基于BIM-GIS技術(shù)的場(chǎng)地土石方調(diào)配應(yīng)用研究

李志輝

（重慶市勘測(cè)院， 重慶 401121）

0 引言

我國(guó)地形復(fù)雜且變化多樣，其中以山區(qū)覆蓋面積最多，超過(guò)國(guó)土總面積的一半，而其中眾多的城鎮(zhèn)都修建在這些山地和丘陵中，因此在道路修建、城鎮(zhèn)建設(shè)中土地的開(kāi)發(fā)成本較高且困難較大。改革開(kāi)放以后，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)得到快速的增長(zhǎng)，人們對(duì)道路、城市建設(shè)要求越來(lái)越高，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也發(fā)生著翻天覆地的變化，實(shí)際道路橋梁建設(shè)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)布局中均涉及土石方工程的建設(shè)。常見(jiàn)的土石方工程有：場(chǎng)地平整、基坑（槽）與管溝開(kāi)挖、路基開(kāi)挖、人防工程開(kāi)挖、地坪填土，路基填筑以及基坑回填等，其中路基施工、場(chǎng)地整治最為典型。場(chǎng)地整治中場(chǎng)地土石方計(jì)算、合理確定施工便道、確定最優(yōu)調(diào)配方案等直接影響工程項(xiàng)目的投資預(yù)算。因此，精確、快速、合理的土石方調(diào)配已成為土石方工程項(xiàng)目的熱點(diǎn)問(wèn)題[1-3]。

1 土石方調(diào)配的應(yīng)用現(xiàn)狀

土石方調(diào)配存在于場(chǎng)平、道路、房建基礎(chǔ)等工程領(lǐng)域，特別是大型平場(chǎng)中，土石方調(diào)配對(duì)施工進(jìn)度、建設(shè)成本、環(huán)境保護(hù)都起著重要的作用。土石方調(diào)配問(wèn)題已得到行業(yè)的重視，調(diào)配方案的研究在不斷深入，并逐步應(yīng)用于工程實(shí)踐。土石方調(diào)配研究理論有線性規(guī)劃理論、 動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論、多目標(biāo)優(yōu)化理論、大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論等，隨著人工智能的發(fā)展，也有研究者結(jié)合軟件開(kāi)發(fā)研究該領(lǐng)域的方法與技術(shù)。

目前，土石方調(diào)配主要集中于二維調(diào)配模擬，精細(xì)化、可視化、真實(shí)性程度較低，現(xiàn)階段GIS技術(shù)和BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)工程領(lǐng)域中已得到逐步發(fā)展，這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)土石方調(diào)配的三維模擬，做到調(diào)配精確、動(dòng)態(tài)調(diào)整可視化。而B(niǎo)IM技術(shù)與GIS相結(jié)合在土石方調(diào)配的應(yīng)用相對(duì)較少，本文主要介紹BIM-GIS技術(shù)在場(chǎng)地土石方調(diào)配中的實(shí)際應(yīng)用[4-5]。

2 BIM-GIS技術(shù)在土石方調(diào)配中的應(yīng)用思路

GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）在近幾年得到迅速發(fā)展，是一種結(jié)合了多種學(xué)科的空間信息分析技術(shù)，將GIS技術(shù)和其他輔助手段相結(jié)合，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出場(chǎng)地整治的挖填方量。在國(guó)內(nèi)，GIS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于土地整治、城鎮(zhèn)規(guī)劃等領(lǐng)域，有研究者利用GIS技術(shù)與excel結(jié)合研究土石方計(jì)算及調(diào)配，并取得了相應(yīng)的成果[6]。

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型系統(tǒng)）技術(shù)主要應(yīng)用在工程建設(shè)中設(shè)計(jì)工具和管理平臺(tái)兩方面，近幾年也在國(guó)內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域掀起變革潮流。BIM技術(shù)通過(guò)建立參數(shù)模型分析具體工程項(xiàng)目的相關(guān)信息，能夠很好的共享和傳遞從項(xiàng)目策劃、運(yùn)行到最后維護(hù)的整個(gè)周期過(guò)程，使得工程技術(shù)人員對(duì)各種項(xiàng)目都能做出準(zhǔn)確的理解和高效的應(yīng)對(duì)，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[7]。

下面簡(jiǎn)單介紹兩種技術(shù)的應(yīng)用：

GIS基礎(chǔ)應(yīng)用：（1）測(cè)量項(xiàng)目區(qū)域地形數(shù)據(jù)；（2）地形數(shù)據(jù)處理（矢量化），建立規(guī)則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型DEM（Digital Elevation Model，即數(shù)值高程模型）；（3）運(yùn)用GIS技術(shù)取得場(chǎng)地地面數(shù)據(jù)信息。

BIM技術(shù)應(yīng)用：（1）結(jié)合GIS地形數(shù)據(jù)資料，計(jì)算場(chǎng)地的填挖方量及邊坡信息；（2）利用BIM三維模型確定場(chǎng)地土方轉(zhuǎn)運(yùn)施工便道；（3）利用BIM模型提供的挖填信息細(xì)化場(chǎng)地土石方，結(jié)合單位運(yùn)距確定調(diào)運(yùn)成本最經(jīng)濟(jì)、施工最合理的調(diào)配方案。

3 BIM-GIS技術(shù)在土石方調(diào)配中的應(yīng)用實(shí)例

本次應(yīng)用項(xiàng)目為魚(yú)復(fù)汽車(chē)城地塊平場(chǎng)工程，其平場(chǎng)地塊總面積約3222畝，地塊總挖方量約2232萬(wàn)方，填方量約1433萬(wàn)方，挖余798萬(wàn)方。結(jié)合工程實(shí)例，BIM-GIS技術(shù)應(yīng)用流程。

結(jié)合 GIS數(shù)據(jù)和最新無(wú)人機(jī)航攝影像資料，建設(shè)劃定范圍及周邊區(qū)域高精度三維地形模型，根據(jù)設(shè)計(jì)資料，提取各類(lèi)要素（地塊范圍線、挖填分界線、高壓走廊等），整合到三維地理環(huán)境中，以此作為土方調(diào)配依據(jù)。通過(guò)三維地形模型分析、實(shí)時(shí)評(píng)估和動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)，結(jié)合土方轉(zhuǎn)運(yùn)便道，按照建設(shè)施工成本最優(yōu)化原則，提供最經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、直觀的土石方調(diào)配方案。

結(jié)合地塊平場(chǎng)設(shè)計(jì)資料和三維數(shù)字地形數(shù)據(jù)，將各場(chǎng)平地塊分別劃分成若干小地塊，并利用BIM平臺(tái)的土石方計(jì)算功能，快速計(jì)算出各新地塊的土石方量。

利用BIM三維模型組織土方轉(zhuǎn)運(yùn)施工便道，結(jié)合上述工作成果，完成對(duì)土石方調(diào)運(yùn)最優(yōu)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)配節(jié)約投資，合理的路徑規(guī)劃利于文明施工、生態(tài)環(huán)保，動(dòng)態(tài)調(diào)整可視化便于指導(dǎo)工程建設(shè)。

4 結(jié)語(yǔ)

土石方調(diào)配是工程施工前重要的前期準(zhǔn)備工作，對(duì)整個(gè)工程的建設(shè)、環(huán)境的影響都有重要的作用。本文以魚(yú)復(fù)汽車(chē)城平場(chǎng)工程為實(shí)例，應(yīng)用BIM-GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三維地形模型分析、實(shí)時(shí)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)調(diào)整，特別是地形復(fù)雜地區(qū)的土石方工程，可以提供最經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、合理、直觀的土石方調(diào)配方案，節(jié)約工程投資，減少對(duì)項(xiàng)目周邊環(huán)境的影響。

[1] 曲世潔.GIS結(jié)合Excel在土方計(jì)算及調(diào)配中的應(yīng)用研究[D].大連：大連理工大學(xué).2011

[2] 孫興.基于GIS的公路土石方調(diào)配研究與實(shí)現(xiàn) [D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué).2012

[3] 陳青，袁登瓊，何曉琴.土石方調(diào)配中經(jīng)濟(jì)運(yùn)距的確定[J].公路交通技術(shù)：2003(4)

[4] 呂全軍.路基土石方經(jīng)濟(jì)運(yùn)距新算方法及應(yīng)用[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào):2005(5)

[5] 吳楊,劉衛(wèi)國(guó),胡圣軍.基于GIS的土方工程量自動(dòng)計(jì)算及調(diào)配軟件研究[J].湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào):2004,16(4)

[6] 李德超，張瑞芝.BIM 技術(shù)在數(shù)字城市三維建模中的應(yīng)用研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2012,18（1）

[7] 印明.市政工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的發(fā)展前景[J].城市道橋與防洪，2012,1（7）