數(shù)字化交付框架下高速公路信息要素數(shù)據(jù)字典研究

戴 瑋,何 飛

(1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088;2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心,安徽 合肥 230088)

近年來交通運輸部發(fā)布了一系列有關(guān)數(shù)字交通、交通運輸大數(shù)據(jù)發(fā)展和新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的文件,如2019年7月發(fā)布的《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》即指出要推動交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計、建造、養(yǎng)護(hù)、運行管理等全要素、全周期數(shù)字化。2020年8月發(fā)布的《關(guān)于推動交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》中,主要任務(wù)之一是打造融合高效的智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施,在智慧公路方面,要推動先進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用,逐步提升公路基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計、建造、養(yǎng)護(hù)、運行管理等全要素、全周期數(shù)字化水平。2021年國務(wù)院印發(fā)了《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》,其中國家綜合立體交通網(wǎng)2035年主要指標(biāo)表中提出,代表智能先進(jìn)的交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化率目標(biāo)值為90%。

我國的公路工程在設(shè)計文件編制辦法的基礎(chǔ)上,現(xiàn)階段還主要是以紙質(zhì)文件/文檔為主的交付。隨著社會的快速發(fā)展,這種交付方法在工程實踐中暴露越來越多的問題:如巨量建設(shè)工程數(shù)據(jù)采集、存儲及交付仍然主要依靠人工和檔案室完成,工作強(qiáng)度大、效率低;如在成果應(yīng)用階段,存在數(shù)據(jù)丟失問題嚴(yán)重、數(shù)據(jù)利用率不高、數(shù)據(jù)再利用耗時耗力、線上線下銜接困難、價值轉(zhuǎn)化弱及關(guān)注度低等問題,產(chǎn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于投入。隨著國家相關(guān)政策文件的相繼出臺,以及工程實踐中存在的改進(jìn)需求,推動了高速公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化相關(guān)研究。

為了適應(yīng)高速公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的高速發(fā)展,加快高速公路基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的共享[1],本文從數(shù)字化交付定義和手段出發(fā),以現(xiàn)階段國內(nèi)工程信息要素相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為基礎(chǔ),以實用性和可操作性為基本原則,探討適用于數(shù)字化交付的高速公路信息要素字典研究。

1 高速公路數(shù)字化交付

1.1 高速公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化交付

高速公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化交付是指利用計算機(jī)系統(tǒng),創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生模型,串聯(lián)工程項目數(shù)據(jù)信息并交付,從而實現(xiàn)高速公路“建、管、養(yǎng)、運、服”全生命周期智能化服務(wù)。

交付的數(shù)據(jù)主要包含工程建設(shè)過程中產(chǎn)生的設(shè)計、采購、施工等靜態(tài)化信息以及運營服務(wù)過程中的動態(tài)化數(shù)字信息,利用合理的交付手段,實現(xiàn)項目全壽命周期的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),提高數(shù)據(jù)分析應(yīng)用效率。因此,在交付過程中如何建立一組嚴(yán)密一致的數(shù)據(jù)定義,解決數(shù)據(jù)的傳遞問題就迫在眉睫。

1.2 高速公路信息要素數(shù)據(jù)字典

工程數(shù)據(jù)處理是高速公路數(shù)字化交付運行的基石,而對高速公路工程數(shù)據(jù)進(jìn)行描述的要素數(shù)據(jù)字典則是數(shù)據(jù)定義、處理和共享的基礎(chǔ)。高速公路信息要素數(shù)據(jù)字典是對高速公路工程數(shù)據(jù)對象或項目信息的描述合集,用于查詢工程項目中各種結(jié)構(gòu)信息、類型定義,從而最大程度地消除歧義和交流不暢的問題。

2 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀

2.1 相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

1)GB/T 20258—2019基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典[2]。

我國地理信息專業(yè)數(shù)字化發(fā)展成熟,積累了大量寶貴的經(jīng)驗[3]?，F(xiàn)行的《基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典》根據(jù)不同基本比例尺,對地理空間數(shù)據(jù)特征信息進(jìn)行了歸類,包括水系、居民地基設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)、地名以及空間定位基礎(chǔ)等。國標(biāo)規(guī)定了各地理信息要素的基本屬性,并明確其幾何表示方式(點、線、面)和表示示例,以及該要素與相關(guān)要素之間的拓?fù)潢P(guān)系。要素代碼采用6位十進(jìn)制數(shù)字碼編碼,包含大類碼-中類碼-小類碼-子類碼的結(jié)構(gòu)形式。

2)GB/T 51296—2018石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)共分7章和4個附錄,主要技術(shù)內(nèi)容包括:總則、術(shù)語、基本規(guī)定、交付基礎(chǔ)、交付內(nèi)容與形式、交付過程和交付平臺等。標(biāo)準(zhǔn)給出了類庫的邏輯關(guān)系,包括工廠對象類、屬性、計量類、專業(yè)文檔類型等信息及其關(guān)聯(lián)關(guān)系,并在第5章節(jié)以及附錄中規(guī)定了交付的內(nèi)容與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3)GB/T 41455—2022地下管線要素數(shù)據(jù)字典[4]。

《地下管線要素數(shù)據(jù)字典》規(guī)范了地下管線要素數(shù)據(jù)字典結(jié)構(gòu)及內(nèi)容、數(shù)據(jù)字典描述內(nèi)容和要求。與《基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典》相似,以地下管線點要素、地下管線線要素、地線管線面要素為分類方式,規(guī)定了地下管線各要素的要素屬性、幾何圖示以及相關(guān)管線之間的拓?fù)潢P(guān)系。地下管線要素代碼采用7位數(shù)字碼,結(jié)構(gòu)為:專業(yè)碼-專業(yè)大類碼-中類碼-小類碼-子類碼的結(jié)構(gòu)形式。其中專業(yè)碼采用基礎(chǔ)地理要素中對應(yīng)的管線大類碼“5”。

2.2 交通運輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

JT/T 697.1～14交通信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元:

《交通信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元》一共分為14個部分,“第1部分:總則”中規(guī)定了數(shù)據(jù)元的編制規(guī)則和分類方式等基礎(chǔ)內(nèi)容,剩下13部分則分別規(guī)定了公路、港口、航道、船舶以及建設(shè)項目信息等各專業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元信息。

由于本文主要針對高速公路相關(guān)信息要素進(jìn)行展開研究,重點以“第2部分:公路信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元”分冊為例:交通信息數(shù)據(jù)元按其所屬業(yè)務(wù)領(lǐng)域采用面分類法對類別進(jìn)行分類,每個類別下采用面分類和線分類相結(jié)合的方式,設(shè)置一級、二級和三級分類。根據(jù)公路專業(yè)管理對象和業(yè)務(wù)信息的基本內(nèi)容和屬性,劃分了路線、路基、路面等11項數(shù)據(jù)元一級分類,并根據(jù)需要再細(xì)分至二級或三級。在此分類的基礎(chǔ)上,針對數(shù)據(jù)元的屬性和數(shù)據(jù)類型進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元詳細(xì)定義,包含編號、名稱、定義、數(shù)據(jù)元類型、數(shù)據(jù)格式、值域。

以橋梁代碼這一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元為例，見圖1。

標(biāo)準(zhǔn)中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元為最細(xì)粒度的描述屬性[5],通過若干個相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元的組合,完成公路專業(yè)數(shù)據(jù)元的定義和描述。

3 高速公路要素數(shù)據(jù)字典的編制

基于對國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的深入研究,以高速公路項目設(shè)計、建設(shè)和運營應(yīng)用為主要出發(fā)點,結(jié)合《交通信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元》的公路工程相關(guān)內(nèi)容以及《基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典》的要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框架,編制高速公路信息要素數(shù)據(jù)字典(以下簡稱要素數(shù)據(jù)字典)。

3.1 要素數(shù)據(jù)字典結(jié)構(gòu)

要素數(shù)據(jù)字典主要以高速公路項目的實體資產(chǎn)、環(huán)境以及工作內(nèi)容為對象,采用面分法以及面分法和線分法相結(jié)合方式,根據(jù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域-一級分類-二級分類的分類順序,細(xì)分高速公路信息要素。

要素數(shù)據(jù)字典相較于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 697.2交通信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元 第2部分,并未將層級細(xì)分至基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元層級,而是將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元作為要素的基礎(chǔ)屬性,對高速公路信息要素進(jìn)行描述。

3.2 高速公路信息要素分類

為了更好地服務(wù)于高速公路資產(chǎn)數(shù)字化交付應(yīng)用,要素數(shù)據(jù)字典在施工及運營的工程要素上增加了一部分內(nèi)容。要素數(shù)據(jù)字典分類結(jié)構(gòu)如圖2所示,圖2中□內(nèi)為相較于JT/T 697.2新增的要素內(nèi)容。圖2中未列出二級及二級以下與JT/T 697.2相同的要素內(nèi)容,三級分類中暫無細(xì)目,作為二級分類要素的擴(kuò)展層級備用。

1)一級分類“路線”下,新增二級分類“車道線”。

“車道線”為每個行車道的幾何中心線。主要應(yīng)用于數(shù)字化高速公路中的車輛高精度定位,感知車運行狀態(tài)和當(dāng)前所在位置。

2)一級分類“沿線設(shè)施”下,新增二級分類“通訊設(shè)施”“照明設(shè)施”“環(huán)保設(shè)施”“防眩設(shè)施”“隔音設(shè)施”。

在數(shù)字化交付和工程資產(chǎn)管理的過程中,需要對沿線設(shè)施、設(shè)備的資產(chǎn)信息進(jìn)行管理、統(tǒng)計和查看。其中,通訊設(shè)施為高速公路信息化和智能化管理的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng),準(zhǔn)確、及時地傳輸各路網(wǎng)監(jiān)控和收費系統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)和圖像等信息,保持各管理部門之間聯(lián)絡(luò)通訊的暢通,為高速公路內(nèi)部各部門和外界建立可行的聯(lián)系。同時,照明設(shè)施、環(huán)保設(shè)施、防眩設(shè)施、隔音設(shè)施也均為工程建設(shè)或運營過程中應(yīng)配置的附屬設(shè)施,考慮在要素數(shù)據(jù)字典中增加分類。

3)一級分類“沿線環(huán)境”下,新增二級分類“水文及通航”“地質(zhì)狀況”“土地利用”“環(huán)境敏感點”“征拆對象”。在現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 697.2中,沿線環(huán)境分類下僅包含定位控制點和沿線地形。從工程項目周期管理全流程考慮,增加以上要素。

其中,在JT/T 697.2中,與“水文及通航”相接近的條目為“通航等級”,作為二級分類“橋梁概況”的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元,編號為GL040100015?？紤]到高速公路沿線跨越水文地物資料等信息量較多,為了更好地服務(wù)于數(shù)字化應(yīng)用,要素數(shù)據(jù)字典將“水文及通航”作為二級要素,移至一級分類“沿線環(huán)境”下。同時,考慮項目建設(shè)過程中對周邊場地環(huán)境以及征拆信息的關(guān)注,要素數(shù)據(jù)字典中也增加了地質(zhì)和征拆土地等相關(guān)信息內(nèi)容。

4)增加一級分類“臨時工程”,以下包含二級分類“施工場地”“改路改溝”“施工便道”。主要關(guān)注項目建設(shè)期與施工相關(guān)類的信息要素。

3.3 要素編碼結(jié)構(gòu)

高速公路信息要素編碼結(jié)構(gòu)參考JT/T 697.1～14,編碼層級分至三級,業(yè)務(wù)領(lǐng)域(類別)代號采用GSGL,以JT/T 697.1～14執(zhí)行的分類為基礎(chǔ),在不修改其分類順序的前提下,根據(jù)實際應(yīng)用情況進(jìn)行增減。

以新增的“征拆對象”要素為例,其要素分類碼如圖3所示。

3.4 要素屬性

要素屬性主要用于描述高速公路信息要素的特征,采用列表形式,包含一組通用屬性列:屬性名稱、屬性描述、數(shù)據(jù)類型、屬性值域、約束/條件。

在要素數(shù)據(jù)字典中,以項目全壽命周期中需要關(guān)注的工程結(jié)構(gòu)信息、管理信息以及統(tǒng)計類信息為核心,確定各要素的基礎(chǔ)屬性。同樣以“征拆對象”要素為例,要素數(shù)據(jù)字典規(guī)定其要素屬性如圖4所示。

在確定各屬性字段名稱后,賦予其屬性描述、數(shù)據(jù)類型、屬性值域、約束/條件。最終形成的“征拆對象”要素表如表1所示，要素屬性表如表2所示。

表1 “征拆對象”要素

表2 要素屬性表

4 要素數(shù)據(jù)字典在高速公路數(shù)字化中的應(yīng)用

“高速公路數(shù)字化交付平臺”是數(shù)字化交付的重要組成部分和交付手段,以安徽省高速路網(wǎng)的地理空間瀏覽和查詢?yōu)榛A(chǔ),實現(xiàn)對應(yīng)項目、區(qū)位、設(shè)施或構(gòu)件的瀏覽、查詢和定位。通過與二維、三維GIS模塊的數(shù)據(jù)交互,完成設(shè)計、施工和運維工程階段的數(shù)字化交付成果的檢索和查詢。同時可以實現(xiàn)項目文檔的目錄組織、內(nèi)容呈現(xiàn)和高效檢索,實現(xiàn)文檔數(shù)據(jù)與GIS，BIM數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián),促進(jìn)無紙化辦公流程,改善工程關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失嚴(yán)重、利用率不高等問題。

基于統(tǒng)一的要素數(shù)據(jù)字典,高速公路數(shù)字化交付平臺可以完成路網(wǎng)多工程項目的展示、查詢、定位與管理。例如:在平臺中確定某互通立交為交叉工程后,可以直接定位至要素數(shù)據(jù)字典的二級要素“路線交叉”,并推送“路線交叉”的全部基礎(chǔ)屬性,如交叉口編號、樁號、種類、形式等。在用戶上傳該交叉工程相關(guān)數(shù)據(jù)文件至平臺時,應(yīng)根據(jù)推送的屬性字段、類型、量綱等規(guī)定要求,按規(guī)則和依托文件進(jìn)行賦值。同時,利用平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中,運用要素名稱、屬性字段對應(yīng)等方法,也可以準(zhǔn)確地進(jìn)行項目數(shù)據(jù)檢索、統(tǒng)計和展示(見圖5)。

5 結(jié)論與展望

高速公路項目全過程管理包含的信息量和數(shù)據(jù)量極大,其基礎(chǔ)信息要素的分類是一項較為復(fù)雜且龐大的工程。在工程數(shù)字化日益發(fā)展的今天,需要建立一套完整的、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)定義基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),從而降低工程數(shù)據(jù)應(yīng)用中的重復(fù)溝通,促進(jìn)項目建設(shè)過程數(shù)據(jù)傳遞和應(yīng)用。本文基于已有項目基礎(chǔ)編寫高速公路信息要素數(shù)據(jù)字典,對公路基礎(chǔ)要素分類尚有不全,在后期工作中應(yīng)補盡補。