融合BIM+GIS技術(shù)的交通工程檔案與信息管理系統(tǒng)

張正輝 王其武 周成龍

(1.江西省交通運(yùn)輸工程檔案館，南昌 330013； 2.江西省檔案館，南昌 330007；3.贛東公路工程咨詢有限公司，上饒 334000)

引言

根據(jù)《檔案館工作通則》，檔案館的主要職能體現(xiàn)在三個(gè)方面，分別是保管檔案、提供檔案利用和編研檔案信息等[1]。實(shí)踐表明，進(jìn)行檔案信息編研及促進(jìn)檔案服務(wù)能力提升是當(dāng)前交通專業(yè)檔案館工作的弱項(xiàng)。特別是交通土建項(xiàng)目中的公路水運(yùn)工程檔案，其信息浩如煙海，亟需利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)檔案文本信息、工程地理信息、結(jié)構(gòu)幾何信息、材料屬性信息以及質(zhì)量監(jiān)控信息等數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)與可視化映射管理[2]。

江西省交通運(yùn)輸工程檔案館在這方面做了初步探索，在2016年取得《基于WebGIS的交通工程檔案信息管理系統(tǒng)》發(fā)明專利及計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步開發(fā)了融合BIM+GIS技術(shù)的公路水運(yùn)工程檔案信息管理系統(tǒng)V2.0版。

1 系統(tǒng)總體技術(shù)

鑒于工程檔案信息在服務(wù)器上的訪問量不會(huì)太大的客觀因素，融合BIM+GIS技術(shù)的公路水運(yùn)工程檔案信息管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)。B/S架構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是服務(wù)器端軟件和數(shù)據(jù)庫維護(hù)方便且安全、系統(tǒng)訪問分布性強(qiáng)、程序開發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)工程檔案利用而言，用戶及網(wǎng)絡(luò)過客不用安裝專門的客戶端軟件，就可以登錄并設(shè)置權(quán)限于瀏覽檔案條目信息，當(dāng)有進(jìn)一步利用需求時(shí)，可在頁面申請(qǐng)文本信息瀏覽和下載等。

系統(tǒng)架構(gòu)主要基于JAVA語言開發(fā)。前端主頁面以商用地圖的引入與展現(xiàn)開始，對(duì)地圖的任何操作都符合常規(guī)習(xí)慣。主頁頂部顯現(xiàn)系統(tǒng)名稱，在頁面的視線著落點(diǎn)以檔案利用檢索欄進(jìn)行檔案利用。工程檔案的地理信息、項(xiàng)目名稱信息、結(jié)構(gòu)物名稱信息及構(gòu)件族類名稱信息等都可作為精準(zhǔn)或模糊查詢的關(guān)鍵字詞?！安樵儭被剀嚕缑嫣D(zhuǎn)，地圖中心自動(dòng)定位至使用者要找的檔案信息對(duì)象(如橋梁、隧道、碼頭等)位置，并顯示其地理信息和“標(biāo)識(shí)”以及系統(tǒng)后臺(tái)認(rèn)為有利于檔案利用的其他信息。點(diǎn)擊“標(biāo)識(shí)”，GIS頁面跳轉(zhuǎn)為經(jīng)輕量化處理后BIM搭載頁面，使用者可根據(jù)系統(tǒng)后臺(tái)搭建的BIM模型，進(jìn)一步鏈接查詢各構(gòu)件或族類的檔案信息[3]。

系統(tǒng)前端顯示出簡(jiǎn)單明了的查詢流程，如圖1所示，檔案條目信息查全率、查準(zhǔn)率100%。系統(tǒng)后臺(tái)GIS、BIM數(shù)據(jù)庫搭建，檔案案卷及卷內(nèi)文件目錄信息錄(導(dǎo))入，檔案文本信息數(shù)據(jù)與工程地理信息數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)與構(gòu)件幾何數(shù)據(jù)、建筑材料屬性數(shù)據(jù)、質(zhì)工程量過程數(shù)據(jù)等建立關(guān)聯(lián)，其界面清晰、操作簡(jiǎn)單。但程序設(shè)計(jì)上任務(wù)量及工作難度相對(duì)較大，需要檔案專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)、路橋及水工專業(yè)等技術(shù)人員的密切配合，共同建立這些數(shù)據(jù)之間的邏輯流程，系統(tǒng)總體技術(shù)要求是：統(tǒng)一的后臺(tái)管理網(wǎng)站、靈活的權(quán)限分配機(jī)制、全方位的安全保障措施、10T以上的數(shù)據(jù)承載能力、人性化的管理操作、模塊化開發(fā)以及擴(kuò)展方便。系統(tǒng)建設(shè)兼顧考慮土木工程單個(gè)項(xiàng)目及施工企業(yè)、監(jiān)理企業(yè)等對(duì)電子文件歸檔與電子檔案管理的多方需求。在技術(shù)上兼顧安全性、先進(jìn)性和成熟性，預(yù)留二次開發(fā)接口，支持主從數(shù)據(jù)庫負(fù)載均衡，支持圖片、附件等分布式管理，提供插件整合功能，兼容當(dāng)前智能手機(jī)的操作系統(tǒng)如IOS、Android等，自適用不同分辨率屏幕。PC及移動(dòng)設(shè)備等不同的終端類型可以使用同一平臺(tái)、同一數(shù)據(jù)源、同一后臺(tái)實(shí)施管理，系統(tǒng)架構(gòu)圖流程如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)WEB瀏覽界面首頁及檔案信息查詢流程示意圖

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)流程圖

2 BIM建模與輕量化處理

在GIS界面上定位并顯現(xiàn)公路水運(yùn)工程檔案對(duì)象的周邊地理及交通水文等環(huán)境信息，加載檔案案卷?xiàng)l目信息，并通過鏈接進(jìn)一步顯現(xiàn)卷內(nèi)文件目錄信息。要使工程檔案信息進(jìn)一步融合BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化管理，必須解決建模與模型的輕量化處理問題。為此，在軟件架構(gòu)上采用了公路水運(yùn)工程檔案信息管理BIM模型混合云引擎平臺(tái)[4]，其基于主流建模軟件如Revit、Bentley等國內(nèi)二次開發(fā)的輕量化插件，實(shí)現(xiàn)3D模型構(gòu)件文件去文本信息與三角輕量化轉(zhuǎn)換，進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)提取和存儲(chǔ)，之后結(jié)合基于 Web 應(yīng)用ActiveX 和 WebGL圖形平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)輕量化之后的模型與檔案文本信息的鏈接、交互、渲染和展示等互操作[5]。

針對(duì)建設(shè)中采用了BIM業(yè)務(wù)系統(tǒng)的項(xiàng)目，將設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為WebGL適用模型，采用在線轉(zhuǎn)換或翻模，將成果交付于檔案部門加載利用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以限容量的方式，在不影響應(yīng)用效果的情況下，去除冗余重復(fù)信息，盡可能減少模型幾何數(shù)據(jù)(大部分只保留必要的模型屬性及幾何圖形信息)，以期滿足最廣大用戶基于 Web 端 BIM 模型的加載和顯示[6]，如圖3 所示。

3 數(shù)據(jù)庫處理

在館藏檔案目錄數(shù)據(jù)庫及全文數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面，數(shù)字檔案及紙質(zhì)檔案數(shù)字副本符合OCR標(biāo)準(zhǔn)，全文數(shù)據(jù)庫滿足模糊檢索要求。V2.0的開發(fā)深化補(bǔ)充了檔案對(duì)象的地理信息數(shù)據(jù)庫、公路水運(yùn)工程WBS(工作分解結(jié)構(gòu))數(shù)據(jù)庫及BIM族數(shù)據(jù)庫等。系統(tǒng)內(nèi)置的WBS符合江西省地方標(biāo)準(zhǔn)《公路建設(shè)項(xiàng)目檔案管理規(guī)范》(DB36T 1324- 2020)建設(shè)了部分公路水運(yùn)工程BIM簇?cái)?shù)據(jù)庫[7]，基本滿足數(shù)據(jù)功能模塊組件化、應(yīng)用規(guī)范化、應(yīng)用服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化、業(yè)務(wù)流程集成化和各種應(yīng)用與服務(wù)之間的訪問需求。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫包括工程檔案實(shí)體管理、安全管理、借閱管理、鑒定管理、權(quán)限管理及用戶管理等數(shù)據(jù)，符合電子文件歸檔、電子檔案管理及數(shù)字檔案館建設(shè)等規(guī)范要求。

數(shù)據(jù)管理及應(yīng)用服務(wù)基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問技術(shù)，實(shí)現(xiàn)檔案數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢、傳輸以及數(shù)據(jù)訪問。面向GIS與BIM 應(yīng)用架構(gòu)的服務(wù)總線，通過WSDL(Web服務(wù)描述語言，Web Services Description Language)文件在 UDDI(統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議，Universal Description，Discovery and Integration，UDDI)服務(wù)注冊(cè)中心，定位由瀏覽器端及服務(wù)器端相應(yīng)的服務(wù)，為各種多源異構(gòu)的檔案與信息查詢提供可靠穩(wěn)定的數(shù)據(jù)服務(wù)支撐，包括：流程接口、引擎、業(yè)務(wù)組件服務(wù)，以及與檔案信息數(shù)據(jù)相關(guān)的存儲(chǔ)、加工、管理、訪問、分析及共享技術(shù)，信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 BIM信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

4 混合云引擎架構(gòu)設(shè)計(jì)處理

鑒于BIM、GIS模型數(shù)據(jù)量大，實(shí)施可視查詢工程檔案信息必須要求將地圖圖層及模塊、各類簇及工程體量圖形引擎部署在云端集群服務(wù)器上。工程建設(shè)、施工與監(jiān)理等用戶終端通過電腦、手機(jī)等瀏覽器端發(fā)送利用請(qǐng)求，云端服務(wù)器接收到前端任務(wù)指令后，通過云計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)時(shí)交互渲染、關(guān)聯(lián)檔案的條目及文件信息，完成后以流文件方式將交互渲染結(jié)果、文件信息等發(fā)送到前端。服務(wù)器端通過動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)聽的方式，獲取用戶瀏覽器端發(fā)來的鼠標(biāo)、鍵盤等外接設(shè)備操作事件，以及對(duì)應(yīng)的操作事件的類型、需要響應(yīng)的模型、構(gòu)件[8]GUID 等交互渲染請(qǐng)求信息，并實(shí)時(shí)同步反饋予檔案或BIM融合平臺(tái)云端服務(wù)器，使服務(wù)器根據(jù)觸發(fā)信息獲得觸發(fā)的類型屬性，根據(jù)觸發(fā)類型獲得GIS、BIM及檔案數(shù)據(jù)，進(jìn)一步控制GIS、BIM 云交互渲染引擎完成相應(yīng)的圖形與檔案信息交互渲染的任務(wù)，并將生成交互渲染結(jié)果圖片及文本數(shù)據(jù)流及時(shí)反饋給對(duì)應(yīng)的瀏覽器端進(jìn)行交互展示，云引擎分布設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 云引擎分布設(shè)計(jì)

5 其他檔案信息管理程序模塊

(1)用戶管理：支持系統(tǒng)管理員及網(wǎng)絡(luò)過客等新建系統(tǒng)用戶信息，設(shè)置角色與權(quán)限、密碼； 隨機(jī)生成用戶ID：管理員可對(duì)用戶信息進(jìn)行修改、刪除等操作，確保所有注冊(cè)用戶合法等；

(2)檔案目錄管理：用戶可以根據(jù)檔案的不同類型，自定義多層級(jí)樹狀父子級(jí)目錄結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)檔案文件路徑可視化。提供可視化的檔案庫房分布示意圖編輯功能，可將檔案管理分散到各庫房管理，也可以合成一級(jí)管理。目錄著錄項(xiàng)可靈活定制，時(shí)間、檔案號(hào)等信息提供了選擇框及自生成功能；

(3)檔案門類管理：用戶根據(jù)各自使用習(xí)慣，可按照檔案門類及系統(tǒng)字典進(jìn)行增加、修改、刪除、移位管理；

(4)全文管理：原生電子檔案文件直接上傳到檔案管理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的目錄中，電子文件及其元數(shù)據(jù)、背景數(shù)據(jù)等信息可打包集成為符合OFD格式的版式文件。支持音視頻電子文件收集歸檔，可對(duì)導(dǎo)入文件進(jìn)行關(guān)鍵詞設(shè)置，建立映射關(guān)系。對(duì)于紙質(zhì)檔案數(shù)字副本，可以批量上傳、批量掛接至系統(tǒng)中，協(xié)助實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)檔案電子化管理。

其他如檔案保管、檔案統(tǒng)計(jì)和檔案鑒定等工作流程均按電子檔案管理要求集成于系統(tǒng)中，如圖6 所示。

圖6 檔案信息管理模塊

6 結(jié)語

上述系統(tǒng)開發(fā)已經(jīng)取得國家版權(quán)局頒發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)。新檔案法已于2021年1月1日起實(shí)施，國家檔案局已經(jīng)就《電子檔案單套管理一般要求》征求意見。法規(guī)的與時(shí)俱進(jìn)必將深刻影響交通土建領(lǐng)域公路水運(yùn)工程項(xiàng)目檔案及檔案信息管理的技術(shù)路徑，特別是在交通運(yùn)輸部、住建部大力推進(jìn)BIM應(yīng)用的政策背景下[9-10]，非常有必要將電子檔案及其信息管理的工作提前融入到項(xiàng)目建設(shè)過程之中，確保生成合格的電子檔案，節(jié)省人力物力，提高檔案信息服務(wù)社會(huì)的能力。