BIM+GIS技術(shù)在城市道路建設(shè)中的應(yīng)用分析

彭小濤

（上海市政工程設(shè)計研究總院集團新疆有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

在實際工作中，城市道路建設(shè)管理過程中存在一定制約因素，主要表現(xiàn)為道路項目建設(shè)涉及因素較多、信息傳遞流程較為繁雜、影響決策指令發(fā)布效率、管理體系信息化程度較低及影響運維管理效率。這些制約因素嚴重影響“智慧交通”發(fā)展。通過利用BIM技術(shù)及GIS 技術(shù)可以有效對城市道路建設(shè)進行數(shù)字化、信息化、可視化管理，因此，BIM+GIS 技術(shù)分析具有重要意義。

1 工程概況

本文選取某城市道路建設(shè)項目作為案例，利用BIM 技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)三維地形曲面模型、橋梁模型等專業(yè)模型，并在此基礎(chǔ)上融合GIS 技術(shù)，構(gòu)建相對應(yīng)城市道路建設(shè)管理系統(tǒng)，以B/S 結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)開發(fā)管理系統(tǒng)，通過建立基于BIM 模型的多維數(shù)據(jù)可實現(xiàn)對項目建設(shè)進行信息化管理。

2 構(gòu)建BIM模型

2.1 構(gòu)建三維地形曲面模型

技術(shù)人員利用Givil3D 軟件構(gòu)建三維地形曲面模型，該曲面是道路建模的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，技術(shù)人員可以通過該模型對道路建設(shè)涉及的土石方量等進行計算[1]。由于改模型精細度對后續(xù)管理工作質(zhì)量具有直接影響，因此，技術(shù)人員應(yīng)采用激光點云文件作為改模型構(gòu)建的原始文件，最大限度地提升模型精細度，通過利用激光點云文件創(chuàng)建曲面視圖。

2.2 構(gòu)建道路模型

道路模型構(gòu)建主要由Givil3D 軟件完成，技術(shù)人員主要工作流程為：道路平面設(shè)計、縱斷面設(shè)計、編輯超高、創(chuàng)建文件裝配數(shù)據(jù)、生成模型[2]。技術(shù)人員在構(gòu)建本工程道路模型時應(yīng)注意，在面對地形曲面起伏較大、主干道與支干道銜接等情況時，應(yīng)對相應(yīng)部分進行細化處理，切實提升模型有效性。在融入輸入工程路段實際數(shù)據(jù)后構(gòu)建道路模型如圖1 所示。

圖1 道路模型圖

2.3 構(gòu)建橋梁模型

技術(shù)人員在對本項目建設(shè)過程中涉及的橋梁模型構(gòu)建工作主要利用專業(yè)的Revit 軟件完成，利用軟件中的Dynamo 模塊以及Pvthon 模塊進行模型構(gòu)建并實現(xiàn)模型參數(shù)化，方便技術(shù)人員隨時對相關(guān)數(shù)據(jù)進行修改，有效避免重復(fù)建模問題，極大地提升工作效率[3]。2.3.1 常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)拆分。本項目中，常規(guī)道路模型構(gòu)建工作要求相關(guān)技術(shù)人員首先對本工作階段差異性進行計算，并在此基礎(chǔ)上對常規(guī)橋梁模型精細度進行確定，進而實現(xiàn)對常規(guī)橋梁各構(gòu)件進行精細化拆分,整體流程如圖2 所示。

圖2 常規(guī)橋梁構(gòu)建拆分流程

2.3.2 橋梁族構(gòu)建。在建族環(huán)節(jié)，技術(shù)人員應(yīng)首先選擇符合實際要求的樣板，隨后進行實體形狀構(gòu)建。在Revit 軟件中，空心形狀及實心形狀分別用于實體模型創(chuàng)建及異型結(jié)構(gòu)布爾運算，因此，這兩項命令是軟件中最為重要的兩項命令[4]。實心模型與空心模型具具備多種建模方式，技術(shù)人員只需選擇相應(yīng)命令即可快速創(chuàng)建相應(yīng)模型。橋梁結(jié)構(gòu)變化可以通過標注參數(shù)化的尺寸實現(xiàn)驅(qū)動其變化的目的，快速便捷地解決橋梁構(gòu)件斜交角、橋梁縱坡等建模難題。2.3.3 橋梁結(jié)構(gòu)拼裝。技術(shù)人員實際開展橋梁結(jié)構(gòu)拼接工作時應(yīng)充分認識到公路項目建設(shè)主要集中在狹長場地，因此在建模過程中應(yīng)采用大地坐標構(gòu)建曲線線型，根據(jù)施工進度調(diào)整坐標與高程，同時本工作需要技術(shù)人員結(jié)合GIS 技術(shù)進行，對橋梁模型構(gòu)建位置主要通過坐標信息控制?？紤]到模型構(gòu)建過程中需要對縱、橫坡結(jié)構(gòu)線型變化進行控制，因此需要利用Dynamo 模塊進行，控制相關(guān)參數(shù)，滿足按照空間曲線要求對橋梁模型進行拼接的工作。由于僅采用Dynamo 模塊構(gòu)建模型過程較為繁瑣，可能出現(xiàn)人為失誤，因此，需要技術(shù)人員結(jié)合Dynamo 模塊與Pvthon 模塊公共實現(xiàn)對橋梁模型的拼裝工作。通過運行專業(yè)技術(shù)軟件，技術(shù)人員構(gòu)建出如圖3 所示橋梁模型。

圖3 橋梁拼裝完成圖

3 基于BIM技術(shù)的公路建設(shè)管理平臺構(gòu)建

本項目應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)構(gòu)建以B/S 架構(gòu)、GIS 平臺為基礎(chǔ)，以BIM 技術(shù)為核心的城市道路建設(shè)管理平臺。

3.1 構(gòu)建模型管理模塊

技術(shù)人員在開發(fā)此模塊時設(shè)計可以利用管理系統(tǒng)WBS 目錄結(jié)構(gòu)列表、搜索引擎等渠道快速打開此模塊，并獲取所需數(shù)據(jù)信息。該模塊主要功能設(shè)計主要包括以下幾種：第一，按照施工進度對模型進行劃分，以構(gòu)建模型所需的最小構(gòu)建為單位，通過對其進行精確分類與管理實現(xiàn)精細化管理工作要求；第二，模型與系統(tǒng)WBS 結(jié)構(gòu)列表相對應(yīng)，用戶可以快速尋找所需信息；第三，系統(tǒng)搜索功能支持按樁號搜索相應(yīng)模型。

3.2 構(gòu)建施工過程管理模塊

在本系統(tǒng)中，施工過程管理主要包括施工現(xiàn)場監(jiān)控、路面攤鋪管理等功能，通過對信息化管理系統(tǒng)可以有效提升監(jiān)管效率。3.2.1 在道路建設(shè)工程壓路工序中作業(yè)過程中，本系統(tǒng)將通過通訊模塊與智能壓路機進行對接，實施收集路基壓實作業(yè)全過程數(shù)據(jù)，并根據(jù)搭載與智能壓實設(shè)備中的數(shù)據(jù)上傳模塊將其傳輸至系統(tǒng)中，隨后利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能計算單次路基壓實厚度是否滿足規(guī)定厚度要求，有效解決人工作業(yè)過程中填筑厚度超出規(guī)定范圍的問題[5]。3.2.2 在道路工程路面攤鋪工序作業(yè)過程中，本系統(tǒng)將對智能攤鋪機進行連接，通過互聯(lián)網(wǎng)渠道實時采集設(shè)備運行情況，接收智能設(shè)備中GNSS 基站發(fā)送的差分信號以及設(shè)備激光發(fā)射器送出的高程信息，隨后利用現(xiàn)代計算機技術(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析、處理，最大程度地實現(xiàn)GNSS 平面厘米級于高程毫米級定位，最大限度地提升路面攤鋪工序平整度，實現(xiàn)無樁化、數(shù)字化施工，切實提升本項目施工質(zhì)量。3.2.3 在道路建設(shè)工程樁基鉆孔工序中，本管理系統(tǒng)在可以與智能鉆孔樁設(shè)備進行對接，利用現(xiàn)代計算機技術(shù)強大的數(shù)據(jù)處理能力與控制能力實現(xiàn)“厘米級精度”，同時智能設(shè)備在實際運行過程中還會對樁基鉆孔作業(yè)過程進行實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集，將作業(yè)過程中涉及的基樁坐標、垂直偏差、鉆進深度等數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)中進行綜合處理，自動監(jiān)控鉆孔作業(yè)情況，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標情況，系統(tǒng)會自動報警，協(xié)助施工人員完成對作業(yè)流程的修正，切實解決傳統(tǒng)施工過程中產(chǎn)生的鉆孔樁偏移、傾斜等問題，提升道路工程施工質(zhì)量。3.2.4 在混凝土等建材拌和工序，系統(tǒng)在運行過程中會與智能拌合站主控電腦進行連接，通過系統(tǒng)信息處理能力對配合比、伴和溫度、時間等情況進行實時控制，確保其滿足工程建設(shè)實際需求。通過工程實例對本系統(tǒng)性能進行測試，從實際應(yīng)用情況分析，本系統(tǒng)在實際運行過程中對動態(tài)施工進度、動態(tài)試驗檢測數(shù)據(jù)進行實時采集，有效實現(xiàn)對道路工程施工進度進行直觀性表達，同時將施工過程中產(chǎn)生的異常情況及時傳輸給建設(shè)單位與業(yè)主方，實現(xiàn)了對工程進度進行掌控[6]。

3.3 構(gòu)建資料管理模塊

基于BIM 技術(shù)的多維信息數(shù)據(jù)庫是資料管理模塊核心技術(shù)，該模塊主要為模型數(shù)據(jù)，Mysql 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是資料管理模塊的基礎(chǔ)組成，該數(shù)據(jù)庫將BIM 數(shù)據(jù)模型的構(gòu)成數(shù)據(jù)進行表格化并存入數(shù)據(jù)庫中，進行形成模型數(shù)據(jù)庫。此外，本數(shù)據(jù)庫在實際運行過程中還會儲存文件、多媒體等多種數(shù)據(jù)文件。這數(shù)據(jù)文件均以BIM技術(shù)作為核心，將BIM 模型庫與實際工作過程中涉及的其它數(shù)據(jù)庫進行關(guān)聯(lián)，并在此基礎(chǔ)上，利用檢索技術(shù)實現(xiàn)一次檢索所有相關(guān)數(shù)據(jù)庫的目的。同時，為確保數(shù)據(jù)安全性，本系統(tǒng)還采用冗余備份模式作為基本保障。

3.4 協(xié)調(diào)性評價

協(xié)調(diào)性評價包含的內(nèi)容較多，因此將其定義為Ci，比如C1表示的是道路建設(shè)用地協(xié)調(diào)性，其中又包括多項指標，因此可以用Cij表示。如若協(xié)調(diào)性共計有n 個方面，那么其中的i 個方面共計有mi個指標，項目中所涉及到的協(xié)調(diào)性指標數(shù)量計算公式為：

在針對施工建設(shè)的協(xié)調(diào)性評價中，首先需對項目建設(shè)方案的道路信息以及地理信息進行收集，其次建立BIM 模型和GIS 模型，提取數(shù)據(jù)信息后錄入到BIM-GIS 系統(tǒng)中，最后在平臺中獲取道路信息和地理信息。利用計算機處理后獲取指標Cij，最后將Cij與要求指標Rij對比，對比判斷公式為：

本工程在帶入上述公式對比后發(fā)現(xiàn)具有協(xié)調(diào)性。

4 結(jié)論

本文以某市道路建設(shè)工程為依托，建立了一套完善的基于BIM+GIS 技術(shù)的信息化管理系統(tǒng)，方便技術(shù)人員隨時進行修改與設(shè)計。同時開發(fā)出一套基于BIM 技術(shù)的信息化管理系統(tǒng)，通過利用可視化模型對道路間建設(shè)工程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行檢索、處理、儲存，切實提升城市道路工程建設(shè)管理質(zhì)量，這種情況也表現(xiàn)出BIM+GIS 技術(shù)具有良好的發(fā)展前景，對優(yōu)化當前工程管理水平方面具有重要現(xiàn)實意義。