探究融合BIM与GIS技术的普通公路项目动态管理平台

黄俊 王志军

1. 上饶市公路通信信息中心 江西 上饶 334000；2. 中科软科技有限公司 北京 100000

引言

改革开放以来，随着我国公路交通运输事业的快速发展，人们对公路项目工程施工管理有了高度重视，在不断强化公路工程施工项目管理时，不仅能够确保公路工程施工质量，还能减小公路工程施工项目成本，有效提升工作效率。随着大数据时代的到来，人们在体验感等方面的要求也有所提高，数字化变革愈演愈烈，相关技术被广泛应用到公路项目工程施工作业中。

1 BlM与GlS概述

1.1 BIM技术

BIM是建筑信息模型，它是在建筑工程项目的信息技术基础之上建立起三维的建筑模型，运用电子信息仿真将建筑物的内真实情况进行模拟。通过对BIM含义进行阐述时，我们了解到BIM表达了建筑项目物理和功能特性；BIM建立一套建筑信息共享资源，把和建筑有关的信息都分享到平台上，有关建筑方面的信息都可以查询的到，在建筑决策方面能提供可靠依据；另外，工程项目的各个阶段设计单位、施工单位以及建设单位和相关的监督部门都可以运用BIM，在其中插入、更新相关的数据信息，各个部门在项目运行时的协同作业得到实现（如图1）。BIM建立的建筑模型可以把各个部门的数据实行共享，使整个项目得到更加精细化的管理，进而降低了项目的风险程度，促进了项目的生产效率，在工程节约成本和缩短工期方面都起着重要的作用。总而言之，BIM具有一定的协调性、模拟性，使建筑的设计与施工方面更加的精准、缩短了工期，使建筑的质量得到了一定的保障。BIM技术应用主要有可视化、可传递性、可传递性三大特点。可视化特点不仅能够对图纸进行协调，还能够将建筑构件的相关信息表现处理，需要专业技术人员将具体的三维图形还原，但此图形不能进行信息交流。应BIM技术能够将工程建筑构件三维图直观地展现，为建筑工程施工提供参考，从而满足建筑工程的需要。充分利用BIM技术可传递性特点，将BIM技术与工程项目数据之间关联，无须设计人员对连接更新。在修改应用程序内容时，利用BIM技术能够将修改的部分反馈出来，从而更好地促进建筑行业的发展。利用BIM技术可优化性特点将各个环节进行优化与更新，在此过程中会受到各种因素所影响，例如，时间、复杂程度等。当前传统的变更方式无法适用于当前工程设计与施工的需要，因此在实际建设时，应充分利用BIM技术的优势，加强此技术的应用，将施工资金投入、管理等因素很好地结合，从而制定出施工的最佳方案，获得更多的经济效益。

图1 BlM的应用

1.2 GIS技术

GIS地理信息系统又被人们称之为地学信息系统，是非常重要的空间信息系统，在电脑硬件和软件相关系统的基础上，对所有或者是一部分的地球表层空间中地理分布信息数据进行有效收集、储存、整理分析等技术系统，GIS概念框架和构成如图2。在公路工程项目动态管理中，充分利用地理信息系统提供的卫星影像数据、Digital Elevation Model以及航空影像等信息数据源，构建立体化、个性化的三维GIS，利用交互式三维虚拟场景及可视化信息集成系统、展示工程施工区域的空间地理大数据，对三维设计下你过关模型进行有效整合。地理信息系统有关软件有很多，如ArcGIs，它是一套完整的GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力。ArcGIS Pro 是在桌面上创建和处理空间数据的基本应用程序，它提供用于在2D和3D环境中显示、分析、编译和共享数据的工具。又如，Mapping + Information,这是一款全球有名的桌面地理信息系统软件,由美国知名软件公司Mapping + Information研究发布,已覆盖全球58个国家和地区。是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。它依据地图及其应用的概念、采用办公自动化的操作、集成多种数据库数据、融合计算机地图方法、使用地理数据库技术、加入了地理信息系统分析功能形成了极具实用价值的、可以为各行各业所用的大众化小型软件系统[1]。

图2 GlS概念框架和构成

2 BlM与GlS技术的融合

BIM技术主要是整合与管理工程建筑物整个生命周期，而GIS技术使整合与管理工程建筑物外在环境信息，BIM技术与GIS技术两者之间不存在可替代性，主要倾向于相互互补的关系，就微观而言,在各个领域的BIM信息和宏观领域的地理信息系统信息进行二者交换和操作，能够满足查询信息和分析信息数据的功能，是今后BIM技术与GIS技术融合发展的新方向。如Google Earth（谷歌地球）中研发的三维建筑模型功能就是BIM技术与GIS技术融合的非常重要的实例。现阶段，BIM技术与GIS技术融合的方法主要有三种：数据格式相互间的转换、数据标准化扩展和探究世界的本原或基质的哲学理论。数据格式相互间的转换是最使适用的方式。IFC目前是国际通用的BIM标准，现在很多BIM软件都采用其作为数据交换的标准，因此在跨国工程中，IFC也成为工程项目中最常参考的标准项目。而GIS的标准是CITYGML，CITYGML是一种用于虚拟三维城市模型数据交换与存储的格式，用以表达三维城市模板的通用数据模型。IFC与CITYGML之间又很多的相同点，例如，IFC与CITYGML都是基于对象，并定义了相关类似的实体。有些按照CITYGML的模型在某种程度上与几何学的IFC是保持一致的，这两种格式包含的信息类型却有所不同，IFC比CITYGML包含的信息内容更为详尽，在涉及数据格式相互间的转换时，通常会造成IFC与CITYGML之间的整体映射并不是很容易。虽然两者之间有不兼容的特性，但是专业的科研工作者已经在用不同的方法想办法克服两者的个体弱点，以开发和制定更多、更稳定的解决措施[2]。

3 公路项目动态管理平台建设需求

在分析和探索“互联网+公路项目动态管理”发展创新思路，通过先进的信息化技术能够促进公路项目工程管理的细致化和整个过程管理，促进大数据与公路项目管理体系的高度融合，加快实现工程施工全寿命周期关键信息数据的互联、互通、互享、互融 ，以提高公路项目管理信息化水平。想要形成公路项目信息动态管理平台，就要站在公路项目投资方的角度看问题，不断提升参与建设单位或企业的服务，进而满足工程施工操作层、领带管理层、决策支持层、资源支持层以及平台支持层等相关业务要求。并积极推广和运用BIM技术、工艺监视测量、施工工程相关数据信息采集等公路项目施工管理过程中的集成应用，进而实现动态监测，将施工进度、施工目标、质量和工程施工安全等各方面的信息融入信息化管理当中，施行“智慧工地”的建设，利用移动软件技术进行动态管理。公路项目动态管理平台需要为未来公路的养护管理信息化系统预计好什么位置的数据需要从后端获取,什么位置要用到后端的接口，以便于数据向公路的养护管理期传递。公路项目动态管理平台能够实现数据信息的统计和分析、深入挖掘数据、超限预报等相关功能，并对分析出的结果进行详细的图表展示。公路项目动态管理平台易于操作、管理以及系统维护，录入、报告等界面操作比较简单，具有一致性，能够提供适合的人机界面，人机界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，能够实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换[3]。

4 融合BlM与GlS技术的公路项目动态管理平台实现方案

开发并融合BIM与GIS技术的公路项目动态管理平台，平台模型通过与动态管理体系工作分解结构的分解清单相挂接，能够实现BIM技术的主要功能有以下三点：①可视性。BIM技术构建的以三维数字技术为基础，集成的公路项目各项相关信息工程数据模型中包含了整个工程的信息和功能信息，有效提高了公路项目工程施工的可视化水平，在现场施工中，可以快速提取相关信息，以便更好地开展工作。②模拟化。BIM技术可以模拟地面沉降、地质环境等内容，对即将可能发生的不同情况进行预测，根据公路项目结构存在的问题做出有效的防护措施，在一定程度上提高了公路项目工程施工的稳定性。在工程施工前期，利用BIM技术对危险性较大的作业进行模拟，可以在大量的模拟结果中筛选最有效的施工方案。③优化性。公路项目工程施工过程需要不断进行自我完善，借助信息模型提供的与工程有关联的物理和几何信息，通过三维可视化展示，可以进行相关的模拟和调整，进而保证公路项目工程施工安全管理决策的正确性和最优化。实现了可视性、模拟化、优化性等功能，能够有效提高建设业主、从事设计工作的各类机构、监理单位以及工程施工企业对公路项目的全面协同控制管理水平。与此同时，助力工程施工单位科学制定一系列的施工方案，确保工程质量，降低返工概率，缩短工期，使公路项目现场作业有制度、有章法、有组织、有落实，排除一切不安全因素和可能发生的意外，使各个部位、各个环节全面受控，达到预先设想的完全控制住的目的，在交工和竣工阶段提供全要素、多领域的可视公路信息模型，进而为全方位提高公路运营管理水平打下基础。

融合BIM与GIS技术的公路项目动态管理平台将实景和数字模型的相结合显示和动态加载展现在地理信息系统中，通过BIM技术与GIS技术的融合，采取近年来发展起来高新技术无人机倾斜摄影测量技术，通过五个角度对地面情况进行拍摄，获得三维数据可以真实的反映地物的本来面貌，客观地再现了地物的外观、结构以及高度等属性，弥补了传统遥感技术的测量不足，使倾斜摄影测量技术应用更为广泛，倾斜摄影测量技术测量的数据带有空间位置信息和各种影像数据，同时还可以输出DSM、DOM、DLG等的数据成果，满足了传统航测技术的要求，除此之外，倾斜摄影测量技术利用提取及贴纹理的方式，还可以降低三维建模的成本，同时结合工程施工图可以对公路全线进行根据BIM技术的建模，并基于地理信息系统将实景和图纸模型做到较好的融合显示。融合BIM与GIS技术的公路项目动态管理平台引入了WBS分解的思路和技术，以工作分解结构作为公路项目动态管理平台中整体信息的主线，并联系施工质量、方案进度以及投资控制等相关信息的传递。为实现公路项目工程质量精细化管理，以规范施工现场管理行为、强化执行力、实现工程质量提升为主要目标对工程进行拆分，将此过程深化和细化到每个构件单元，通过工作分解结构将所有业务模块进行关联，主要包括构件模型、制定进度、计量支付、施工质量以及档案资料等。通过深入分解细化公路项目管理指标，制定具有针对性的管理措施、管理流程和表单，采用工作分解结构实现公路项目动态管理工作和实物工作相统一的目标，建立管理指标体制，完善公路项目动态管理体系[4]。动态展示平台采取浏览器和服务器架构模式，需要将以项目或标段为单位的三维实景模型加载到平台中，根据工程施工中的进度动态分析和加载数字模型。在现阶段，通过专业的倾斜摄影相关软件构建的模型，对精密度的要求较高，反映地物类型或区域地理分布特征的点比较多，这就一定会导致实景模型将占用大量的储存空间，给现阶段主流技术架构的3D建模加载以及渲染和后期处理性能带来了巨大的技术挑战。为了解决这一难题，相关项目小组可以请教一些计算机方面的专家，聚焦关键核心共同进行技术攻关，不断优化与完善其性能，进而保障模型的加载质量和公路项目工程进度。通过与公路项目动态管理平台的数据链接，能够更加直观地将施工整个过程反映出来，通过互联网、物联网的应用实例和视频监控点信息数据的接入，使数据的利用率和管理能力都得到了提高。公路项目动态管理平台主要特点有建设工期紧、施工任务重、标准高，为了保证工程质量和施工进度，项目部可成立一系列专项工作小组，如系统开发项目小组、实景和图纸建模小组、数据可视化动态展示小组等等，各小组应携手合作、通力进行开展工作，采用融合BIM与GIS技术的动态管理平台，实现多专业集成优化设计、多方共同参与的协同管理体系建设。

5 结束语

融合BIM与GIS技术的公路项目动态管理平台，在交通运输领域通过运用“互联网+”的创新思路，为公路项目工程施工中的动态管理提供了可视化的管理手段，利用便捷、先进得信息化技术手段，为公路项目精细化管理控制提供了更完善的手段。未来公路项目动态管理平台智慧化管理与健康发展离不开BIM与GIS技术的不断融合，在系统设计时将BIM与GIS技术相结合能够实现因地制宜、成果鲜明等效果，为公路项目动态管理平台的可持续发展推力。

图3 BlM虚拟模型