达，将工程全生命周期的几何、属性和过程信息集成在一个数字模型中，在工程仿真、三维展示、数据分析、智能管理上应用广泛。近年来，BIM在水利工程中应用发展迅速，在设计、施工、运维管理等均应用广泛，将BIM的理念应用到工程的全生命周期，已是行业共识。

水利部水利水电规划设计总院刘志明[1]教高曾探讨了水利水电工程建设中BIM应用现状及问题，提出了BIM技术应用创新的三原则，助力“数字”水利向“智慧”水利的转变；长江勘测规划设计研究有限责任公司潘菲菲[2]博士介绍了BIM在水库移民安置点基础设施设计中的应用，为移民工程安置点设计提供了新思路；中国水利水电BIM设计联盟秘书长刘辉[5- 6]也曾指出，BIM是贯穿工程全生命期的水利新机遇，可实现水利工程的可视化、协同化、参数化设计。

BIM+GIS是近年来发展火热的新型技术，BIM与GIS的融合，使微观领域的BIM信息和宏观领域的GIS信息实现交换和相互操作，将GIS从宏观领域引入了微观领域，拓展了三维GIS的应用领域。

大中型水库工程移民工作是一项系统工程，移民安置规划设计工作包含了实物调查、农村移民安置、城(集)镇迁建、专业项目处理等等，而BIM+GIS的技术融合，正好适应移民专业大场景、多数据、多维度的工作特点。目前，BIM技术在水利水电工程地质、枢纽、机电等专业应用已较为广泛，但在移民专业应用还较少，本文以某水库工程为例介绍移民安置规划设计BIM+GIS的应用，为推动水库移民专业BIM技术的创新发展提供一些新思路。

2 问题提出

重庆市某水库工程为大(2)型水库，总库容约2亿m3，工程任务为防洪、城镇供水、灌溉，兼顾发电的综合利用的水库。该水库淹没影响重庆市、贵州省两省市，移民安置规划设计工作难度较大。经初步统计，水库淹没影响涉及两省市5个区(县)18个集镇，总人口约5000人，房屋约33万m2，土地1.43万亩，集镇1座，等级公路34km，桥梁11座。为更好服务于该水库移民安置规划设计工作，规划设计团队将BIM+GIS技术创造性应用于移民专业，实现了移民工作的三维可视化设计。

本水库工程建设征地涉及贵州、重庆两省市，淹没影响范围广(如图1所示)，涉及专业多，移民安置规划设计工作难度大，具体表现有以下几点：

(1)水库建设征地淹没影响两省市，移民安置涉及行政单元多、实物量大、工作任务繁重。

(2)水库建设征地淹没对象复杂，不同正常蓄水位方案淹没影响移民投资大小，对水库规模方案论证影响较大。

(3)水库建设征地整体淹没一个集镇，集镇搬迁规划约4000人，安置规划难度大。

(4)水库建设征地位于山岭重丘区，移民专项工程复建，如公路桥梁工程，复建难度大，需进行多方案比选。

(5)水库建设征地移民安置规划设计工作具有大场景、多数据、多维度的工作特点，移民信息和后期移安置管理工作难度较大。

图1 水库工程淹没范围示意图

3 BIM+GIS应用技术路线

3.1 倾斜摄影技术

倾斜摄影技术是近年来发展迅速的高新技术，通过无人机搭载多台传感器，从正射和倾斜的角度采集数据影像，从而真实地反映地物情况，高精度获取地物纹理信息，生成真实的三维场景模型(如图2所示)。倾斜摄影技术可以生产丰富的数字产品，如DOM、DEM、DSM等，此类产品在水利水电工程移民安置规划设计中应用优势十分明显，主要有：①该技术可呈现地物真实情况并且支持对地物进行量测，倾斜摄影模型可真实表达地物位置、高度、面积等不同属性，十分贴合移民实物调查工作需求。②该技术可实现低成本高产出，工作效率大大提高。倾斜摄影技术可实现一次外业采集，多种测绘数字产品输出，并提供三维模型，能有效降低移民实物调查外业成本。

图2 无人机倾斜摄影航测

针对本水库工程整体淹没集镇的移民实物成果调查，规划设计团队利用无人机进行淹没集镇的倾斜摄影航测，外业工作包括实地踏勘、收集资料、方案和航线设计、航摄准备、影像采集；内业工作包括影像预处理、空三测量、点云处理、ContextCapture软件建模、成果提交等。通过以上外业和内业工作，可建立高质量、高精度的三维倾斜摄影模型(如图3所示)。

传统的移民信息采集主要靠人工现场调查，往往需要大量人力和时间投入，相关成果表格分类复杂、数据整理繁琐，存在成本高、效率低、统计难等缺点；在本水库工程实物调查过程中，技术团队使用无人机倾斜摄影技术，可有效提取房屋、土地、专项工程等地物信息，实现了实物指标采集的精准化和有效化(如图3—5所示)。

图3 贵州坡渡集镇无人机倾斜摄影高清照片

图4 传统外业调查工作调查效率低

图5 集镇淹没区域三维倾斜摄影模型

倾斜摄影数据直观全面，可快速获取水库移民房屋、土地等实物指标数据，工作效率高且更直观全面，方便工程技术人员理解水库淹没影响区域地形地貌情况(如图6所示)。经过对比，通过倾斜摄影采集的坡渡集镇实物指标，与现场实物调查成果吻合度高达95%，数据差异在5%以内，数据相关性较高，满足移民实物调查精度的需求。同时，倾斜摄影获取的三维模型，可以真实完整地反映受淹老集镇的风貌，为水库库区移民留下了重要的岁月记忆和历史凭证(见表1和图7)。

图6 倾斜摄影技术房屋和土地测量

表1 集镇房屋实物成果倾斜摄影与现场调查对比

图7 倾斜摄影与现场调查房屋实物成果相关性分析

3.2 水库淹没动态模拟

基于库区三维模型，移民规划团队建立了水库BIM+GIS三维电子沙盘，针对不同正常蓄水位方案，进行水库淹没影响动态仿真模拟。通过对淹没影响房屋、人口、土地等实物成果进行快速、准确汇总，确定征地移民影响程度和投资大小，为规划方案比选、水库规模论证和投资控制提供了重要的技术支撑(如图8—9所示)。

图8 水库枢纽工程水库区建设征地三维电子沙盘

图9 枢纽工程水库区工程淹没动态模拟

3.3 集镇迁建规划

为将迁建新集镇打造为生态宜居的山地乡村旅游示范镇，建设“栖山望水，康养绿林”的移民新家园，通过3D-MAX软件BIM建模，对新集镇进行三维设计。通过BIM建模，直观清晰地表达了集镇“一核两心三轴四区”的总体规划效果，对安置区的住宅、道路、景观设计进行了三维可视化设计，让移民提前感知新家园优美的居住环境，大大提高了移民搬迁意愿和集镇安置满意度(如图10所示)。

图10 水库迁建集镇三维设计

3.4 BIM精细化建模

利用CIVIL3D软件和INFRAWORKS软件，规划团队搭建库区交通工程的BIM模型和三维可视化展示，利用CIVIL3D软件，开展道路的“平纵横”设计，并导入INFRAWORKS软件，生成三维可视化场景，直观地表达不同方案的路线走向，地理位置关系等，并可进行三维可视化调整，进一步优化方案，为库区交通工程复建方案比选提供依据。同时，对库区特大桥进行了BIM建模，并将BIM模型交互式地导入GIS场景，建立库区BIM+GIS多数据融合的三维大场景，通过对大桥A方案和B方案进行了比选，直观的表达了桥梁和周围环境的相互关系，对方案的优劣情况进行了清晰的三维展现，对移民安置规划设计多方案比选和优化具有重要指导意义(如图11所示)。

图11 水库交通工程三维可视化设计

规划团队利用REVIT软件，通过参数化建模，对农村居民点房屋楼、板、柱、基础、配筋等进行参数化设计，实现了工程量的自动统计，可快速准确计算移民投资概算，实现了BIM模型的清晰准确的表达(如图12所示)。

图12 水库农村居民点BIM建模

3.5 移民信息平台开发

由于传统移民工作涉及的数据来源广、格式杂、标准不一，影响了业务协同和数据共享利用的效率。为更高效服务移民信息的采集和管理，移民规划团队融合BIM+GIS，按照“平台+应用”的技术架构，技术团队自主研发了”1+3+6移民信息平台”。该信息平台可整合各类数据资源，存储和管理水库工程建设征地移民工作涉及的多种来源的基础数据，以及多方位的业务数据；同时，该信息平台实现移民信息的互联共享、业务协同联动，促进精准管理，提高移民管理水平。依托该移民信息平台，形成移民信息“一张图”，提供空间、时间、管理三个维度的信息，为监理、评估、设计、业主、政府、移民六方提供服务。目前，该平台已在30余个国内外大中型项目得到应用，显著提高了工作效率和成果质量，得到各方好评，取得显著经济和社会效益(如图13—14所示)。

图13 水库移民信息平台架构示意

图14 水库移民信息管理应用

4 结语

本文通过总结大中型水库工程移民安置规划设计中BIM+GIS技术应用情况，探讨了开展水库工程移民专业工作新思路，主要结论如下：

(1)无人机倾斜摄影应用，改变了传统移民实物调查的工作方式，大大减少了外业工作量，提高了工作效率。

(2)BIM实现多源信息集成设计，实现信息的集成与传递，而无人机倾斜摄影技术增添了更精准真实的三维地理信息数据。

(3)BIM+GIS实现移民专业可视化三维设计，形成库区淹没实物可视化的基础数据库，实现了水库淹没动态模拟，为水库工程规模论证提供了有力支撑。

(4)BIM+GIS高度匹配移民专业的工作特点，BIM的精细化建模适应了单项工程设计的需要；GIS的大场景的融合，使得移民安置规划设计方案的优化和比选更加直观、便捷。

(5)移民信息平台开发，建立了移民信息采集和管理系统，实现了“一张图”的信息集成管理与服务模式，并在全过程提供应用支撑和信息服务，是移民专业工作的重要创新。