基于WebGIS和BIM的路面管理系統(tǒng)的研究

鄒俊杰

（重慶交通大學土木工程學院，重慶400074）

1 引言

目前，高速公路在中國經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展后，達到了14.26萬km。在“十三五”期間，中國的高速公路里程還在持續(xù)地增長。到2020年底，全國高速公路里程將達到15萬km。可以預(yù)見，在未來的十幾年里，高速公路在中國的建設(shè)依舊會保持快速發(fā)展的勢頭。

隨著高速公路總里程的不斷增加，為了充分利用高速公路的社會經(jīng)濟價值，人們越來越關(guān)心高速公路的管理和養(yǎng)護。早期修建的高速公路出現(xiàn)的路面破壞嚴重影響到其經(jīng)濟價值的利用。路面管理系統(tǒng)就是一個有益的路面管養(yǎng)工具，作為公路管養(yǎng)部門，應(yīng)當盡快應(yīng)用現(xiàn)代的科學理論和計算機信息技術(shù)在自己的轄區(qū)內(nèi)建立路面管理系統(tǒng)，為將來的路面管理、維護提供有效、準確、可視化的數(shù)據(jù)和詳細、先進的分析方法，從而使公路管養(yǎng)部門在有限的資源條件下，能夠為社會提供更好的服務(wù)，同時完成節(jié)約社會資源的工作。

中國接觸到路面管理系統(tǒng)的時間是在20世紀80年代，目前正在推廣CPMS這個網(wǎng)級路面管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于回歸技術(shù)來對路面進行評價、管養(yǎng)的，數(shù)據(jù)的查看和輸入輸出主要依靠表格，所以其在路面信息可視化方面還存在嚴重不足。隨著WebGIS和BIM的發(fā)展，通過利用WebGIS和BIM技術(shù)進一步豐富和完善路面管理系統(tǒng)的框架，顯然是路面管理系統(tǒng)的未來發(fā)展的必然趨勢。

2 WebGIS

傳統(tǒng)的GIS主要集中在單機環(huán)境中，不利于數(shù)據(jù)的傳播和閱讀，而GIS借助了WebGIS這雙翅膀迅速擴大了自己的應(yīng)用范圍。有了Web的支持，人們就可以讓文字、圖形、圖像等多媒體數(shù)據(jù)在日常使用的網(wǎng)頁瀏覽器上顯示。同時，GIS的重要數(shù)據(jù)來源是空間數(shù)據(jù)，它以圖像、影片的形式表示。用戶可以在GIS上對空間數(shù)據(jù)進行瀏覽、分析和制圖，以此來完成人機交互。從單機環(huán)境到云端操作這一巨大的飛躍，使得人們可以靈活自如地在網(wǎng)絡(luò)上搜集地理信息并進行實時的更新維護。

現(xiàn)有的路面管理系統(tǒng)基本上是基于單機或者簡單數(shù)據(jù)庫平臺，極易丟失數(shù)據(jù)，更新維護困難，查詢檢索麻煩。諸多的缺點使得公路管養(yǎng)部門效率低下，極大地消耗了人力物力，浪費部門的資源。因此需要采用基于云端可視化WebGIS平臺的路面管理人機交互系統(tǒng)來解決這些問題。

表1 中列舉了較為成熟的WebGIS開發(fā)平臺軟件。

表1 主流WebGIS開發(fā)平臺

3 BIM

建筑信息模型是一種工程數(shù)據(jù)模型，它基于三維數(shù)字技術(shù)，集成了建筑工程項目的各種相關(guān)信息[1]。從提出到現(xiàn)在已經(jīng)有40多年了，它經(jīng)歷過萌芽、生成和發(fā)展三個階段。由于BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點，目前BIM概念在建筑領(lǐng)域已深入人心，發(fā)展異常迅猛，在全球范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，在中國越來越多的基礎(chǔ)設(shè)施類工程中也開始逐步應(yīng)用。特別是當BIM技術(shù)被明確列入中國建筑工業(yè)發(fā)展“十二五”計劃，并繼續(xù)被列入住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、科技部“十三五”的相關(guān)計劃后，BIM的發(fā)展就更是勢不可擋了。

因此，交通行業(yè)如果想要在可持續(xù)發(fā)展、低污染和低能耗等方面有所建樹，應(yīng)用BIM技術(shù)勢在必行[2]。在全球市場競爭日趨白熱化的大背景下，每個行業(yè)都不甘落后，而傳統(tǒng)CAD技術(shù)已經(jīng)明顯跟不上時代的發(fā)展步伐，終有一天會被淘汰，而應(yīng)用BIM技術(shù)為公路設(shè)計開展一條新途徑，將會成為未來主流的發(fā)展方向。BIM作為引導(dǎo)交通行業(yè)走向信息化的一種高層次技術(shù)，能為工程項目帶來巨大的經(jīng)濟效益，不光使設(shè)計階段乃至整個項目周期的效率大大提升，質(zhì)量也能得到保證，成本大幅度降低。

三維可視化是BIM身為一項新的技術(shù)最大的特點，這就使得項目展示效果相比過往的二維圖紙有著明顯的提升。結(jié)合了BIM技術(shù)的路面管理系統(tǒng)，讓路面病害情況可視化地顯示在路面管理系統(tǒng)中，這樣管理者能直觀、高效地對路面病害進行管理和操作。

表2 中列舉了較為成熟的BIM開發(fā)平臺軟件。

表2 主流BIM開發(fā)平臺

4 基于WebGIS+BIM的路面管理系統(tǒng)

現(xiàn)在，公路管養(yǎng)部門對公路路面的管理仍然存在缺乏系統(tǒng)的檢測、評估、維護等諸多缺點。在對破壞的路面做管養(yǎng)決定時，依舊是依靠專業(yè)人員根據(jù)經(jīng)驗對路面進行定性認識。在這個決策過程中，往往由于參與人員較少、經(jīng)驗出現(xiàn)偏差而導(dǎo)致養(yǎng)護計劃不盡如人意，造成了資源的浪費和路面質(zhì)量下降，從而引起社會經(jīng)濟效應(yīng)的損失。為了改變落后的管理方式，使得更多專業(yè)人員能在不同區(qū)域?qū)β访媲闆r進行綜合的評估，減少錯誤的決策。這就讓專業(yè)人員對基于WebGIS和BIM的路面管理系統(tǒng)的研究和開發(fā)寤寐求之了。

4.1 Civil 3D平臺

交通BIM領(lǐng)域的主流是Civil 3D。隨著BIM軟件的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各類軟件以適應(yīng)道路BIM發(fā)展的需要，如Autodesk公司的Civil 3D軟件，Bentley公司的Microstation軟件，Graphisoft公司的ArchicaD軟件，Dassault公司的Digital Project軟件等。其中，Autodesk公司的Civil 3D軟件是當下的主流。Autocad Civil 3D是一款基于CAD的制圖軟件，它為交通行業(yè)的設(shè)計師提供BIM模型的解決方案，擁有自定義的設(shè)計標準和圖形樣式。Autodesk Civil 3D是根據(jù)專業(yè)需要進行專門定制的軟件，其在土木工程道路及其相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域被業(yè)界廣泛認可。其三維動態(tài)工程模式有助于迅速完成公路工程，場地排放和設(shè)計場地規(guī)劃。協(xié)調(diào)可持續(xù)的設(shè)計模式與易兼容的數(shù)據(jù)格式使得Civil 3D成為道路相關(guān)設(shè)計者建立BIM模型的首選[3]。

4.2 CesiumLab

Cesium是一個3D地理信息平臺，用于建立虛擬場景。其目標是建立基于Web的可視化動態(tài)地圖數(shù)據(jù)。同時，Cesium還是一個Javascript庫，可以渲染3D地球、2D區(qū)域圖和多個GIS要素。不需要安裝任何插件，就可以在支持最新HTML標準的瀏覽器中運行。支持WebGL硬件加速，非常適合在GIS圖層中展示動態(tài)數(shù)據(jù)，是一種跨平臺的、開放源碼的WebGIS表現(xiàn)層[4]。

CesiumLab是一個免費的數(shù)據(jù)處理工具，專為Cesium開源的數(shù)字地球平臺。目前已包括地形數(shù)據(jù)處理、圖像數(shù)據(jù)處理、點云數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)下載、矢量數(shù)據(jù)處理、傾斜數(shù)據(jù)處理、三維場景處理、3D數(shù)據(jù)處理。同時提供一套完備的數(shù)據(jù)服務(wù)器，形成了從數(shù)據(jù)處理到服務(wù)發(fā)布，三維可見的完整工具鏈。

通過Civil 3D創(chuàng)建的模型可以發(fā)布在CesiumLab平臺上，讓路面病害形象地在道路的BIM模型上顯示出來，讓管理者可以直觀、高效地在路面管理系統(tǒng)里對路面病害進行管理及操作。

5 結(jié)語

隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，公路管養(yǎng)部門也同樣需要采用新技術(shù)對路面管理系統(tǒng)進行升級。WebGIS和BIM的融合可以為道路路面管理領(lǐng)域提供地理信息數(shù)據(jù)支持和三維信息模型表達支持，并在宏微觀領(lǐng)域提供各種分析和管理功能，是未來發(fā)展的方向之一。