基于3DGIS+BIM的建筑物可視化信息管理系統(tǒng)應(yīng)用研究

王鵬 金浩然 王占軍 徐凱

摘 ?要：公路系統(tǒng)的運(yùn)維管理主要表現(xiàn)在對(duì)運(yùn)維信息的管理上，傳統(tǒng)的信息管理具有復(fù)雜和效率低的特點(diǎn)。為保證運(yùn)維信息的有序化與可視化管理，該文基于SuperMap軟件平臺(tái)集成BIM數(shù)據(jù)和3D GIS數(shù)據(jù)搭建了可視化平臺(tái)，然后結(jié)合文檔管理模塊、道路與設(shè)備監(jiān)測(cè)模塊、科研成果展示模塊等運(yùn)維信息模塊，建立統(tǒng)一的可視化的綜合運(yùn)維信息管理平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維信息的可視化、集成化和實(shí)時(shí)化管理，可以有效地提高運(yùn)維信息的存儲(chǔ)與檢索效率，進(jìn)而提高公路系統(tǒng)運(yùn)維管理的效率。

關(guān)鍵詞：運(yùn)維管理 ?BIM ?GIS ?可視化 ?信息管理平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP315 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）06（b）-0001-03

公路系統(tǒng)的線路跨度大，涉及專業(yè)多，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，運(yùn)營(yíng)維護(hù)的信息不斷累積增大。傳統(tǒng)的運(yùn)維信息的資料主要是分散無(wú)序地、不可視地存儲(chǔ)在紙質(zhì)文檔中，管理人員需要從海量紙質(zhì)的圖紙和文檔中人工查閱并匹配文檔描述的空間位置以查找所需信息。由于公路工程的體量大，相關(guān)的文檔眾多，翻閱查詢的時(shí)間消耗大，管理工作變得低效且艱難。隨著IT技術(shù)的發(fā)展，將信息與實(shí)體模型關(guān)聯(lián)的可視化電子文檔信息系統(tǒng)被普遍關(guān)注，以解決信息管理效率低下的問題。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是設(shè)施的物理和功能特征的數(shù)字表示，它被用作有關(guān)設(shè)施信息的共享知識(shí)資源，為生命周期的決策提供可靠的依據(jù)[1]。BIM專注于建筑的室內(nèi)空間將建筑物表達(dá)為一個(gè)三維模型，詳細(xì)描述了其幾何、物理與語(yǔ)義信息[2]。在公路系統(tǒng)運(yùn)維管理中，GIS可用于線路宏觀管理，BIM用于公路精細(xì)化管理。

該文借助BIM與3D GIS的融合，完善地顯示公路設(shè)施內(nèi)外一體的空間結(jié)構(gòu)，直觀形象地展示各個(gè)路段系統(tǒng)的空間布局和邏輯關(guān)系。借助數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將相關(guān)工程文檔信息電子化、集成化存儲(chǔ)與展示在對(duì)應(yīng)的空間位置，提高歷史信息的查找速度。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控采集現(xiàn)場(chǎng)信息，將可視化平臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)情況緊密鏈接，及時(shí)上傳和顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，提高發(fā)現(xiàn)病害隱患的速度。

1 ?可視化運(yùn)維信息綜合平臺(tái)的研發(fā)

1.1 研發(fā)的必要性

在公路系統(tǒng)的使用中，運(yùn)用BIM+3D GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化地信息組織、信息存儲(chǔ)、信息檢索和信息顯示等信息管理方法，大大提高了公路運(yùn)營(yíng)管理人員的工作效率，從而降低了高速公路的人力資源成本。運(yùn)用BIM+3D GIS技術(shù)搭建信息管理平臺(tái)，充分展現(xiàn)了公路系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境，多信息、多技術(shù)、多手段綜合分析，對(duì)收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深入的分析和處理，由此提供高速公路管理人員作為判斷依據(jù)的科學(xué)準(zhǔn)確的分析結(jié)論，降低對(duì)于高速公路運(yùn)營(yíng)管理人員的經(jīng)驗(yàn)依賴。

目前BIM+3D GIS技術(shù)在公路運(yùn)營(yíng)管理領(lǐng)域還屬于初級(jí)階段，鑒于該項(xiàng)技術(shù)的科學(xué)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，在同類型工程及其他基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中可以普及采用。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

平臺(tái)基于已有3D GIS軟件平臺(tái)研發(fā)，結(jié)合3D GIS地理數(shù)據(jù)、BIM數(shù)字模型和實(shí)際工程數(shù)據(jù)。系統(tǒng)架構(gòu)為C/S架構(gòu)，利用mysql數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。客戶端為可連接網(wǎng)絡(luò)的個(gè)人計(jì)算機(jī)?？蛻舳擞?jì)算機(jī)通過一個(gè)保存系統(tǒng)配置信息和項(xiàng)目具體細(xì)節(jié)的配置文件，對(duì)隧道設(shè)備管理系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。

BIM是平臺(tái)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，通過構(gòu)建三維信息模型（BIM），集成設(shè)計(jì)、施工中各階段信息;3D GIS是模型集成的載體。信息管理系統(tǒng)包括可視化信息、電子檔案信息、設(shè)備監(jiān)測(cè)與養(yǎng)護(hù)信息等模塊，同時(shí)預(yù)留其他科研成果展示功能的插件接口，完善平臺(tái)功能（見圖1）。

1.3 功能模塊實(shí)現(xiàn)

1.3.1 可視化平臺(tái)

SuperMap GIS作為常用3D GIS軟件平臺(tái)之一，可以使用三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型解決BIM數(shù)據(jù)在三維GIS中的表達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)問題。自主開發(fā)插件支持一鍵式導(dǎo)入BIM定點(diǎn)信息和屬性信息，支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的高效渲染，支持導(dǎo)出拓?fù)溟]合的BIM三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型，SuperMap平臺(tái)直接讀取該數(shù)據(jù)集。在模型集成過程中通過實(shí)例化技術(shù)，LOD（Levels of Detail）技術(shù)，模型輕量化技術(shù)等優(yōu)化BIM模型，滿足平臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行的性能需求（見圖2）。

1.3.2 檔案信息模塊

通過將資料與BIM模型對(duì)應(yīng)綁定建立檔案管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)按需查看檔案信息，使得檔案管理更加的有序和可視化。為了便于文檔的查詢，文檔需要進(jìn)行歸類存儲(chǔ)。與傳統(tǒng)的按文件格式或者文件時(shí)間的分類不同，該平臺(tái)的文檔分類采用在可視化模型中標(biāo)記位置，定位分配，將文檔對(duì)應(yīng)于其描述內(nèi)容的空間位置進(jìn)行多層級(jí)分目錄存儲(chǔ)，提高文件按需檢索的效率。在查看BIM對(duì)象的同時(shí)，可以快捷地調(diào)出對(duì)應(yīng)位置的竣工電子檔案與運(yùn)維管理歷史文檔。實(shí)現(xiàn)對(duì)文件模糊檢索、預(yù)覽、下載、操作，以及各種文件報(bào)表的打印等各種功能。

1.3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控信息模塊

公路運(yùn)維管理根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立各管養(yǎng)參與方共享的協(xié)同信息管理平臺(tái)。以基于BIM+3D GIS的數(shù)字化平臺(tái)，與道路及附屬設(shè)施設(shè)備健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)接，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與人工定期檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路在運(yùn)營(yíng)過程中健康狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為維修決策提供數(shù)據(jù)支持，并保證安全運(yùn)營(yíng)，及時(shí)識(shí)別和預(yù)警潛在的危險(xiǎn)。實(shí)時(shí)監(jiān)控流程為：在現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器、攝像頭等裝置實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，將壓縮數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器，客戶端通過WiFi網(wǎng)絡(luò)訪問處理服務(wù)器并獲取數(shù)據(jù)。

2 ?案例應(yīng)用

2.1 選取模型

選取典型的高速公路系統(tǒng)組成，線路包括道路、橋梁、隧道，設(shè)備包括顯示板、風(fēng)機(jī)照明系統(tǒng)、管線系統(tǒng)等，選取地形復(fù)雜路段，搭建該BIM+3D GIS運(yùn)維信息綜合管理平臺(tái)。

2.2 可視化平臺(tái)

路段BIM+3DGIS可視化展示分為3級(jí)。

（1）第一級(jí)為路段總覽圖級(jí)，該級(jí)顯示公路所在的地形位置及走向，從上往下俯瞰，顯示了整條路的概況（見圖3）。將BIM模型與地形空間完美的搭接，圖形化地展示了路段的地形走勢(shì)，包括路段上的隧道、橋梁、互通等結(jié)構(gòu)物的外觀及位置。

（2）第二級(jí)為精細(xì)BIM模型級(jí)?？梢圆榭此淼?、橋梁等結(jié)構(gòu)物的構(gòu)件信息?？梢酝ㄟ^漫游、列表定位等方法精細(xì)化查看各個(gè)構(gòu)件位置信息，幾何信息，選擇顯示各個(gè)構(gòu)件的基本信息，展示該模型的構(gòu)件列表。如下圖4左所示。

（3）第三級(jí)為巡檢級(jí)，該級(jí)在路線上增加顯示了機(jī)電設(shè)備?？梢匝鼐€查看顯示板、照明設(shè)備等，并可以進(jìn)入隧道、橋梁查看風(fēng)機(jī)、情報(bào)板、攝像機(jī)等機(jī)電設(shè)備的布設(shè)情況。如圖5右所示。

2.3 檔案信息管理模塊

利用電子檔案管理功能管理竣工資料，避免在公路隧道建設(shè)過程中竣工資料保存管理不完善、不全面等情況的發(fā)生，避免因?yàn)榭⒐べY料的缺失導(dǎo)致的在正常維修或緊急搶險(xiǎn)過程中人力、物力資源浪費(fèi)或救援不及時(shí)等情況的發(fā)生。該平臺(tái)采用基于空間定位的文檔存儲(chǔ)方法，在BIM 鏈接文檔信息，使得文字描述與空間位置相互呼應(yīng)。

2.4 養(yǎng)護(hù)信息管理模塊

該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)及圖形化響應(yīng)：情報(bào)板展示能實(shí)時(shí)展示顯示內(nèi)容，氣象儀能浮動(dòng)顯示氣象儀顯示值;車檢器能浮動(dòng)顯示車檢器采集值，隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備參照監(jiān)控系統(tǒng)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障狀態(tài)，有遙測(cè)值的可浮動(dòng)顯示遙測(cè)值，如圖5所示。

3 ?結(jié)語(yǔ)

該文在已有的技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，完成了公路系統(tǒng)可視化運(yùn)維信息綜合管理平臺(tái)的搭建并運(yùn)用于典型公路系統(tǒng)中。在該平臺(tái)中添加了定位鏈接文檔信息的功能模塊。有效地解決了信息存儲(chǔ)、檢索與知識(shí)傳遞的難題。該平臺(tái)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)增加監(jiān)測(cè)信息模塊，讓運(yùn)營(yíng)信息得以全局實(shí)時(shí)掌握，針對(duì)故障、報(bào)警、預(yù)警等及時(shí)響應(yīng)，快速查找問題根源和定位問題發(fā)生點(diǎn)，提高了解決問題的效率。通過對(duì)運(yùn)營(yíng)管理大數(shù)據(jù)的匯集、累積與分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)公路施設(shè)備的科學(xué)化維保以及可預(yù)見性管理，對(duì)大型基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)維管理系統(tǒng)和智慧城市系統(tǒng)的建設(shè)有顯著的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] NationalBIM Standard.Frequently Asked Questions Aboutthe NationalBIM Standard[EB/OL].（2017-06-12）[2014-10-16].https：//www.nationalbimstandard.org.

[2] 湯圣君，朱慶，趙君嶠.BIM與GIS數(shù)據(jù)集成：IFC與CityGML建筑幾何語(yǔ)義信息互操作技術(shù)[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2014，6（4）：11-17.