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(jì)研究總院集團(tuán)新疆有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

在實(shí)際工作中，城市道路建設(shè)管理過(guò)程中存在一定制約因素，主要表現(xiàn)為道路項(xiàng)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(yùn)維管理效率。這些制約因素嚴(yán)重影響“智慧交通”發(fā)展。通過(guò)利用BIM技術(shù)及GIS 技術(shù)可以有效對(duì)城市道路建設(shè)進(jìn)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(xiàng)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(zhuān)業(yè)模型，并在此基礎(chǔ)上融合GIS 技術(shù)，構(gòu)建相對(duì)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(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)，通過(guò)建立基于BIM 模型的多維數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)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(guò)該模型對(duì)道路建設(shè)涉及的土石方量等進(jìn)行計(jì)算[1]。由于改模型精細(xì)度對(duì)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(diǎn)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(xì)度，通過(guò)利用激光點(diǎn)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(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)、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(shí)應(yīng)注意，在面對(duì)地形曲面起伏較大、主干道與支干道銜接等情況時(shí)，應(yīng)對(duì)相應(yīng)部分進(jìn)行細(xì)化處理，切實(shí)提升模型有效性。在融入輸入工程路段實(shí)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(duì)本項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中涉及的橋梁模型構(gòu)建工作主要利用專(zhuān)業(yè)的Revit 軟件完成，利用軟件中的Dynamo 模塊以及Pvthon 模塊進(jìn)行模型構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)化，方便技術(shù)人員隨時(shí)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，有效避免重復(fù)建模問(wèn)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(xiàng)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(duì)本工作階段差異性進(jìn)行計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上對(duì)常規(guī)橋梁模型精細(xì)度進(jìn)行確定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)橋梁各構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)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(shí)際要求的樣板，隨后進(jìn)行實(shí)體形狀構(gòu)建。在Revit 軟件中，空心形狀及實(shí)心形狀分別用于實(shí)體模型創(chuàng)建及異型結(jié)構(gòu)布爾運(yùn)算，因此，這兩項(xiàng)命令是軟件中最為重要的兩項(xiàng)命令[4]。實(shí)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(guò)標(biāo)注參數(shù)化的尺寸實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)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(shí)際開(kāi)展橋梁結(jié)構(gòu)拼接工作時(shí)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到公路項(xiàng)目建設(shè)主要集中在狹長(zhǎng)場(chǎng)地，因此在建模過(guò)程中應(yīng)采用大地坐標(biāo)構(gòu)建曲線線型，根據(jù)施工進(jìn)度調(diào)整坐標(biāo)與高程，同時(shí)本工作需要技術(shù)人員結(jié)合GIS 技術(shù)進(jìn)行，對(duì)橋梁模型構(gòu)建位置主要通過(guò)坐標(biāo)信息控制。考慮到模型構(gòu)建過(guò)程中需要對(duì)縱、橫坡結(jié)構(gòu)線型變化進(jìn)行控制，因此需要利用Dynamo 模塊進(jìn)行，控制相關(guān)參數(shù)，滿(mǎn)足按照空間曲線要求對(duì)橋梁模型進(jìn)行拼接的工作。由于僅采用Dynamo 模塊構(gòu)建模型過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁模型的拼裝工作。通過(guò)運(yùn)行專(zhuān)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(tái)構(gòu)建

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

3.1 構(gòu)建模型管理模塊

技術(shù)人員在開(kāi)發(fā)此模塊時(shí)設(shè)計(jì)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(kāi)此模塊，并獲取所需數(shù)據(jù)信息。該模塊主要功能設(shè)計(jì)主要包括以下幾種：第一，按照施工進(jìn)度對(duì)模型進(jìn)行劃分，以構(gòu)建模型所需的最小構(gòu)建為單位，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行精確分類(lèi)與管理實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理工作要求；第二，模型與系統(tǒng)WBS 結(jié)構(gòu)列表相對(duì)應(yīng)，用戶(hù)可以快速尋找所需信息；第三，系統(tǒng)搜索功能支持按樁號(hào)搜索相應(yīng)模型。

3.2 構(gòu)建施工過(guò)程管理模塊

在本系統(tǒng)中，施工過(guò)程管理主要包括施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、路面攤鋪管理等功能，通過(guò)對(duì)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(guò)程中，本系統(tǒng)將通過(guò)通訊模塊與智能壓路機(jī)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)施收集路基壓實(shí)作業(yè)全過(guò)程數(shù)據(jù)，并根據(jù)搭載與智能壓實(shí)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(jì)算單次路基壓實(shí)厚度是否滿(mǎn)足規(guī)定厚度要求，有效解決人工作業(yè)過(guò)程中填筑厚度超出規(guī)定范圍的問(wèn)題[5]。3.2.2 在道路工程路面攤鋪工序作業(yè)過(guò)程中，本系統(tǒng)將對(duì)智能攤鋪機(jī)進(jìn)行連接，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)渠道實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行情況，接收智能設(shè)備中GNSS 基站發(fā)送的差分信號(hào)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(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，最大程度地實(shí)現(xiàn)GNSS 平面厘米級(jí)于高程毫米級(jí)定位，最大限度地提升路面攤鋪工序平整度，實(shí)現(xiàn)無(wú)樁化、數(shù)字化施工，切實(shí)提升本項(xiàng)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(jìn)行對(duì)接，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力與控制能力實(shí)現(xiàn)“厘米級(jí)精度”，同時(shí)智能設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)對(duì)樁基鉆孔作業(yè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集，將作業(yè)過(guò)程中涉及的基樁坐標(biāo)、垂直偏差、鉆進(jìn)深度等數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)中進(jìn)行綜合處理，自動(dòng)監(jiān)控鉆孔作業(yè)情況，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，協(xié)助施工人員完成對(duì)作業(yè)流程的修正，切實(shí)解決傳統(tǒng)施工過(guò)程中產(chǎn)生的鉆孔樁偏移、傾斜等問(wèn)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(yùn)行過(guò)程中會(huì)與智能拌合站主控電腦進(jìn)行連接，通過(guò)系統(tǒng)信息處理能力對(duì)配合比、伴和溫度、時(shí)間等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保其滿(mǎn)足工程建設(shè)實(shí)際需求。通過(guò)工程實(shí)例對(duì)本系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試，從實(shí)際應(yīng)用情況分析，本系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中對(duì)動(dòng)態(tài)施工進(jìn)度、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)道路工程施工進(jìn)度進(jìn)行直觀性表達(dá)，同時(shí)將施工過(guò)程中產(chǎn)生的異常情況及時(shí)傳輸給建設(shè)單位與業(yè)主方，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)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(kù)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(kù)是資料管理模塊的基礎(chǔ)組成，該數(shù)據(jù)庫(kù)將BIM 數(shù)據(jù)模型的構(gòu)成數(shù)據(jù)進(jìn)行表格化并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行形成模型數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，本數(shù)據(jù)庫(kù)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)儲(chǔ)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(kù)與實(shí)際工作過(guò)程中涉及的其它數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并在此基礎(chǔ)上，利用檢索技術(shù)實(shí)現(xiàn)一次檢索所有相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的目的。同時(shí)，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(píng)價(jià)

協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)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(xiàng)指標(biāo)，因此可以用Cij表示。如若協(xié)調(diào)性共計(jì)有n 個(gè)方面，那么其中的i 個(gè)方面共計(jì)有mi個(gè)指標(biāo)，項(xiàng)目中所涉及到的協(xié)調(diào)性指標(biāo)數(shù)量計(jì)算公式為：

在針對(duì)施工建設(shè)的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)中，首先需對(duì)項(xiàng)目建設(shè)方案的道路信息以及地理信息進(jìn)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(tái)中獲取道路信息和地理信息。利用計(jì)算機(jī)處理后獲取指標(biāo)Cij，最后將Cij與要求指標(biāo)Rij對(duì)比，對(duì)比判斷公式為：

本工程在帶入上述公式對(duì)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(shí)進(jìn)行修改與設(shè)計(jì)。同時(shí)開(kāi)發(fā)出一套基于BIM 技術(shù)的信息化管理系統(tǒng)，通過(guò)利用可視化模型對(duì)道路間建設(shè)工程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、處理、儲(chǔ)存，切實(shí)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(duì)優(yōu)化當(dāng)前工程管理水平方面具有重要現(xiàn)實(shí)意義。