田西高速项目管理信息化的应用

司家琛 黎盟 艾露

摘要 高速公路具有线长、面广和体量大的特点，BIM+GIS在建造智慧高速公路中具有重要意义。文章介绍了BIM、GIS技术的特点，并分析了BIM+GIS融合的主要技术难点以及应用价值，通过BIM信息深化集成各个模块，以及BIM+GIS综合、系统地展示，介绍了BIM+GIS的具体实施流程。BIM技术的广泛应用，不仅有效提升高速公路工程的施工质量，确保施工进度，还极大程度地提高了高速工程建设水平，对我国实现现代化建设目标具有重要影响。

关键词 高速公路;BIM;GIS;项目管理

中图分类号 TU71;TU17 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0115-05

0 引言

现如今，随着我国城市化建设的不断深入，人们的生活水平得到显著提升，并对国家的基础设施建设提出更高要求。近年来，BIM作为一种新兴的科学技术，在高速公路建设中得到广泛应用，不仅能够有效提升工程的建设质量，保证施工进度，还能有效避免建设成本的过度消耗，对我国交通事业的长久发展具有一定的促进作用。此外，采用BIM技术，还可以符合我国“绿色施工”的环保理念。BIM技术不需要额外图纸，仅需要通过相关设备便可以对工程建设完毕后的模型进行调整，具有充分的应用价值。

1 项目概况

田林至西林（滇桂界）公路工程是《广西高速公路网规划》（2018—2030）高速公路网布局方案中横3线贺州（粤桂界）～西林（滇桂界）的重要组成部分，也是广西壮族自治区人民政府下发《县县通高速公路建设工作方案》争取尽快开工的23个高速公路项目之一。该项目的实施是对广西高速公路网有益的补充和完善，将形成又一条横向通道，对加快区域旅游、矿产资源的开发利用，促进区域工业化、城镇化和农业产业化的快速发展提供交通保障，对落实“大扶贫战略行动、坚决打赢脱贫攻坚战”具有重大意义。

2 建设背景

（1）《交通运输部办公厅关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》（交办公路〔2017〕205号）指导意见提出深入贯彻落实党的十九大精神，践行“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，增强科技创新动力，推进BIM技术在公路水运工程建设管理中的应用，加强项目信息全过程整合，实现公路水运工程全生命期管理信息畅通传递，促进设计、施工、养护和运营管理协调发展，提升公路水运工程品质和投资效益。各地应加强BIM技术人才培养和投入，提升BIM技术应用能力，推动BIM技术在公路水运工程设计、施工、养护、运营管理的全过程、全领域应用。可根据概预算编制有关规定，将BIM技术研发等费用纳入项目概算。

3 建设目标

结合田西高速公路项目公司的实际需求，围绕施工现场、企业多层级管理需求，结合国内外先进数字化技术，综合运用云计算、大数据挖掘、BIM、三维GIS、无人机等技术，开展基础设施数字化建设。以数字基础设施为载体、“数据链”为主线，建设BIM+GIS信息综合展示系统，整合施工过程中的进度、质量、安全等数据，实现项目建设过程多层级精细化、可视化、数字化、智慧化管理[1]。同时形成可交付至运营养护阶段的数据资产，为田西高速公路运营养护集团智慧交通建设提供基础数据，助力项目公司公路工程建设领域信息化水平全面提升。

4 建设内容

4.1 数字基础设施建设

以BIM相关数据成果为基础，综合运用3S（地理信息GIS、遥感技术RS、全球定位系统GPS）、摄影测量、高精度三维激光全景测量等数据采集处理技术对工程构筑物、沿线设施、沿线环境、地形地貌等信息进行采集、处理、入库，根据行业及广西壮族自治区相关BIM标准，结合本项目的应用需求，建设田西高速公路八书驮娘江特大桥、黄果峰隧道的BIM+GIS三维数字化模型数据。

4.1.1 实施范围

三维数字化模型具体内容如表1所示。

4.1.2 三维地理信息建设

充分应用3S（Geographic Information System、Remote Sensing、Global Positioning System）技术，采用勘测地形数据为数字高程模型（DEM）数据源，以数字正射影像DOM（甲方提供的无人机航飞影像）为仿真纹理，合成三维空间场景，实现三维地理信息仿真，为建立基于BIM+GIS的信息化综合管理平台提供基础地理信息，让平台展示具有立体感和层次感，有利于快速直观地把握地形地貌要素。

三维地理信息数据建设主要包括数字正射影像、数字高程模型、三维空间场景合成及三维矢量数据建设。

（1）数字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）建设。根据工程特点，使用无人机航测正射影像对项目区域进行数据采集，对其进行纠正、投影变换及调色处理，使其符合美观自然的原则。数据检查无误后制定DOM切片方案，并组织数据切片，发布成系统可使用的影像服务进行调用，最终完成数字正射影像建设。形成影像数据整合流程如图1所示，最终显示的高清数字正射影像成果如图2所示。

（2）数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）建设。根据提供的勘测数据1∶2 000地形图，通過GIS软件进行矢量化处理，删除不必要的图层，保留等高线、高程点、控制点、建筑物所在的图层，提取其中有效的高程数据进行地形建模处理，并对其进行内插、滤波处理后生成数字高程模型。其中数字高程模型生产流程如图3所示，DEM模型成果如图4所示。

（3）三维空间场景合成。利用三维GIS软件将地面分辨率优于0.3 m的数字正射影像（DOM），叠加1∶2 000比例尺的数字高程模型（DEM），融合成能反映出项目周边地形起伏及真实地面纹理的地形数据集，通过以服务发布的方式制作三维地理空间场景，如图5所示。为建立基于BIM的数字管理平台提供基础地理信息及基础地理信息编辑、展示功能[2]。三维地理信息空间场景成果如图6所示。

（4）三维矢量数据建设。1）背景：标定行政区划名称（覆盖的州市、县、乡、镇、村，辐射的州市）。2）线路：沿线路及周边路网骨架网（含规划）的数据。3）沿线兴趣点标注及定位：桥梁、隧道、里程桩号等。

4.1.3 工程BIM模型建設

根据提供的施工设计图纸资料及变更图纸资料，以1∶1比例，按LOD300等级创建八书驮娘江特大桥、黄果峰隧道工程BIM工程构件模型，模型与工程划分保持一致（不包含钢筋模型的创建）。

利用BIM参数化设计平台，进行八书驮娘江特大桥、黄果峰隧道BIM模型建设工作。

工程BIM模型建设：

（1）线路专业。使用BIM参数化建模平台，基于行业联盟推动的LandXML标准线路数据实现线路数据的存储、计算、绘制。为桥梁、隧道等各专业BIM模型建立、车载模拟等应用提供数据支撑。

（2）桥梁专业。使用BIM参数化建模平台，通过可视化编程工程结构体系实现桥梁跨径表达式的解析，能实现桥梁联结构、边跨、中跨、简支、连续等自动解析。

以工程结构为框架，构件为单元，实现层级划分、造型信息、几何信息等维度信息的存储、管理。将BIM模型分类和编码标准导入、编辑并生成MBS（模型分解结构），实现一个ID（构件编码），多层级数据管理（造型体、BIM工程量清单等）[3]。

通过可视化约束求解器创建桥面系、梁板、墩台等可参变模板，自动生成符合工程结构分解的桥梁模型。

通过导入桥梁跨径表达式、墩台参数等实例数据，最终生成桥梁BIM模型，如图7所示。

（3）隧道专业。自主研发的参数化BIM平台强大的参数化模板创建能力可以满足隧道复杂断面尺寸和形式，并且支持复杂布尔剪切运算，整套数据建设流程保留了各专业协同性、工程结构的派生、组合等逻辑关系、模型构件之间的拓扑关系，可以以“所见即所得”的方式自动传递设计变更信息，无须重复建模工作流程;结合参数化工程体系模块内嵌的BIM标准，实现隧道模型的自动编码，并同步生成BIM模型构件清单[4]。

基于复杂约束求解器实现的参数化模板创建工具可以满足隧道复杂的衬砌断面模板创建，并且可以灵活调整内轮廓各半径参数、支护和衬砌层厚度、紧急停车带加宽等复杂断面。

建立项目主洞-通道连接单位三维模板，提前设置好各模型对象之间的剪切布尔关系，根据主线、连路线等参数实现隧道车行通道、人行通道等快速布设，解决了行业上隧道模型剪切布尔容易出错甚至不能布尔的普遍现象，建设的隧道BIM模型如图8所示。

4.1.4 BIM与GIS数据融合

BIM工程模型数据组织、BIM工程模型与GIS三维空间场景融合。

对BIM模型数据格式转换、轻量化处理、坐标转换、模型属性赋予、数据发布。

根据BIM模型对三维地形场景模型进行剪切、压平、羽化处理，真实反映建设项目与临近地形、地貌的关系。

4.2 BIM信息深化集成

基于施工深化模型集成相应的施工图设计信息，创建BIM模型构建清单，为施工管理数据整合提供支撑。

在施工深化模型基础上，对施工过程中项目管理业务系统进度专题数据进行深化集成，形成施工过程模型。

4.2.1 BIM设计信息深化集成

集成设计信息：施工图纸的协同管理、BIM工程构件设计信息整合。

BIM模型构件清单：生成BIM模型构件清单，包含BIM模型划分结构、工程属性、工序属性、构件ID等，为BIM模型构件与质量、安全、进度等项目管理业务系统数据整合应用提供支撑。

（1）施工图信息集成。基于BIM构件模型集成相应的几何信息、施工设计图纸文件及工程量信息。

（2）模型构件清单整理。通过三维数字化模型参数化建设过程中同步生成BIM模型构件清单，包含BIM模型划分结构、工程属性、工序属性、构件ID等，为施工期的项目管理业务系统数据整合应用提供支撑。

4.2.2 施工项目管理信息集成

集成项目管理系统专题数据：质环管理、安全管理、进度管理、技术管理、征地拆迁、物资管理等项目管理系统数据。

4.2.3 智慧工地应用集成

集成项目上已建立的智能化施工物联网专题数据：包括视频监控、环境监测、施工车辆监测、隧道安全监测、压力机监测、万能机监测、拌合站等数据，并与BIM模型进行关联、绑定等（集成条件：智能化施工系统须接入互联网并提供数据接口）。

4.3 BIM+GIS综合展示系统

利用BIM、3DGIS分析、展示技术，结合项目建设管理系统，将项目施工期业务数据综合利用，实现建、管协同业务的远程数据传递和跨地域业务数据查询。监测项目管理运营情况，对异常关键指标进行动态预警和分析，为项目管理人员及领导、各参建单位业务人员提供管理决策依据[5]。

4.3.1 总体框架

最终展示的BIM+GIS综合展示系统框架如图9所示。

4.3.2 功能设计

提供飞行视角浏览、行车视角浏览等功能，提供抓取、旋转、测距、测高、测面积、地面挖开等操作功能。

提供不同主题的查询，选中构件可查看构件设计属性、施工图查询、项目管理计划进度管理系统专题数据。

4.3.3 BIM+GIS+智慧工地专题展示

利用先进的集成技术，将物联网、计算机、网络技术融为一体。将项目已建立的视频监控、环境监测、施工车辆监测、隧道安全监测、压力机监测、万能机监测、拌合站等数据实时接入BIM平台，使项目管理的工作方式在过去传统的现场监督之外增加了远程监督的手段，有效控制施工现场的安全风险、质量、进度。在基于BIM的综合展示系统中可查询及快速定位施工现场视频监控设备安装物理位置;点击视频监控设备定位点，可查询被监控工程的实时监控画面，提供三维模拟施工进度与现场实时施工进度的对比查看。

5 结语

该技术的普及将有助于实现企业项目建设快速提质增效，从而加快企业转型升级。BIM和GIS系统平台中所涉及的数据，同样可以无缝流转至运维阶段，完成运维平台的初始化，实现数据利用效益最大化，从而为企业创造更大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]高翔.施工管理BIM+GIS技术应用研究[J].建筑技术开发，2019（10）：79-80.

[2]胡祎.地理信息系统（GIS）发展史及前景展望[D].北京：中国地质大学，2011.

[3]汤红玲，刘占省，王欢欢，等.BIM技术的深度应用趋势分析与展望[A].第十六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C].2016：1514-1518.

[4]王玲莉，戴晨光，马瑞.GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究[J].地理空间信息，2016（6）：75-78+8.

[5]任小倩.四川省仁沐新高速公路安全性评价研究[D].西安：长安大学，2017.