基于 BIM 及 3D GIS 的城市水務(wù)應(yīng)用項(xiàng)目管理平臺(tái)

張 帆 ，陳明生 ，顏 超

（1.上海市防汛信息中心（上海市水務(wù)信息中心、上海市海洋信息中心），上海 200050；2. 上海開瀾軟件有限公司，上海 201900）

0 引言

目前我國(guó)水務(wù)水利行業(yè) BIM 及 3D GIS 技術(shù)的應(yīng)用尚未深入，行業(yè)內(nèi)尚無統(tǒng)一的 BIM 標(biāo)準(zhǔn)，在BIM 模型傳遞、要素和精度、使用授權(quán)、管理、所有權(quán)歸屬等方面存在一些問題亟需解決。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，上海市水務(wù)水利工程數(shù)量、體量和復(fù)雜度與日俱增，工程管理監(jiān)管難度加大[1]。BIM 技術(shù)在工程的初設(shè)、詳設(shè)、施工、管理及運(yùn)維方面具有不可替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，上海市水務(wù)局所屬各建設(shè)單位在重大水務(wù)工程中都已經(jīng)采用了 BIM 技術(shù)[2]。作為行政主管部門的上海市水務(wù)局務(wù)亟需建設(shè) BIM 數(shù)據(jù)中心及相應(yīng)的水務(wù)應(yīng)用管理協(xié)同平臺(tái)，充分發(fā)揮 BIM 在項(xiàng)目全生命周期管理中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高政府對(duì)工程的協(xié)調(diào)監(jiān)管效率及水平[3]。

依據(jù)《關(guān)于在本市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)意見的通知》（滬府辦發(fā)〔2014〕58 號(hào)）、《上海市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用三年行動(dòng)計(jì)劃（2015—2017 年）》《上海市水務(wù)局關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)水務(wù)應(yīng)用三年行動(dòng)計(jì)劃（2017—2019 年）》（滬水務(wù)〔2016〕1368 號(hào)）的精神，順應(yīng)水務(wù)部門業(yè)務(wù)發(fā)展及信息技術(shù)發(fā)展的需要，基于 BIM 及 3D GIS 搭建三維可視化管理協(xié)同平臺(tái)。通過三維地理信息系統(tǒng)（3D GIS）與建筑信息模型（BIM）之間無縫和信息無損集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維地形與建筑、時(shí)間與空間、室內(nèi)與室外等的一體化，從而服務(wù)于數(shù)據(jù)共享、輔助決策、項(xiàng)目審批、工程監(jiān)管及公眾展示[4]。

1 總體目標(biāo)和建設(shè)內(nèi)容

系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是利用云架構(gòu)，大數(shù)據(jù)，BIM，3D GIS，無人機(jī)數(shù)據(jù)采集等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二維與三維、實(shí)景和 BIM 模型、宏觀與微觀等的結(jié)合，充分發(fā)揮 BIM 在工程全生命周期項(xiàng)目管理的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)基于 B/S 結(jié)構(gòu)的、面向重大工程的水務(wù)應(yīng)用項(xiàng)目管理平臺(tái)[5]。建設(shè)內(nèi)容如下：

1）以現(xiàn)有 GIS 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，搭建 BIM 與3D GIS 集成的應(yīng)用平臺(tái)。用 BIM 數(shù)據(jù)格式，搭建BIM 模型數(shù)據(jù)中心。

2）工程 BIM 模型數(shù)據(jù)的整合及必要的 BIM 模型制作。

3）BIM 模型的高效查看、漫游、交互及批注。

4）基于 BIM 的工程三維形象進(jìn)度展示及分析。

5）3D GIS 中工程地理環(huán)境查看。

6）針對(duì)典型工程，接入工程監(jiān)控視頻并與 BIM 模型進(jìn)行對(duì)比分析。

7）實(shí)現(xiàn) Web 環(huán)境下 BIM 模型的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、壓縮、存儲(chǔ)及管理[6]。

8）以某個(gè)水務(wù)建設(shè)單位為例，實(shí)現(xiàn)建設(shè)單位BIM 數(shù)據(jù)與上海市水務(wù)局中心 BIM 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)接共享及為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)共享接口。

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于 BIM 及 3D GIS 的水務(wù)應(yīng)用項(xiàng)目管理平臺(tái)主要分為模型、文檔、數(shù)據(jù)及任務(wù)等功能管理模塊。功能結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

管理模塊具體功能如下：

1）模型管理模塊。a. 支持將全專業(yè)的模型上傳，后臺(tái)服務(wù)能夠自動(dòng)輕量化轉(zhuǎn)換模型，轉(zhuǎn)換后的模型可以輕量化瀏覽；b. 支持跨平臺(tái)瀏覽，電腦、手機(jī)和 Pad 均可流暢運(yùn)行；c. 支持多個(gè)專業(yè)模型文件上傳到同一場(chǎng)景進(jìn)行管理及多文件的顯示控制等功能[7]。

2）文檔管理模塊。a. 支持文件夾的新建、刪除；b. 支持項(xiàng)目過程中相關(guān)文件的上傳、下載、在線預(yù)覽、收藏、訂閱、分享；c. 支持將文件以附件的形式添加到私信、任務(wù)中，發(fā)送給指定用戶；d. 支持設(shè)置文件的標(biāo)簽；e. 支持將文件復(fù)制或移動(dòng)到新的目錄；f. 支持文件的重命名、刪除等功能；g. 支持設(shè)置文件的權(quán)限、排序等功能。

3）數(shù)據(jù)管理模塊。a. 支持用戶管理、組織架構(gòu)維護(hù)及部門管理，查看批準(zhǔn)成員列表，通過短信郵件或鏈接的方式邀請(qǐng)用戶；b. 支持設(shè)置管理，可對(duì)項(xiàng)目不同用戶分配不同權(quán)限，通過修改組織類型，部門職務(wù)等修改或移除組織，以及編輯項(xiàng)目相關(guān)信息管理項(xiàng)目等功能；c. 支持個(gè)人中心管理，可修改個(gè)人的信息，例如昵稱、頭像，修改用于查看自己信息的收件箱、發(fā)件箱等功能。

4）任務(wù)管理模塊。任務(wù)用來處理項(xiàng)目中具體的工作分配、督辦流程等協(xié)同工作，通過任務(wù)的創(chuàng)建、分配、執(zhí)行、跟蹤、歸檔等操作，統(tǒng)一管理團(tuán)隊(duì)的工作、提高效率。a. 支持任務(wù)和模型結(jié)合，如任務(wù)關(guān)聯(lián)相機(jī)書簽等；b. 支持任務(wù)和文檔結(jié)合，如任務(wù)管理圖紙，dwf，i-model 文件等；c. 支持按工程類型預(yù)定義流程，預(yù)定義默認(rèn)任務(wù)[8]。

2.2 重要系統(tǒng)模塊功能介紹

系統(tǒng)采用 Cesium 框架實(shí)現(xiàn)基于 3D GIS 的工程位置展示，使用基于 IFC 解析的 BIM 輕量化技術(shù)實(shí)現(xiàn) BIM 模型的展示。數(shù)據(jù)庫(kù)采用了 MongoDB 存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，管理平臺(tái)開發(fā)語(yǔ)言為 JavaScript，開發(fā)框架基于 Nodejs，Ionic3。系統(tǒng)具備 3D GIS 項(xiàng)目展示，BIM 模型查看，文檔、數(shù)據(jù)和任務(wù)管理，工程數(shù)據(jù)共享等功能，具體如下：

1）項(xiàng)目列表。用于展示項(xiàng)目的名稱、工程狀態(tài)、實(shí)施時(shí)間、投資金額、管理模式，可根據(jù)項(xiàng)目區(qū)域、水利分片、工程類型等篩選項(xiàng)目，查看或管理特定的項(xiàng)目。

2）模型查看。用于展示模型，通過鼠標(biāo)拖動(dòng)可以查看不同視角下的模型。

3）動(dòng)態(tài)信息。系統(tǒng)中所有操作留痕，記錄用戶的系統(tǒng)活動(dòng)。在動(dòng)態(tài)列表中會(huì)顯示相關(guān)操作，方便管理員、用戶掌握動(dòng)態(tài)。用戶可按起止時(shí)間、系統(tǒng)模塊、人員篩選動(dòng)態(tài)。針對(duì)文件夾、文檔、任務(wù)、模型提供訂閱功能，在訂閱管理中可以刪除訂閱。

4）文檔收藏。用于收藏文檔和文件夾，對(duì)收藏的文檔，文件夾可以查看、分享、下載等。

5）文檔分享。選中要分享的文件、文件夾，單擊“分享”即可創(chuàng)建分享鏈接，任何用戶都可以通過該鏈接直接查看、下載文件。此外還可以查看已經(jīng)分享出去的文件、文件夾，并可以在此取消分享或修改分享鏈接的權(quán)限、密碼、有效期等設(shè)置。

6）我的任務(wù)。包含新建任務(wù)，以及任務(wù)執(zhí)行、列表及刪除子模塊。新建任務(wù)時(shí)通過分組可以設(shè)置任務(wù)的類型，選擇任務(wù)截止時(shí)間、設(shè)置隱私完成創(chuàng)建。流程創(chuàng)建后，可以根據(jù)需要添加附件、批注，發(fā)布后流程中預(yù)定義中的執(zhí)行人可以接收該任務(wù)。任務(wù)執(zhí)行分為 2 種，普通和其他類型任務(wù)。普通任務(wù)的執(zhí)行人根據(jù)需要可以查看、添加附件和批注，輸入審批、處理意見以后，通過后該任務(wù)轉(zhuǎn)向下一個(gè)階段，如果不通過則將該任務(wù)打回至上一階段。其他類型任務(wù)的執(zhí)行人根據(jù)需要可以查看和添加附件和批注，也可以臨時(shí)添加執(zhí)行人，權(quán)限同普通任務(wù)的執(zhí)行人。任務(wù)列表包含任務(wù)查看、執(zhí)行，各類任務(wù)流程預(yù)制及自定義，任務(wù)搜索等功能。在任務(wù)詳情頁(yè)中，可以選擇刪除任務(wù)。

7）項(xiàng)目管理。通過填寫項(xiàng)目概況、GIS 信息、項(xiàng)目附加屬性等可以新增和修改原有項(xiàng)目，此外可以刪除選定的項(xiàng)目。

8）模型管理。通過模型名稱篩選模型，支持新增、編輯及刪除模型。編輯模型時(shí)，可上傳模型的縮略圖，定義坐標(biāo)，輸入關(guān)聯(lián)的模型 ID 及確定它所屬的項(xiàng)目。

9）我的設(shè)置?？梢酝晟菩薷膫€(gè)人信息，如昵稱、頭像、性別、生日、即時(shí)通訊號(hào)碼，修改綁定郵箱、手機(jī)、密碼和聯(lián)系地址（郵箱、電話可以設(shè)為公開或隱藏）等。也可以通過對(duì)姓名、職位等信息的設(shè)置，顯示不同的名片。

10）系統(tǒng)支持模塊。如用戶名登錄，以及組織、權(quán)限、成員管理等功能。

3 系統(tǒng)功能應(yīng)用

上海市防汛信息中心于 2018 年 5 月初實(shí)施《基于 BIM 及 3D GIS 的水務(wù)應(yīng)用項(xiàng)目管理平臺(tái)》項(xiàng)目的建設(shè)，至 2018 年 11 月中旬，項(xiàng)目建設(shè)完成并投入使用。該項(xiàng)目目前已收集、整理、并維護(hù)了上海市 2019 年水務(wù)重大工程 14 個(gè)大項(xiàng) 72 子項(xiàng)的項(xiàng)目信息[9]。系統(tǒng)首頁(yè)以列表及地圖標(biāo)注的方式顯示水務(wù)工程項(xiàng)目，如圖 2 所示。

楊浦區(qū)水廠位于楊樹浦路 830 號(hào)，水廠改造工程全部位于楊樹浦水廠內(nèi)，分為西部和東部廠區(qū) 2 個(gè)改造區(qū)域。全廠實(shí)施深度處理、排泥水處理及現(xiàn)有常規(guī)系統(tǒng)改造建設(shè)期 4 a，楊樹浦水廠基于 3D GIS 的三維模型如圖 3 所示。

圖 2 項(xiàng)目列表頁(yè)面

楊樹浦水廠模型管理及輕量化展示如圖 4，5 所示。

經(jīng)過 5 個(gè)月的建設(shè)和試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行正常，上海市水務(wù)局已初步建成 BIM 數(shù)據(jù)中心及相應(yīng)的水務(wù)應(yīng)用項(xiàng)目管理平臺(tái)。系統(tǒng)提供了免插件、免安裝架構(gòu)的輕量化 BIM 模型展示服務(wù)，可快速嵌入集成至現(xiàn)有局內(nèi)平臺(tái)中。此外，通過接口方式將平臺(tái)的功能和數(shù)據(jù)公開，滿足相關(guān)建設(shè)單位及其它政府部門對(duì)信息共享的要求。

圖 5 輕量化展示界面

3 結(jié)語(yǔ)

通過分析上海市水務(wù)工作的現(xiàn)狀，貫徹落實(shí)上海市及水務(wù)局關(guān)于推廣 BIM 等技術(shù)的文件精神，以及水務(wù)部門業(yè)務(wù)和信息技術(shù)發(fā)展的需要，建設(shè)開發(fā)了基于 B/S 結(jié)構(gòu)的、面向重大工程的水務(wù)應(yīng)用項(xiàng)目管理平臺(tái)。它實(shí)現(xiàn)了水務(wù)工作的智慧化，提高了工作人員的辦事效率，后期可以從以下 3 點(diǎn)進(jìn)一步優(yōu)化項(xiàng)目：1）開展典型的建設(shè)項(xiàng)目全過程 BIM 管理服務(wù)，深化 BIM 管理平臺(tái)應(yīng)用；2）摸索成立水務(wù) BIM 展示交流中心，放大先期示范效應(yīng)；3）開展已建設(shè)施運(yùn)營(yíng)期 BIM 應(yīng)用試點(diǎn)，探索典型設(shè)施運(yùn)營(yíng) BIM 管理價(jià)值。