BIM+GIS在高速公路智慧建造中的关键技术

熊欣 杨克华 赵喜锋 何柏科

（1.重庆高速工程顾问有限公司，重庆 401121；2.重庆金交劲通科技股份有限公司，重庆 401336）

BIM技术起源于20世纪70年代，它是以项目的信息为基础，对结构的真实信息进行数字信息仿真。GIS（地理信息系统）是用于管理地理空间数据的系统，它可以获取、存储、管理、计算、分析和显示与地表位置相关的各种数据。BIM通常用于单个建筑物，利用GIS宏观尺度上的功能，可将BIM的应用范围扩展到高速公路工程领域。

一、BIM+GIS在高速公路工程中的融合问题

BIM应贯穿于整个工程的设计、施工、运维，它是一个数字化的管理和协作过程。GIS记录各种具有空间属性的地理环境信息，实现空间分析、对地理资源的监控和合理规划。

（一）BIM和GIS数据匹配问题

国内外BIM建模软件种类繁多，不同的软件有各自的存储方式。这些数据格式彼此不同，相对比较封闭且没有公开文件结构，给BIM数据接入到GIS平台带来诸多不匹配的问题。

（二）模型轻量化问题

BIM建模软件注重的是单一体建筑，但GIS可管理一个区域或整个城市的BIM数据，其终端可能是配置不高的PC机，甚至是iPad或手机，因此GIS需处理的数据量会更大。因此不仅要解决数据格式转换的问题，更要对数据进行适当的轻量化和优化。

（三）三维数据坐标转换问题

BIM通常采用独立的坐标系统，如地方坐标系。GIS数据来源众多，采集方式各异，所采用的坐标系也存在一定的差异性。BIM与GIS集成应用面临着各自坐标系不同，存在无法匹配的问题。GIS最基本的功能是对坐标的转换，点线面坐标转换功能已经十分成熟，但转换功能是否可应用到三维模型数据中，对GIS平台而言还需进一步探索。

（四）BIM与多元数据融合匹配问题

GIS有集成海量多源数据的特性，比如地形影像、倾斜摄影模型、激光点云、精细模型、水面、地下管线以及建设管理数据等。如何实现BIM与多源数据融合匹配，从而提高数据的利用价值，这是对BIM+GIS应用的又一挑战。

二、BIM+GIS在城开高速公路工程中的应用

（一）工程概况

城开高速公路起自城口县北屏（陕渝界），接拟建的安康至岚皋（陕渝界）公路，北端设计为纵贯陕渝界的大巴山隧道，途经城口县北屏、县城、蓼子、鸡鸣等乡镇，穿雪宝山（设城开隧道）进入开州区，接已建的万州至开县高速公路，全长约128.5km。沿线拟设桥梁28288m/63座、隧道71408m/19座，桥隧比77.7%，其中前80km桥隧比高达95%，项目总投资额234.6亿元。

（二）项目实施解决方案

城开高速公路工程有点多、线长、面广以及桥隧集群的规模比较大的特点，其桥梁多以标准化T梁为主，桥梁和隧道类型相同，具备制作模板库可以快速批量建模的优势。所以在项目实施过程中，如果BIM模型设计软件选择得当，会大大提高整个项目的施工效率。在实施初期，经过团队多次讨论及调研，最终选择基于达索系统3DEXPERIENCE平台对城开高速进行BIM模型搭建。

在三维GIS的发展过程中，其中数据模型是核心。随着BIM数据模型和标准的完善，也推动了三维实体数据模型的定义和发展，为了应对BIM+GIS融合的技术难题，SuperMap GIS突破了BIM主流数据的无损接入、BIM数据到GIS平台的精准匹配、超百万级BIM模型实时绘制等关键技术，解决了BIM数据与三维体模型无缝对接的技术难题，借助三维体数据模型，实现了BIM数据可在GIS平台中的进行分析及运算，开拓了三维GIS向建筑、桥梁、隧道、水利大坝等大型工程应用领域的发展，为BIM+GIS应用提供了有力的技术和平台支撑。

（三）实施过程

在实现数据对接时，必须考虑数据间属性的对接、数据的优化和数据的分层管理。解决数据的对接问题，也就是解决将BIM数据接入到GIS平台的问题。具体实施步骤如下：

1.利用插件进行导出操作。为了解决这个问题，超图专门开发了BIM导出插件。

2.桌面对接优化。导出操作完成后，利用超图的桌面软件打开存储BIM的UDB数据源，每层对应一个数据集，然后进行一个分层操作，检查数据情况，再编辑模型的几何信息和纹理信息，最后进一步优化BIM数据，包括三角网简化、子对象简化、去除复杂点、提取外壳等。超图软件简化模型体量主要应用了原生LOD（Level of Detail）技术和实例化技术，实例化技术就是只存储一份BIM模型中存在的大量共用对象。

3.生成缓存数据。当所有的数据处理完毕后，需要对处理好的数据进行生成场景缓存操作，如果不生成场景缓存，浏览器直接加载如此大的数据量很容易卡顿甚至崩溃。

在弹出的生成场景缓存界面中，缓存类型选择OSGB，文件类型选择S3M，瓦片边长、LOD层数、LOD层级对应的网格简化率可使用默认值，也可以根据项目需求进行更改，设置完毕后点击生成。

4.制作工作空间，发布数据源。将BIM缓存数据添加到场景中，保存场景，然后在数据源中储存对应的BIM数据，最后将场景数据发布到服务器。

三、结语

高速公路一般具有点多、线长、面广的特点，BIM+GIS在建造智慧高速公路中具有广阔的应用前景。本文首先分析了BIM和GIS的技术特点，总结了BIM+GIS目前在高速公路应用中所面临的主要技术难题。

基于重庆城开高速公路项目提出了达索系统+超图GIS的解决方案，利用达索系统3DEXPERIENCE平台“骨架线+模板”的建模思想，解决了高速公路线长、体量大的建模难题。基于超图的GIS平台，借助其完备的插件功能和数据处理能力，解决了数据融合的问题。最后实例化介绍了BIM+GIS具体融合的流程。