三維信息模型在交通基礎設施建設領域的應用研究

彭鴻

摘要：三維信息模型是一種重要的建筑可視化圖形表達方式，其主導的建筑設計、建造和運維為相關企業帶來了更大的經濟效益，并在一定程度上縮短了建設周期和維護成本。圍繞三維信息模型技術在交通基礎設施建設領域的應用展開研究，從分布式模型定義、三維信息模型標準應用、全生命周期應用和基于三維信息模型的項目管理流程4個方面，闡述了三維信息模型的應用方式和特點，可為三維信息模型技術在貴州省交通基礎設施建設領域的應用提供參考。

關鍵詞關鍵詞：三維信息模型；交通建設；數字化技術

DOIDOI：10.11907/rjdk.161460

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2016）007014102

0引言

三維信息模型是在計算機中建立的虛擬模型，通過集成工程對象相關信息，連接項目生命期不同階段的數據、過程和資源，模擬在真實世界中的狀態和變化，為工程項目各參與方提供一個工程信息交換和共享平臺。

貴州省交通運輸體系是以鐵路和公路為骨架，民航、水運與之相互協調的綜合交通運輸體系，在交通基礎設施建設中，由于受到地理條件的影響，建設投資高、周期長、設計施工難度大，尤其是數量眾多的大型橋梁和隧道項目。因此，解決設計、施工難點，縮短建設周期，降低投資運營成本成為貴州交通運輸建設中新技術開發和技術改造研究的永動力。智能交通是交通規劃的重要組成部分，三維信息模型技術是實現信息化轉變和智能交通的重要技術之一，潛在應用空間巨大。貴州著力打造大數據產業，且重點打造“七朵云”工程，其中包括智能交通云工程。因此，研究三維信息模型技術在貴州省交通基礎設施建設領域的應用，符合貴州省交通信息化建設的發展需要，也具有重要意義。

1分布式模型定義

從項目全生命周期的角度分析，項目三維信息模型應該是一個完整的模型，但應用人員的應用需求和模型繪制者的繪制偏重降低了模型的完整性。因此，可按照項目階段進行劃分，將完整的項目三維信息模型分解成項目階段三維信息模型，即分布式模型。分布式模型定義主要以確定模型在項目各階段的應用范圍和繪制細度為定義的主要內容。

規劃階段三維信息模型主要應用于工程選址、環境評價、工程造價、方案論證等方面，除工程造價和方案論證外，該階段其它應用對模型繪制細度要求不高。模型信息主要包括可以描述項目外形及環境的重要尺寸、建筑物主要材質、設備等工程量信息、可用于建筑物性能分析的基本結構等。

設計階段三維信息模型主要應用于初設方案論證、可視化協同設計、建筑性能分析、工程量統計及施工圖快速出圖等方面。該階段由于需要達到施工圖出圖及工程量統計的目的，其三維信息模型是項目各階段中繪制細度最細的一個階段，繪制細度需要有相關國家標準、規范的支持。

施工階段三維信息模型主要應用于施工組織模擬、施工方案優化及交底、圖紙會審、構件預制加工、項目溝通、可視化安全質量管理、竣工模型交付等方面，該階段根據應用需求分析，其繪制細度低于設計階段，也可以在沒有設計階段模型的基礎上，利用二維設計圖紙繪制施工階段三維信息模型。

運營維護階段三維信息模型主要應用于運營系統集成、設備及資產管理、可視化檢修方案、空間管理、災害應急模擬分析等方面。該階段三維信息模型是施工階段三維信息模型的延續，繪制細度根據運營維護管理需求，可以簡化設計、施工階段三維信息模型并應用。

2三維信息模型標準應用

三維信息模型在我國建筑業的應用已有很大拓展，但對三維信息模型進行標準化的研究還不夠完善，在建設項目設計、施工、運營維護等項目全生命周期管理中，涉及大量的國際、國家標準和規范，三維建筑信息模型的應用也必須遵循行業的標準和規范，以方便建設項目參建各單位共享和應用三維信息模型。

經調查分析，三維信息模型標準應用主要劃分為兩個階段，第一個階段是模型繪制，第二個階段是模型應用。模型繪制主要是在項目設計階段，應用標準需要完全符合現有設計單位所應用的標準和規范。應用標準目錄除擁有原有二維設計方式所應用的標準目錄外，還需要行業或國家增加相應的專業標準；在模型應用階段，項目各階段模型都需要符合行業應用標準，不同應用需求對應不同的應用標準。

三維信息模型應用標準對于一個行業應用者而言，標準與模型的關系是非常清楚的，但是要完全編制應用標準目錄和理清標準與模型的關系則是個浩大的工程。另外，雖然現有一些標準在建筑行業內已較為成熟和規范，但面對三維信息模型技術等數字化新技術，這些標準和規范都需要進一步調整，以適應三維信息模型技術應用。只有符合國家工程制圖標準的三維信息模型軟件才能被廣泛推廣和使用，這也是選擇該類軟件的重要依據。目前，工程制圖標準是在二維環境中為了統一建筑工程的二維表達方式、方法而制定，在三維設計環境中，交付的設計產品與二維設計時期發生了很大變化，這同樣需要有相關的三維工程制圖標準作為基礎。

3全生命周期應用

項目全生命周期體現了項目的持續性和目標的一致性，三維信息模型在任何一個階段獨立應用都有較大的局限性，必須上升到全生命周期的應用且確立其合法地位，才能發揮其真正價值。三維信息模型在項目全生命周期中的各階段表現出不同的應用需求和特點，即使在不同的建筑行業、相同的項目階段應用也會表現出較大差異。

利用典型項目的全生命周期分析，在項目4個階段中，規劃階段的應用可相對獨立，尤其是方案論證，三維信息模型在規劃階段主要起輔助決策作用。設計階段的應用更為寬泛，從初步設計方案開始到施工圖出圖，在很大程度上改變了原有設計工作方式，同時也伴隨著一些其它方面的阻力，設計階段的三維信息模型為施工階段和運維階段提供了應用基礎。施工階段三維信息模型涉及多方建設單位以及不同項目管理模式，模型應用方式存在差異。交通建設領域以橋梁為例，建筑物結構通常并不復雜，施工難度主要是自然環境造成，施工技術措施對三維可視化項目外形需求并不強烈，但對工程量統計及安全管理卻非常關注，并且建設單位可利用三維信息模型提供輔助管理。在項目運維階段，三維信息模型結合運維管理系統可發揮空間定位和數據記錄優勢，合理制定維護計劃。公路、橋梁等交通設施在交付使用后，其中一項重要工作是災害防治，三維信息模型結合災害分析模擬軟件，在災害發生前可作相關模擬，制定避免災害發生的措施，在災害發生后，三維信息模型結合交通自動化系統，也能提高應急行動的成效。圖1展示了依托工程的三維信息模型。

建立一個以三維信息模型為主體，工程項目管理為主線的應用系統，將三維信息模型應用于進度計劃管理、質量管理、安全管理、采購管理等各管理環節中，通過業務管理流程分析和重組，將三維信息模型從單一的技術應用向工程系統管理應用過渡，使三維信息模型升值，形成基于三維信息模型施工工程的系統管理，并最終達到提高施工工程管理水平、降低企業經營成本、經營風險、提高企業競爭力和創造經濟效益的企業管理目標。

三維信息模型應用系統由于實現了工程設計信息的高度共享和集成，因此改善了項目管理環境，保證了項目信息需求的及時性、完整性和準確性，加速了項目管理決策信息的加工過程，為項目管理人員提供了有效的決策支持服務。項目管理決策信息加工過程也即項目管理的決策過程，項目管理環境及管理信息獲取方式的變化也改變了原有項目管理流程和組織結構，對原有流程中管理信息處理不合理、不通暢的過程，通過流程分析和優化，使管理流程更有效、信息流轉更快捷，同時還使原有金字塔式的垂直組織結構，逐漸向高效的扁平化組織結構轉變，從本質上提升了項目管理水平。

5結語

計算機輔助設計在設計單位及施工單位已經形成既定的規則，而三維信息模型技術的使用使得計算機輔助設計有了新的拓展，成熟的三維信息模型能建立建筑復雜的幾何外形和詳細的內部結構，使得項目信息可視化、一體化，其準確性和可信性不斷增強。本研究通過在依托工程中的實施應用，利用三維信息模型為項目溝通管理、施工技術管理及工程造價管理提供了較大幫助，但要實現應用全覆蓋還需要一個過程。

第7期 肖奎，吳天吉：虛擬化技術在高校圖書館的應用軟 件 導 刊2016年標題