基于BIM的GIS平臺(tái)在鐵路綜合貨場(chǎng)中的應(yīng)用

◆宋俊喜

基于BIM的GIS平臺(tái)在鐵路綜合貨場(chǎng)中的應(yīng)用

◆宋俊喜

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司 北京 100142）

隨著鐵路信息化的應(yīng)用與發(fā)展，建筑信息模型（BIM）與地理信息系統(tǒng)（GIS）兩個(gè)學(xué)科高效結(jié)合。通過示范站BIM技術(shù)與GIS技術(shù)應(yīng)用，總結(jié)鐵路典型貨場(chǎng)設(shè)計(jì)、監(jiān)管、施工、監(jiān)理和“運(yùn)維”各階段應(yīng)用BIM的關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)鐵路貨場(chǎng)全生命周期信息化管理奠定基礎(chǔ)，形成新的鐵路應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

BIM；GIS；全生命周期；數(shù)據(jù)交互

1 概述

BIM和GIS有效地結(jié)合起來，以蘭州樞紐東川鐵路貨運(yùn)中心站為例，建筑信息模型在GIS中加載并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互同時(shí)對(duì)信息系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞，是系統(tǒng)信息架構(gòu)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)的最終可視化體現(xiàn)。同時(shí)用戶界面也是信息導(dǎo)航功能的主體，它為用戶提供獲取信息的途徑，扮演著非常重要的角色。BIM模型需要獲取線路、橋梁、隧道等專業(yè)數(shù)據(jù)，需要與GIS平臺(tái)相結(jié)合，因此需要研究BIM與GIS之間的數(shù)據(jù)接口，對(duì)于站房、機(jī)電等專業(yè)BIM數(shù)據(jù)則需要更多的軟件來支持?jǐn)?shù)據(jù)。

建筑信息模型（BIM）與傳統(tǒng)模式相比，3D-BIM（三維建筑信息模型）的優(yōu)勢(shì)明顯[1]，因?yàn)榻ㄖＰ偷臄?shù)據(jù)在建筑信息模型中的存在是以多種數(shù)字技術(shù)為依托，從而以數(shù)字信息模型作為各個(gè)建筑項(xiàng)目的基礎(chǔ)，可以進(jìn)行各種相關(guān)工作。建筑工程與之相關(guān)的工作都可以從建筑信息模型中獲取各自需要的信息，既可指導(dǎo)相應(yīng)工作又能將相應(yīng)工作的信息反饋到模型中。

地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理空間信息為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析的一系列管理軟件，GIS的基本操作參考了主流的各類三維展示平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套方便直觀的操作方式及快捷工具。在三維環(huán)境中顯示實(shí)體之后，引擎通過組合這些實(shí)體可以創(chuàng)建更為復(fù)雜的實(shí)體，并根據(jù)瀏覽方式進(jìn)行加載控制。

2 基于BIM的GIS平臺(tái)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)階段

鐵路綜合貨場(chǎng)工程信息模型從廣義上說包括土建、機(jī)電及相關(guān)單項(xiàng)工程，對(duì)本行業(yè)來說，專業(yè)主要包括建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、消防、給排水、電力、通信、信號(hào)、站場(chǎng)、線路等。設(shè)計(jì)信息模型需要?jiǎng)?chuàng)建工程及相關(guān)工程中最小單元的設(shè)施、設(shè)備、裝置、器件的信息模型，該信息模型主要反映實(shí)際對(duì)象的結(jié)構(gòu)、形狀、組成、接口、材料、備品備件等物理特性以及功能性能、業(yè)務(wù)描述、數(shù)據(jù)信息流等邏輯特性。設(shè)計(jì)、復(fù)核、專業(yè)負(fù)責(zé)人、總工等工程設(shè)計(jì)的崗位注重設(shè)計(jì)思想的認(rèn)同，可以通過BIM和GIS相結(jié)合的信息平臺(tái)確定設(shè)計(jì)中選用符合要求且更先進(jìn)合理的技術(shù)、工藝?？臻g的合理利用、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備和材料的功能性能等要素需要綜合考慮。大型貨場(chǎng)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段都存在優(yōu)化設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、模擬施工、運(yùn)維仿真等多種基于工程信息（三維）模型體系的需求，但其解決的問題在多數(shù)情況下是截然不同的，都是需要研究的問題。即使是“沖突檢測(cè)”在車站及地鐵中的研究應(yīng)用，主要研究的問題依然是“工程對(duì)象以及活動(dòng)過程的數(shù)據(jù)模型”。

從全生命周期[3]的概念來說，設(shè)計(jì)信息（三維）模型應(yīng)主要考慮設(shè)計(jì)階段的諸多要素，還應(yīng)預(yù)留為建設(shè)項(xiàng)目管理、系統(tǒng)集成及施工安裝、運(yùn)營維護(hù)等環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)的信息模型，如下圖（圖1）。

圖1 設(shè)計(jì)信息三維模型

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM與GIS相結(jié)合的最終目的是要提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，從而減少后續(xù)施工期間的洽商和返工，保障施工周期，節(jié)約項(xiàng)目資金。在設(shè)計(jì)階段的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

（1）可視化：將專業(yè)、抽象的“二維建筑”描述通俗化、三維直觀化，使得專業(yè)設(shè)計(jì)師和業(yè)主等非專業(yè)人員對(duì)項(xiàng)目需求是否得到滿足的判斷更為明確、高效，決策更為準(zhǔn)確。

（2）性能模擬：將原本需要在真實(shí)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)的建造過程與結(jié)果，在數(shù)字虛擬世界中預(yù)先實(shí)現(xiàn)，如進(jìn)入建筑物的路線，室內(nèi)采光、空間布局最大化等。

（3）設(shè)計(jì)優(yōu)化：以貨場(chǎng)地下綜合管線工程模型為例，對(duì)管道打架、碰撞等問題進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2.2 方案規(guī)劃審查

搭建基于BIM與GIS相結(jié)合的平臺(tái)，采用3DGIS來展示BIM信息模型及場(chǎng)景，搭建協(xié)同工作平臺(tái)，建立系統(tǒng)的技術(shù)交流平臺(tái)，制定詳細(xì)實(shí)施計(jì)劃，確定人員配置及時(shí)間計(jì)劃，設(shè)計(jì)和業(yè)主可以通過平臺(tái)溝通，地方政府可以在平臺(tái)上對(duì)方案進(jìn)行審查。

2.3 方案詳細(xì)設(shè)計(jì)

在場(chǎng)景及總體布局平臺(tái)中創(chuàng)建綜合貨場(chǎng)與上下行相鄰兩車站在區(qū)間銜接處的線路路基信息模型，包括邊界、里程等信息。創(chuàng)建各作業(yè)區(qū)的站臺(tái)、軌道、道岔等的信息模型，根據(jù)需要考慮建立其他站前工程、四電、房建等工程的示意性信息模型（圖2），包括設(shè)施設(shè)備名稱、安裝參數(shù)等信息。

圖2 信息模型

3 基于BIM的GIS平臺(tái)在施工和維護(hù)管理中的應(yīng)用

鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，項(xiàng)目投資大，質(zhì)量要求高，建設(shè)難度大。為了有效實(shí)現(xiàn)投資效益，高質(zhì)量的建設(shè)鐵路項(xiàng)目，必須引進(jìn)現(xiàn)代管理理念、體制、方法和手段，加強(qiáng)過程管理，以先進(jìn)的管理保證一流的建設(shè)。鐵路樞紐綜合“物流園”BIM與GIS平臺(tái)相結(jié)合采用BIM體系下的相關(guān)技術(shù)作為支撐，對(duì)工程建設(shè)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視管理，給用戶呈現(xiàn)一個(gè)從整體到局部的統(tǒng)一可視平臺(tái)。該系統(tǒng)為合理投資、質(zhì)量及安全控制提供了有力的幫助。

信息模型需要的數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營期間逐步產(chǎn)生和建立，根據(jù)這些數(shù)據(jù)（稱為工程數(shù)據(jù)）及業(yè)務(wù)功能，建立基于BIM（可在此基礎(chǔ)上疊加或嵌入虛擬現(xiàn)實(shí)、GIS等技術(shù)）平臺(tái)下，對(duì)施工、維護(hù)管理提供支持技術(shù)平臺(tái)[2]。

基于BIM并把信息模型通過GIS集成起來給用戶一個(gè)直觀可視的三維平臺(tái)，用戶可以在此平臺(tái)上對(duì)設(shè)備的屬性及資料信息快速查看，對(duì)設(shè)備的位置快速定位，對(duì)設(shè)備及部件的組成可視的查看。通過三維平臺(tái)還可以對(duì)設(shè)備的安裝及檢測(cè)流程模擬指導(dǎo)。此系統(tǒng)的目的就是通過軟件技術(shù)指導(dǎo)維修人員在較短時(shí)間內(nèi)掌握更多的設(shè)備維修維護(hù)技術(shù)，合理的對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修維護(hù)，從而減少對(duì)設(shè)備的欠維修及過度維修所造成的損害，降低運(yùn)營成本。

4 BIM與GIS結(jié)合在鐵路中的發(fā)展前景與展望

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，建筑行業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期，大規(guī)模的城市化進(jìn)程為新建建筑帶來了前所未有的需求。建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目的復(fù)雜性也越來越大，而設(shè)計(jì)周期短、工期緊張的情況下，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方式面臨難以克服的瓶頸，其效率低、協(xié)同性差、數(shù)據(jù)重用率低、各專業(yè)配合程度差、項(xiàng)目各參與方溝通困難等缺點(diǎn)逐漸暴露出來。如何最大化地提高設(shè)計(jì)效率和更好地滿足業(yè)主越來越苛刻的需求，成為擺在所有設(shè)計(jì)人員面前的最大問題。企業(yè)要想在設(shè)計(jì)周期、設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)品質(zhì)上搶得先機(jī)，迫切需要一個(gè)能解決目前傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式不足的新設(shè)計(jì)方法，而建筑信息模型（簡(jiǎn)稱BIM）數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的共享，通過公共數(shù)據(jù)交換技術(shù)便是這樣一個(gè)提供協(xié)同設(shè)計(jì)、提高設(shè)計(jì)效率的得力工具平臺(tái)，能有效提高建筑設(shè)計(jì)周期、設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)品質(zhì)的“利器” 。

BIM 與GIS相結(jié)合的項(xiàng)目軟件，其普及肯定會(huì)有一個(gè)過程，而這個(gè)實(shí)現(xiàn)過程的長(zhǎng)短就取決于國內(nèi)相關(guān)方面的設(shè)計(jì)人才及設(shè)計(jì)方的重視度。其應(yīng)用情況也是影響B(tài)IM 發(fā)展的一個(gè)很重要因素。BIM 在中國的蓬勃發(fā)展趨勢(shì)是有目共睹的，BIM 今后也必然將走到全行業(yè)應(yīng)用。因此BIM和GIS的二次開發(fā)的前景是不可估量的。

5 結(jié)語

通過BIM技術(shù)與GIS在項(xiàng)目中的研究和應(yīng)用，建立工程數(shù)據(jù)信息模型能準(zhǔn)確判斷設(shè)計(jì)初期所產(chǎn)生的各類錯(cuò)誤，避免后續(xù)施工單位所犯的錯(cuò)誤，以便現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及時(shí)解決及時(shí)調(diào)整方案，給工程項(xiàng)目帶來正面的影響和幫助。實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目方案優(yōu)化、成本控制。同時(shí)提升了項(xiàng)目生產(chǎn)效率，提高了建筑質(zhì)量、縮短工期、降低建造成本、節(jié)約了材料、有效地提升了施工管理效率，因此具有顯著的社會(huì)效益和環(huán)境效益。在全行業(yè)樹立榜樣，將贏得建設(shè)單位、監(jiān)理單位的認(rèn)可和好評(píng)，為日后相類似工程提供參數(shù)，有助于此項(xiàng)技術(shù)的推廣和更深入發(fā)展。

[1]王玉澤.BIM技術(shù)在軌道交通的應(yīng)用探討[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014（05）：19-22

[2]馬海軍，祝曉紅. BIM+GIS融合技術(shù)在鐵路施工企業(yè)數(shù)字化管理中的應(yīng)用[J]. 通信電源技術(shù)，2017，34（03）：151-153.

[3]閔世平，趙亮亮. 三維GIS技術(shù)在鐵路全生命周期中的應(yīng)用探討[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2014，31（10）：15-20.

[4]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司[J]. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015（03）：2-3+120-122.