熊欣 楊克華 趙喜鋒 何柏科

（1.重慶高速工程顧問有限公司，重慶 401121；2.重慶金交勁通科技股份有限公司，重慶 401336）

BIM技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，它是以項(xiàng)目的信息為基礎(chǔ)，對(duì)結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息進(jìn)行數(shù)字信息仿真。GIS（地理信息系統(tǒng)）是用于管理地理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，它可以獲取、存儲(chǔ)、管理、計(jì)算、分析和顯示與地表位置相關(guān)的各種數(shù)據(jù)。BIM通常用于單個(gè)建筑物，利用GIS宏觀尺度上的功能，可將BIM的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到高速公路工程領(lǐng)域。

一、BIM+GIS在高速公路工程中的融合問題

BIM應(yīng)貫穿于整個(gè)工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維，它是一個(gè)數(shù)字化的管理和協(xié)作過程。GIS記錄各種具有空間屬性的地理環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)空間分析、對(duì)地理資源的監(jiān)控和合理規(guī)劃。

（一）BIM和GIS數(shù)據(jù)匹配問題

國內(nèi)外BIM建模軟件種類繁多，不同的軟件有各自的存儲(chǔ)方式。這些數(shù)據(jù)格式彼此不同，相對(duì)比較封閉且沒有公開文件結(jié)構(gòu)，給BIM數(shù)據(jù)接入到GIS平臺(tái)帶來諸多不匹配的問題。

（二）模型輕量化問題

BIM建模軟件注重的是單一體建筑，但GIS可管理一個(gè)區(qū)域或整個(gè)城市的BIM數(shù)據(jù)，其終端可能是配置不高的PC機(jī)，甚至是iPad或手機(jī)，因此GIS需處理的數(shù)據(jù)量會(huì)更大。因此不僅要解決數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的問題，更要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)妮p量化和優(yōu)化。

（三）三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題

BIM通常采用獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)，如地方坐標(biāo)系。GIS數(shù)據(jù)來源眾多，采集方式各異，所采用的坐標(biāo)系也存在一定的差異性。BIM與GIS集成應(yīng)用面臨著各自坐標(biāo)系不同，存在無法匹配的問題。GIS最基本的功能是對(duì)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，點(diǎn)線面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能已經(jīng)十分成熟，但轉(zhuǎn)換功能是否可應(yīng)用到三維模型數(shù)據(jù)中，對(duì)GIS平臺(tái)而言還需進(jìn)一步探索。

（四）BIM與多元數(shù)據(jù)融合匹配問題

GIS有集成海量多源數(shù)據(jù)的特性，比如地形影像、傾斜攝影模型、激光點(diǎn)云、精細(xì)模型、水面、地下管線以及建設(shè)管理數(shù)據(jù)等。如何實(shí)現(xiàn)BIM與多源數(shù)據(jù)融合匹配，從而提高數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，這是對(duì)BIM+GIS應(yīng)用的又一挑戰(zhàn)。

二、BIM+GIS在城開高速公路工程中的應(yīng)用

（一）工程概況

城開高速公路起自城口縣北屏（陜渝界），接擬建的安康至嵐皋（陜渝界）公路，北端設(shè)計(jì)為縱貫陜渝界的大巴山隧道，途經(jīng)城口縣北屏、縣城、蓼子、雞鳴等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，穿雪寶山（設(shè)城開隧道）進(jìn)入開州區(qū)，接已建的萬州至開縣高速公路，全長(zhǎng)約128.5km。沿線擬設(shè)橋梁28288m/63座、隧道71408m/19座，橋隧比77.7%，其中前80km橋隧比高達(dá)95%，項(xiàng)目總投資額234.6億元。

（二）項(xiàng)目實(shí)施解決方案

城開高速公路工程有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣以及橋隧集群的規(guī)模比較大的特點(diǎn)，其橋梁多以標(biāo)準(zhǔn)化T梁為主，橋梁和隧道類型相同，具備制作模板庫可以快速批量建模的優(yōu)勢(shì)。所以在項(xiàng)目實(shí)施過程中，如果BIM模型設(shè)計(jì)軟件選擇得當(dāng)，會(huì)大大提高整個(gè)項(xiàng)目的施工效率。在實(shí)施初期，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)多次討論及調(diào)研，最終選擇基于達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)對(duì)城開高速進(jìn)行BIM模型搭建。

在三維GIS的發(fā)展過程中，其中數(shù)據(jù)模型是核心。隨著BIM數(shù)據(jù)模型和標(biāo)準(zhǔn)的完善，也推動(dòng)了三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型的定義和發(fā)展，為了應(yīng)對(duì)BIM+GIS融合的技術(shù)難題，SuperMap GIS突破了BIM主流數(shù)據(jù)的無損接入、BIM數(shù)據(jù)到GIS平臺(tái)的精準(zhǔn)匹配、超百萬級(jí)BIM模型實(shí)時(shí)繪制等關(guān)鍵技術(shù)，解決了BIM數(shù)據(jù)與三維體模型無縫對(duì)接的技術(shù)難題，借助三維體數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)可在GIS平臺(tái)中的進(jìn)行分析及運(yùn)算，開拓了三維GIS向建筑、橋梁、隧道、水利大壩等大型工程應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，為BIM+GIS應(yīng)用提供了有力的技術(shù)和平臺(tái)支撐。

（三）實(shí)施過程

在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接時(shí)，必須考慮數(shù)據(jù)間屬性的對(duì)接、數(shù)據(jù)的優(yōu)化和數(shù)據(jù)的分層管理。解決數(shù)據(jù)的對(duì)接問題，也就是解決將BIM數(shù)據(jù)接入到GIS平臺(tái)的問題。具體實(shí)施步驟如下：

1.利用插件進(jìn)行導(dǎo)出操作。為了解決這個(gè)問題，超圖專門開發(fā)了BIM導(dǎo)出插件。

2.桌面對(duì)接優(yōu)化。導(dǎo)出操作完成后，利用超圖的桌面軟件打開存儲(chǔ)BIM的UDB數(shù)據(jù)源，每層對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)集，然后進(jìn)行一個(gè)分層操作，檢查數(shù)據(jù)情況，再編輯模型的幾何信息和紋理信息，最后進(jìn)一步優(yōu)化BIM數(shù)據(jù)，包括三角網(wǎng)簡(jiǎn)化、子對(duì)象簡(jiǎn)化、去除復(fù)雜點(diǎn)、提取外殼等。超圖軟件簡(jiǎn)化模型體量主要應(yīng)用了原生LOD（Level of Detail）技術(shù)和實(shí)例化技術(shù)，實(shí)例化技術(shù)就是只存儲(chǔ)一份BIM模型中存在的大量共用對(duì)象。

3.生成緩存數(shù)據(jù)。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)處理完畢后，需要對(duì)處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行生成場(chǎng)景緩存操作，如果不生成場(chǎng)景緩存，瀏覽器直接加載如此大的數(shù)據(jù)量很容易卡頓甚至崩潰。

在彈出的生成場(chǎng)景緩存界面中，緩存類型選擇OSGB，文件類型選擇S3M，瓦片邊長(zhǎng)、LOD層數(shù)、LOD層級(jí)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格簡(jiǎn)化率可使用默認(rèn)值，也可以根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行更改，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊生成。

4.制作工作空間，發(fā)布數(shù)據(jù)源。將BIM緩存數(shù)據(jù)添加到場(chǎng)景中，保存場(chǎng)景，然后在數(shù)據(jù)源中儲(chǔ)存對(duì)應(yīng)的BIM數(shù)據(jù)，最后將場(chǎng)景數(shù)據(jù)發(fā)布到服務(wù)器。

三、結(jié)語

高速公路一般具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的特點(diǎn)，BIM+GIS在建造智慧高速公路中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文首先分析了BIM和GIS的技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)了BIM+GIS目前在高速公路應(yīng)用中所面臨的主要技術(shù)難題。

基于重慶城開高速公路項(xiàng)目提出了達(dá)索系統(tǒng)+超圖GIS的解決方案，利用達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)“骨架線+模板”的建模思想，解決了高速公路線長(zhǎng)、體量大的建模難題。基于超圖的GIS平臺(tái)，借助其完備的插件功能和數(shù)據(jù)處理能力，解決了數(shù)據(jù)融合的問題。最后實(shí)例化介紹了BIM+GIS具體融合的流程。