基于BIM+GIS的铁路征地拆迁系统综合应用研究

倪苇 ，刘彦明 ，石硕

（1.中国铁建BIM工程实验室，陕西 西安 710043；2.中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

0 引言

近年来，我国铁路工程建设进程加快，已达到每年近8 000亿元的固定资产投资规模［1］。征地拆迁作为铁路建设项目的前置制约性工程，对铁路建设项目的审批及开工许可都极为重要［2］。铁路项目作为线状工程，跨度大、范围广，由于前期线路方案的不稳定性，参建各方无法明确征地拆迁的具体内容和费用构成，建设过程中难免变更优化方案，对项目前期的勘察设计精度要求较高，不能漏项，并要及时发现存在的问题、及时研究处理。同时，国家高度重视环境、水土保持的监督检查和生态文明工程建设，重视建设及运营期的安全管理，对建设用地范围、类型精度提出了更高要求。

目前征地拆迁做法需要大量人工调查，建设单位和地方政府无法直接参与现场核对工作，导致问题滞后解决。基于二维图纸的平面信息无法实现拆迁数据量的准确测算，缺少空间对象关系表达［3-4］。根据航片确定的地类与现场调查的不符，用地范围与环保区域发生冲突无法及时发现，现场使用的数据时效性低。征拆过程中形成的数据大多以Excel表格或纸质文件形式分散存储管理，数据的有效性和完整性难以得到保证。

基于上述现状，以高清正射影像DOM配准高精度数字高程模型DEM建立三维实景空间［5］，叠加二维设计方案，三维BIM模型及相关征拆信息，可将倾斜实景、工程设计、外部环境集成于同一平台，对全线征地拆迁最新进展情况进行可视化展示［6-8］（见图1），掌握工程对象与征地拆迁对象之间的空间关系［9］。为项目征地拆迁及相关工作提供全过程快速、高效、准确、形象、共享的平台服务，以此为基础可以拓展项目建设管理服务内容，乃至运营期项目资产管理等。

图1 BIM+GIS虚实结合直观反映工程与地理环境相对关系

1 总体框架

基于BIM+GIS的铁路征地拆迁系统不仅需要与已建成的系统进行集成，还应满足未来建设信息化系统的需求［10］。系统采用基于微服务架构的SpringCloud技术，分离每个独立的业务功能，通过HTTP协议进行REST服务间通信。区别于传统面向服务（SOA）的集中式管理多层架构模式［11］，微服务模式不仅具有自治性管理的特点，还具有适应互联网的高并发、高可用自由伸缩和负载均衡的特点。

1.1 系统架构设计

系统总体架构分为访问层、呈现层、微服务层和存储层（见图2）。其中，访问层即终端应用层，支持PC端和移动端设备；呈现层采用主流的前后端分离技术，基于VUE+ElementUI实现前端页面的展示与交互；微服务层是对业务逻辑的独立封装，主要包括计划进度服务、文件管理服务、统计报表服务、数据管理服务等；存储层包括结构化数据库（MySQL）、非结构化数据库（MongoDB）、分布式文件存储系统（Hadoop）及资源缓存（Redis），负责响应服务层对数据的请求。

图2 系统总体架构

1.2 系统功能设计

系统根据铁路征拆的业务功能进行划分，形成7个子模块，主要包括征拆实景、计划进度、现场数据、验工计价、统计报表、数据管理和权限管理。系统功能设计见图3。

图3 系统功能设计

2 应用实践

2.1 征拆信息综合展示

通过BIM+GIS可视化手段，实现二、三维场景下的征拆区域总体情况展示，通过饼图、柱状图等数据可视化方式，实现征拆进度、费用情况的总体展示；通过对土地、房屋等征拆对象的空间化信息管理，实现空间交互查询、地学辅助计算和对比分析。

信息综合展示是通过集成行政区划信息、红线区域与里程桩号信息、三维实景模型、周边环境信息、项目竣工信息等基础数据，以展板的方式对征拆进度、征拆对象、征拆工作量进行可视化展示和信息综合分析，并提供测量和管理的基础工具，如量测工具（包含面积、距离量测）、图例图层工具（包含地图服务、影像服务、地图要素和实景数据服务）、线路里程定位工具、视图工具（包含方向指北、放大缩小、漫游拾取、二三维切换、视角锁定等功能）。征拆信息综合展示见图4。

图4 征拆信息综合展示界面

2.2 计划进度管理

通过制定计划批次，根据里程范围、行政区划或三维场景中选定区域来设定征拆区域的时间点，对影响工期的关键对象单独制定征拆计划。系统实现征拆计划进度管理，主要功能包括计划下达、计划管理、单项进度上报、区域进度上报、进度可视化管理。系统实现征拆进度计划的创建、修改、查询和详情信息，对重点征拆对象实行单独管理，记录其主要征拆信息（见图5）。

图5 计划进度管理界面

2.3 统计分析

根据《征拆协调部管理办法》和《铁路公司征地拆迁验工计价实施细则》完成对征用土地信息表、“三电”改迁工程数量、用地界桩、红线附近结构物数量、征用土地数量、拆迁构筑物数量、拆迁完成数量等内容的统计分析。系统提供统计报表生成、详情和导出等功能，实现对项目数据的分析和统计。统计分析功能界面见图6。

图6 统计分析界面

2.4 基础数据管理

基础数据主要包含地理信息数据、红线数据、设计数据、调查数据。其中基础地理信息数据主要包括点、线、面等矢量要素数据、卫星影像数据、三维实景数据、图层要素数据，其中面状要素以行政区划为主，主要包括坐标范围、名称等属性，点状要素以地名、道路名、名称注记为主；线状要素主要是线位和红线数据，包括红线数据的范围、版本；图层要素数据是对GIS数据的分组，便于对主题相关的要素信息进行分类和查看；设计数据以线位数据为主，实现对线位数据的版本和参数进行管理；调查数据主要包含标段数据、责任区域管理数据、行政区划数据、土地统计类型数据、土地用地类型数据、构筑物统计数据、“三电”管线迁改统计数据、土地权属类型数据等。

系统提供基础数据导入工具，实现地理信息、红线、设计与调查数据的入库存储和可视化展示，便于进行空间分析统计。基础调查数据录入操作示意见图7。

图7 基础调查数据录入

2.5 移动端APP

通过开发安卓移动端APP，实现现场数据的录入、存储、分析和统计，如地块数据（包含征拆对象名称、类型、权属、对应工程、所属区划、补偿类型、用地类型、实际面积、征拆单位等信息）、房屋数据、构筑物数据、“三电”管线迁改数据、青苗补偿数据、补偿信息、价格字典等。

移动端主要功能包括离线地图缓存［12］、地理标记数据同步、征拆对象信息同步、征拆地图查看及对象交互、现场调研数据录入等（见图8）。

图8 移动端APP功能界面

3 结束语

以铁路工程为基础，借助BIM、GIS、互联网+等主流技术，建立以项目、实景环境及征拆对象为核心的实景征拆系统，实现对铁路全线征拆对象虚拟场景的高效可视化、参数化和信息化，满足各级征地拆迁部门统一管理业务数据的同时达到协作共享的终极目标，为铁路工程征地拆迁工作提供科学决策和支持。