鄒俊杰

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶400074）

1 引言

目前，高速公路在中國(guó)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展后，達(dá)到了14.26萬km。在“十三五”期間，中國(guó)的高速公路里程還在持續(xù)地增長(zhǎng)。到2020年底，全國(guó)高速公路里程將達(dá)到15萬km。可以預(yù)見，在未來的十幾年里，高速公路在中國(guó)的建設(shè)依舊會(huì)保持快速發(fā)展的勢(shì)頭。

隨著高速公路總里程的不斷增加，為了充分利用高速公路的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，人們?cè)絹碓疥P(guān)心高速公路的管理和養(yǎng)護(hù)。早期修建的高速公路出現(xiàn)的路面破壞嚴(yán)重影響到其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的利用。路面管理系統(tǒng)就是一個(gè)有益的路面管養(yǎng)工具，作為公路管養(yǎng)部門，應(yīng)當(dāng)盡快應(yīng)用現(xiàn)代的科學(xué)理論和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在自己的轄區(qū)內(nèi)建立路面管理系統(tǒng)，為將來的路面管理、維護(hù)提供有效、準(zhǔn)確、可視化的數(shù)據(jù)和詳細(xì)、先進(jìn)的分析方法，從而使公路管養(yǎng)部門在有限的資源條件下，能夠?yàn)樯鐣?huì)提供更好的服務(wù)，同時(shí)完成節(jié)約社會(huì)資源的工作。

中國(guó)接觸到路面管理系統(tǒng)的時(shí)間是在20世紀(jì)80年代，目前正在推廣CPMS這個(gè)網(wǎng)級(jí)路面管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于回歸技術(shù)來對(duì)路面進(jìn)行評(píng)價(jià)、管養(yǎng)的，數(shù)據(jù)的查看和輸入輸出主要依靠表格，所以其在路面信息可視化方面還存在嚴(yán)重不足。隨著WebGIS和BIM的發(fā)展，通過利用WebGIS和BIM技術(shù)進(jìn)一步豐富和完善路面管理系統(tǒng)的框架，顯然是路面管理系統(tǒng)的未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 WebGIS

傳統(tǒng)的GIS主要集中在單機(jī)環(huán)境中，不利于數(shù)據(jù)的傳播和閱讀，而GIS借助了WebGIS這雙翅膀迅速擴(kuò)大了自己的應(yīng)用范圍。有了Web的支持，人們就可以讓文字、圖形、圖像等多媒體數(shù)據(jù)在日常使用的網(wǎng)頁瀏覽器上顯示。同時(shí)，GIS的重要數(shù)據(jù)來源是空間數(shù)據(jù)，它以圖像、影片的形式表示。用戶可以在GIS上對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、分析和制圖，以此來完成人機(jī)交互。從單機(jī)環(huán)境到云端操作這一巨大的飛躍，使得人們可以靈活自如地在網(wǎng)絡(luò)上搜集地理信息并進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新維護(hù)。

現(xiàn)有的路面管理系統(tǒng)基本上是基于單機(jī)或者簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，極易丟失數(shù)據(jù)，更新維護(hù)困難，查詢檢索麻煩。諸多的缺點(diǎn)使得公路管養(yǎng)部門效率低下，極大地消耗了人力物力，浪費(fèi)部門的資源。因此需要采用基于云端可視化WebGIS平臺(tái)的路面管理人機(jī)交互系統(tǒng)來解決這些問題。

表1 中列舉了較為成熟的WebGIS開發(fā)平臺(tái)軟件。

表1 主流WebGIS開發(fā)平臺(tái)

3 BIM

建筑信息模型是一種工程數(shù)據(jù)模型，它基于三維數(shù)字技術(shù)，集成了建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息[1]。從提出到現(xiàn)在已經(jīng)有40多年了，它經(jīng)歷過萌芽、生成和發(fā)展三個(gè)階段。由于BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)，目前BIM概念在建筑領(lǐng)域已深入人心，發(fā)展異常迅猛，在全球范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，在中國(guó)越來越多的基礎(chǔ)設(shè)施類工程中也開始逐步應(yīng)用。特別是當(dāng)BIM技術(shù)被明確列入中國(guó)建筑工業(yè)發(fā)展“十二五”計(jì)劃，并繼續(xù)被列入住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、科技部“十三五”的相關(guān)計(jì)劃后，BIM的發(fā)展就更是勢(shì)不可擋了。

因此，交通行業(yè)如果想要在可持續(xù)發(fā)展、低污染和低能耗等方面有所建樹，應(yīng)用BIM技術(shù)勢(shì)在必行[2]。在全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化的大背景下，每個(gè)行業(yè)都不甘落后，而傳統(tǒng)CAD技術(shù)已經(jīng)明顯跟不上時(shí)代的發(fā)展步伐，終有一天會(huì)被淘汰，而應(yīng)用BIM技術(shù)為公路設(shè)計(jì)開展一條新途徑，將會(huì)成為未來主流的發(fā)展方向。BIM作為引導(dǎo)交通行業(yè)走向信息化的一種高層次技術(shù)，能為工程項(xiàng)目帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，不光使設(shè)計(jì)階段乃至整個(gè)項(xiàng)目周期的效率大大提升，質(zhì)量也能得到保證，成本大幅度降低。

三維可視化是BIM身為一項(xiàng)新的技術(shù)最大的特點(diǎn)，這就使得項(xiàng)目展示效果相比過往的二維圖紙有著明顯的提升。結(jié)合了BIM技術(shù)的路面管理系統(tǒng)，讓路面病害情況可視化地顯示在路面管理系統(tǒng)中，這樣管理者能直觀、高效地對(duì)路面病害進(jìn)行管理和操作。

表2 中列舉了較為成熟的BIM開發(fā)平臺(tái)軟件。

表2 主流BIM開發(fā)平臺(tái)

4 基于WebGIS+BIM的路面管理系統(tǒng)

現(xiàn)在，公路管養(yǎng)部門對(duì)公路路面的管理仍然存在缺乏系統(tǒng)的檢測(cè)、評(píng)估、維護(hù)等諸多缺點(diǎn)。在對(duì)破壞的路面做管養(yǎng)決定時(shí)，依舊是依靠專業(yè)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)路面進(jìn)行定性認(rèn)識(shí)。在這個(gè)決策過程中，往往由于參與人員較少、經(jīng)驗(yàn)出現(xiàn)偏差而導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)計(jì)劃不盡如人意，造成了資源的浪費(fèi)和路面質(zhì)量下降，從而引起社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的損失。為了改變落后的管理方式，使得更多專業(yè)人員能在不同區(qū)域?qū)β访媲闆r進(jìn)行綜合的評(píng)估，減少錯(cuò)誤的決策。這就讓專業(yè)人員對(duì)基于WebGIS和BIM的路面管理系統(tǒng)的研究和開發(fā)寤寐求之了。

4.1 Civil 3D平臺(tái)

交通BIM領(lǐng)域的主流是Civil 3D。隨著BIM軟件的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各類軟件以適應(yīng)道路BIM發(fā)展的需要，如Autodesk公司的Civil 3D軟件，Bentley公司的Microstation軟件，Graphisoft公司的ArchicaD軟件，Dassault公司的Digital Project軟件等。其中，Autodesk公司的Civil 3D軟件是當(dāng)下的主流。Autocad Civil 3D是一款基于CAD的制圖軟件，它為交通行業(yè)的設(shè)計(jì)師提供BIM模型的解決方案，擁有自定義的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和圖形樣式。Autodesk Civil 3D是根據(jù)專業(yè)需要進(jìn)行專門定制的軟件，其在土木工程道路及其相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域被業(yè)界廣泛認(rèn)可。其三維動(dòng)態(tài)工程模式有助于迅速完成公路工程，場(chǎng)地排放和設(shè)計(jì)場(chǎng)地規(guī)劃。協(xié)調(diào)可持續(xù)的設(shè)計(jì)模式與易兼容的數(shù)據(jù)格式使得Civil 3D成為道路相關(guān)設(shè)計(jì)者建立BIM模型的首選[3]。

4.2 CesiumLab

Cesium是一個(gè)3D地理信息平臺(tái)，用于建立虛擬場(chǎng)景。其目標(biāo)是建立基于Web的可視化動(dòng)態(tài)地圖數(shù)據(jù)。同時(shí)，Cesium還是一個(gè)Javascript庫，可以渲染3D地球、2D區(qū)域圖和多個(gè)GIS要素。不需要安裝任何插件，就可以在支持最新HTML標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器中運(yùn)行。支持WebGL硬件加速，非常適合在GIS圖層中展示動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，是一種跨平臺(tái)的、開放源碼的WebGIS表現(xiàn)層[4]。

CesiumLab是一個(gè)免費(fèi)的數(shù)據(jù)處理工具，專為Cesium開源的數(shù)字地球平臺(tái)。目前已包括地形數(shù)據(jù)處理、圖像數(shù)據(jù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)下載、矢量數(shù)據(jù)處理、傾斜數(shù)據(jù)處理、三維場(chǎng)景處理、3D數(shù)據(jù)處理。同時(shí)提供一套完備的數(shù)據(jù)服務(wù)器，形成了從數(shù)據(jù)處理到服務(wù)發(fā)布，三維可見的完整工具鏈。

通過Civil 3D創(chuàng)建的模型可以發(fā)布在CesiumLab平臺(tái)上，讓路面病害形象地在道路的BIM模型上顯示出來，讓管理者可以直觀、高效地在路面管理系統(tǒng)里對(duì)路面病害進(jìn)行管理及操作。

5 結(jié)語

隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，公路管養(yǎng)部門也同樣需要采用新技術(shù)對(duì)路面管理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。WebGIS和BIM的融合可以為道路路面管理領(lǐng)域提供地理信息數(shù)據(jù)支持和三維信息模型表達(dá)支持，并在宏微觀領(lǐng)域提供各種分析和管理功能，是未來發(fā)展的方向之一。