王維高 朱 明 趙 見 聶上森

(四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610017)

BIM(Building Information Models，建筑信息模型)以三維技術為基礎，通過建立精確的模型，綁定工程全生命周期真實的信息，實現項目實體與信息一體化，有效提升管理效率與水平[1]。

GIS(Geographic Information System，地理信息系統)，是在計算機軟硬件系統的支持下，通過采集、存儲、檢索、管理、分析和描述空間物體的定位分布以及其相關的屬性數據的一類計算機系統[2]。GIS通過對海量數據進行獲取、存儲、管理、分析，實現大范圍地理空間的呈現。

BIM技術和GIS技術的集成，實質上是建筑設施微觀模型信息和宏觀信息的關聯整合[3]，通過BIM技術和GIS技術的融合，最終實現真正的數字化管理。BIM中包含了大量的高精度幾何信息、設計信息以及施工信息，GIS中又包含了影像，地形等大范圍地理信息。BIM和GIS的融合使多領域的深化協同成為可能，如水利工程、鐵路橋梁、地下管網等公共設施建造分析、城市規(guī)劃、市政模擬等諸多領域[4]，可以預見二者的融合也是未來發(fā)展的趨勢。

傳統的施工建設管理過程具有周期長、涉及人員廣等特點，溝通與協調工作一般要浪費大量的人力物力，BIM和GIS技術在高速公路施工建設管理階段的使用，能夠有效解決這些問題，同時還能夠提升效能、提高質量、降低成本。

1 工程概況

某高速公路項目全長203.21 km，采用雙向四車道設計標準，時速80 km，路基寬度24.5 m。其項目沿線地形包括丘陵、谷地、山地以及高原前緣。受地形影響，橋隧等結構物較多，橋隧比高達41.73%。項目全線氣溫分部呈垂直分帶性，即谷地炎熱高山涼爽。項目工作區(qū)內植被茂密，溝谷縱橫，侵蝕構造地形較多，嶺谷高差較大。路線經過區(qū)水系分布呈枝杈狀，河床附近切割深度較大，水面單位距離落差大，不同季節(jié)水域流量差別大[5]。

該公路項目建成以后將有利于帶動成都、攀西、川南三大經濟區(qū)之間的交流，使沿線經濟隨路而動，促進旅游、礦產、生態(tài)等資源的融合，為實現經濟一體化創(chuàng)造條件。

該項目的信息化部分試點形的引入了BIM和GIS技術，通過協調設計單位、業(yè)主單位、施工單位等力量，實現了多方數據共享、協同辦公的功能。

2 應用介紹

公路項目一般分為規(guī)劃、設計、施工、運營等階段，該項目中BIM和GIS技術針對性的應用在施工階段，其中涉及到部分設計階段的數據應用。在項目中利用真實的三維模型，綁定設計階段以及施工階段的數據進行呈現和應用，實現了施工全過程、全方位的監(jiān)督與管理。如圖1所示，系統采用將各種數據采集到GIS和系統平臺中，在系統各模塊中對數據進行使用。

系統中數據按來源可分為設計數據、施工數據、BIM數據以及地形影像數據幾部分。按照類型可分為幾何數據和屬性數據兩部分。系統中采用GIS平臺和自研系統平臺分別承載幾何數據和屬性數據，并且通過業(yè)務邏輯實現了幾何數據和屬性數據的綁定。在GIS平臺和自研系統平臺的框架下，以設計數據、施工數據、BIM數據、地形影像數據為基礎，重點研究了電子沙盤、征地拆遷、形象進度、隧道圍巖、設計資料管理等幾個方面的應用。

2.1 電子沙盤

電子沙盤功能中結合航空影像、傾斜攝影、激光點云等多源、多時相、多尺度的空間數據，以三維實景的形式展示路基、橋梁、隧道等全項目全專業(yè)的BIM模型信息以及地形地貌信息。電子沙盤為項目的形象化表達、實時監(jiān)控、科學調度、風采展示等功能提供了有效手段[6]。電子沙盤作為三維可視化平臺，既能夠直觀的反映大范圍場景信息，又能反映BIM模型具體細節(jié)的各項真實信息。

電子沙盤模塊主要用于三維顯示、分析等功能，系統中提供的功能主要包含以下幾方面：

1)大小場景切換。電子沙盤中能夠通過縮放場景，實現對項目不同維度的了解。項目縮放到大場景時，可以形象的表達工程走向，為分析工程難度，工程價值提供直觀依據。項目縮放到具體的小場景時，可以形象的表達單個構件的詳細信息，為設計復核提供依據，見圖2。

2)結構物定位。系統提供了基于樁號，坐標和結構物名稱快速定位的功能，能夠在三維場景中快速的定位到指定位置，使得使用者能夠快速的結合當前位置和周圍位置的地形影像數據、BIM數據、設計數據、施工數據等進行系統的、準確的分析。

3)圖層管理。圖層管理的功能，主要實現圖層的透明度設置。通過設置不同的透明度，既能夠清楚的展示隱蔽工程的設計形式，又能夠直觀的檢查碰撞情況。

4)視頻監(jiān)控。在電子沙盤中接入視頻監(jiān)控的功能，能夠清晰的展示攝像頭所在位置，切換到攝像頭視角以后，又能實時的顯示場地當前情況下的真實場景，該功能為施工建設過程中的安全保駕護航。

5)行車模擬。電子沙盤中的行車模擬模塊，以第一視角模擬真實的行車過程，讓體驗者獲得真實的駕駛體驗，為道路的駕駛安全性分析提供技術保障。

2.2 征地拆遷

在高速公路施工建設過程中，征拆是一個重要的環(huán)節(jié)，具有難度大、工藝復雜、施工作業(yè)面分布廣、環(huán)境敏感點多、參建單位及交叉影響因素多等特點[7]，BIM和GIS技術能夠針對性的緩解這些問題。使用BIM和GIS技術研發(fā)的系統通過方便的導入用地數據、附著物數據以及征拆數據，并將數據關聯到地圖中，實現征拆對象在地理空間位置、大小和空間拓撲方面的表達。同樣系統提供了征拆人員對征拆數據進行維護和更新的功能，便于征拆數據的記錄和統計。針對征拆困難的工作，結合地圖信息，有針對性的進行掛圖作戰(zhàn)。圖3描述了征拆功能模塊。

在征拆模塊中重要的功能包括：

1)數據的表達。征拆數據一般分為地塊數據和附著物數據兩種。其中地塊數據一般使用不規(guī)則平面幾何圖形進行表達，附著物數據則情況比較多，可以是點形的房屋，青苗，也可以是線形的輸電線。無論是點、線還是面，系統中都采用了GeoJson進行幾何的表達，并且將相關屬性信息存儲到自研系統平臺中。

2)征拆數據的維護。征拆數據從數據來源上一般分為兩種：一種是設計數據，另一種是施工數據。設計過程中，通過外業(yè)調查會形成一份基本的征拆數據，包括公路用地數據、附著物數據以及征拆數據。在施工過程中由于現實情況的變化，征拆數據又會因為實際情況進行調整。因此數據的維護和管理模塊中，既支持設計數據結構化直接導入到系統中的方式，又支持施工變更和業(yè)主審批的數據管理方式。

3)掛圖作戰(zhàn)。征地拆遷過程中最耗時的就是拆遷難點問題，BIM和GIS技術的應用能夠有針對性的將征拆難點表達到地圖上，實現掛圖作戰(zhàn)的目標。

2.3 形象進度

公路項目具有項目規(guī)模大，參建方多，項目管理難度大等特點，進度管理是項目管理中最關鍵的一環(huán)，有效的進度管理可以促進資源合理分配，在確保質量的情況下節(jié)約成本[8]。傳統方式一般使用甘特圖或者進度百分比對項目進度進行表達，但是隨著BIM和GIS技術的發(fā)展，一種采用真實場景著色的方式表達應運而生。該方法使得項目進度表達更加形象、完善，更具科學性，給項目管理者提供了更直接有效的信息。如圖4系統中提供了正在施工、施工完成、預制完成、未完成幾種狀態(tài)的表達，管理者能夠在三維場景中一目了然的獲得單體結構的施工進度。系統中針對這些狀態(tài)還提供了統計與匯總的功能，為投資統計，總體項目進度提供數據支撐。

在形象進度的表達過程中，單純的使用三維場景表達，缺少了一些數據的支撐，使得表達形象具體，但卻缺少統計分析的功能，為了達成統計分析的目標，形象進度需要結合統計分析模塊使用，在統計分析模塊中，可以從全項目、指定標段、指定單位工程、指區(qū)域分別對施工進度進行統計并進行表達。

2.4 隧道圍巖

施工人員可以通過移動端APP將隧道圍巖信息實時錄入到系統中，平臺結合樁號、坐標等信息，可以將數據融入到GIS平臺中，幫助決策者實時的掌握隧道圍巖情況，為施工安全快速決策提供技術保障。系統同樣提供了隧道圍巖智能研判功能，可以自動的對圍巖等級及危險情況做出預判預警，幫助施工人員和決策人員盡快做出決策，減少事故發(fā)生，見圖5。

該高速公路項目中通過使用隧道圍巖模塊，管理者實現了實時了解隧道開挖面穩(wěn)定狀態(tài)、工程地質巖組、巖體完整性、地下水狀況、地應力狀況、主要軟弱結構面產狀、圍巖變形破壞特征等狀態(tài)，實時對隧道開發(fā)的安裝狀況進行評估，大大降低了項目實施過程中的危險指數。

2.5 設計資料管理

在施工過程中，施工人員對設計資料的需求是非常強的，傳統做法是將設計資料進行打印，在施工現場需要哪些資料查閱哪些資料。在BIM和GIS系統中，則可以提前將設計資料與構件進行綁定，施工人員對該構件有需求時，自動獲取該構件關聯的設計資料，減少施工人員查閱的工作。同樣系統中還可以提供設計資料組織、搜索、更新等基本功能，為快速定位資料提供方便，見圖6。

該高速公路項目中，設計資料模塊的推廣和使用，大大降低了施工單位的印刷成本，解決了圖紙大量印刷四處遺漏的安全性問題，還大大提高了圖紙的查找效率。

3 結語

傳統的施工建設管理手段逐漸跟不上時代的發(fā)展，終將在科技發(fā)展的浪潮中被淘汰[9]，BIM和GIS技術的出現和應用，為新的管理手段帶來了曙光。本文針對BIM和GIS技術在施工建設管理中電子沙盤、征地拆遷、形象進度、隧道圍巖、設計資料管理等幾個方向的應用進行探究，詳細分析了新技術的方向和優(yōu)勢。

該技術的普及將有助于實現企業(yè)項目建設快速提質增效，從而加快企業(yè)轉型升級。BIM和GIS系統平臺中所涉及的數據，同樣可以無縫的流轉至運維階段，完成運維平臺的初始化，實現數據利用效益最大化，從而為企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟和社會效益[10]。