GIS+BIM 技術在某特色小鎮(zhèn)建設中的應用

車登科

特色小鎮(zhèn)的培育工作主要是打造特色鮮明的產業(yè)形態(tài)，和諧宜居的美麗環(huán)境，彰顯有特色的傳統(tǒng)文化，提供便捷完善的設施服務，建設充滿活力的體制機制。特色小鎮(zhèn)的建設包括富有活力的休閑旅游、商貿物流、現(xiàn)代制造、教育科技、傳統(tǒng)文化、美麗宜居等。

1.特色小鎮(zhèn)特點

特色小鎮(zhèn)“非鎮(zhèn)非區(qū)”，規(guī)劃面積約300 萬m2～5 萬m2，不是行政區(qū)劃單元上的一個鎮(zhèn)，也不是產業(yè)園區(qū)的一個區(qū)，而是按照創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享發(fā)展理念，聚焦信息經濟、環(huán)保、健康、旅游、時尚、金融、高端裝備等七大新興產業(yè)，融合產業(yè)、文化、旅游、社區(qū)功能的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)發(fā)展平臺。特色小鎮(zhèn)具有產業(yè)“特而強”、功能“聚而合”、形態(tài)“小而美”、機制“新而活”的特點，成為實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)者夢想、加快供給側結構性改革、促進產業(yè)轉型升級、培育經濟新動能、建設服務型政府的新平臺。

2.某數據智能小鎮(zhèn)概況

智能小鎮(zhèn)的建設以數據匯聚和共享為途徑，集特色小鎮(zhèn)治理、惠民服務、產業(yè)發(fā)展為一體，充分融合5G、物聯(lián)網、云計算、人工智能、大數據等高科技，實現(xiàn)小鎮(zhèn)跨層級、跨部門、跨業(yè)務的協(xié)同管理與服務，打造“小鎮(zhèn)大腦”。通過大數據智能分析與應用，不僅進一步提高了政府的科學決策、市政和管理服務水平，還能更精準地服務改善民生，有效促進小鎮(zhèn)公共資源協(xié)調、高效配置，提高人民的生活質量和幸福指數，同時可加快轉變經濟發(fā)展方式，吸引聚集知識密集、信息密集、創(chuàng)新密集的先進企業(yè)和高端服務業(yè)，催生帶動產業(yè)結構轉型升級。該智能小鎮(zhèn)規(guī)劃面積約300 萬m2，立足具有“西部中關村”之稱的雁塔路IT 產業(yè)一條街，核心區(qū)以雁塔中路為軸線，輻射區(qū)規(guī)劃范圍西起文藝路、東至太乙路，北起建西（東）街、南至南二環(huán)路段。

3.GIS+BIM 數據概述

數據智能特色小鎮(zhèn)的建設基礎是時空大數據，基礎地理時空數據結合建筑信息模型共同為特色小鎮(zhèn)提供宏觀微觀一體化規(guī)劃設計和智慧化管理分析能力，整合各類優(yōu)勢資源，打造全產業(yè)鏈的一站式服務。

GIS 數據是地理信息數據，致力于宏觀地理環(huán)境的研究，同時具備分析宏觀地理環(huán)境數據的能力；BIM 是建筑信息模型，是一個微觀世界的管理，連接建筑物不同階段的數據、過程和資源，從設計、施工到運維都是圍繞BIM 的單體精細化模型來進行的，注重與微觀領域中建筑物內部設計與實現(xiàn)。

在GIS 中引入BIM，數據不僅有基礎地理信息位置，可進行測量、報告分析等，還可以進行拓撲關系的查看與調整，進行工程測算，構件屬性的查詢。

4.規(guī)劃設計階段應用

建筑是特色小鎮(zhèn)文化的載體，要具有鮮明特色的數據智能的建筑語言，反映小鎮(zhèn)的審美觀，表現(xiàn)小鎮(zhèn)的特色文化訴求，建筑要有內涵，并且標新立異。小鎮(zhèn)在整體規(guī)劃設計時要考慮建筑的風格，首先要了解數據智能小鎮(zhèn)的原貌。利用無人機傾斜攝影技術對小鎮(zhèn)周邊地貌及建筑物進行實時、全面、快速的拍攝，快速生成高真實度、高精度、高精細度的三維模型數據，宏觀掌握小鎮(zhèn)周圍全要素的地形地貌特征。在此數據基礎上直接刪除需要拆除的建筑，添加規(guī)劃設計建筑的三維模型，真實反映小鎮(zhèn)規(guī)劃建筑與景觀現(xiàn)狀、平面位置、空間高度、立面色彩和空間形態(tài)，可進行多方案同屏比選，調節(jié)建筑的位置、高度、色彩等，直到確定最終設計方案，具有可視化、智能化、精準化等優(yōu)勢，輔助小鎮(zhèn)勘察設計、整體規(guī)劃布局工作。該技術大大減輕了設計人員的工作強度、提高了設計工作效率。

圖1 無人機傾斜攝影技術

隨著小鎮(zhèn)的建設發(fā)展，吸引資本產業(yè)和其他公共資源的高度密集，有限的地上空間將造成交通擁堵、建筑密集、環(huán)境惡化、土地資源緊張等問題，那么合理高效地開發(fā)利用地下空間，使得地上地下空間一體化開發(fā)，能夠提高空間使用效率，節(jié)約市政用地。地下空間規(guī)劃與設計是整個小鎮(zhèn)規(guī)劃設計中的一個重要的有機組成部分。由于地下空間具有開發(fā)上的不可逆性，開發(fā)建成后很難再恢復原狀或者進行大幅度的改建，因此要進行實地的踏勘和精準的規(guī)劃設計[1]。

地下空間的規(guī)劃設計前提是必須先要摸清地質情況和地下管線排布情況。西安城區(qū)地形平坦，坡度緩慢，高出渭河河床20m～40m，根據鉆孔數據庫顯示，0m～200m 地層（淺層地質）均為中砂層，砂層的工程地質特征對施工影響效果較大。另外，在不破壞地下管線覆土的情況下，利用金屬管線探測儀等先進設備，快速準確地探測出小鎮(zhèn)主干道地下埋設的金屬管道、光/電纜等的位置，走向，埋深等，幫助小鎮(zhèn)地下管線的有效管理，維護地下管線的正常運行。

圖2 小鎮(zhèn)地下空間現(xiàn)狀

經探測，小鎮(zhèn)管線錯綜復雜，權屬單位眾多，運維管理難，根據目前小鎮(zhèn)地下管線的實際情況，設計將電力、通信、燃氣、供熱、給排水等各種工程管線集于一體，實施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一建設和管理，不僅有效利用了道路下的空間，節(jié)約了城市用地，還極大方便了各種市政設施的維護和檢修。

不同地質因素對煤礦掘進的影響各異，煤礦掘進過程中支護措施是保證煤礦安全生產的根本策略。在操作過程中，須針對具體地質條件采用合適的支護措施，確保安全可靠掘進。在前期勘測設計時就應該避開斷層構造，并將其優(yōu)先布置在煤層傾角較小的采區(qū)，并根據地質中頂底板的具體巖性狀況選擇科學合理的支護方案，及時調整掘進方式，并做好瓦斯清除方面工作，避免由于對機械化采煤中對復雜地質條件處理不當，而影響正常采煤生產。

圖3 綜合管廊設計規(guī)劃

該小鎮(zhèn)位置優(yōu)勢明顯，吸引大量人流和匯聚各種資源，交通繁忙，地鐵將成為小鎮(zhèn)地下唯一的交通方式，地下商場也將是重要的生產經營活動場所。地鐵的線路平面位置和高程應根據城市現(xiàn)狀道路，地面建筑物、管線和其他構筑物、文物古跡保護要求、環(huán)境與景觀、地形與地貌、工程地質與水文地質條件、采用的結構類型與施工方法，以及運營要求等因素，經技術經濟綜合比較后確定。小鎮(zhèn)地質條件可以設計地鐵，根據交通路口和線路長短設計3 個停靠站，在車站和重要的大型商業(yè)綜合體可以設計地下商場。

采用全專業(yè)的BIM 技術，數據智能小鎮(zhèn)的建設施工成本在規(guī)劃設計階段是可以精準測算出來的。BIM 模型可直接提供水泥、鋼筋等物料的工程用量明細清單，估算建設成本費用；可以解決土建管線等結構的分布和機電分叉問題，進行節(jié)點定位、精細制圖從而優(yōu)化設計，提高設計水平，節(jié)約設計周期；利用動畫可對施工進度進行模擬，預測施工工期，從而預測施工人員成本。

圖4 地鐵規(guī)劃效果圖

5.施工建設階段

小鎮(zhèn)建筑施工階段，三維激光掃描技術可以快速掃描異形、不規(guī)則的基坑現(xiàn)場點云，精確地獲取施工場地狀況，測量基坑深度、孔徑深度、鋼筋直徑，并快速計算出基坑的開挖方量。另外在基坑挖方和強夯施工過程中對未填方、填方、強夯后，土方的體積與夯實度進行直觀的對比分析。

在眾多大型鋼結構建筑中有很多巨型桁架，不規(guī)則彎管，或者更加復雜的異形鋼構件，無法實現(xiàn)在工廠預拼裝檢查，利用三維激光掃描技術把一個個異形鋼構件分別進行掃描，可以獲得鋼構件的直徑、長度等，然后再利用BIM 技術進行預拼裝，預拼裝合格，再把鋼構件運到施工現(xiàn)場進行真正的焊接與吊裝。

傳統(tǒng)施工進度控制和管理方法的應用在現(xiàn)場施工、進度安排、人力物力等協(xié)調上均存在一定局限性，使工程整體經濟效益未能實現(xiàn)最大化。利用BIM 技術還可在施工現(xiàn)場進行物料質量管理、技術質量管理、安全管理、進度管理，信息可視化，并且能夠相互傳遞，提高工作的配合性。憑借BIM 技術可構建一個與施工所需器械、基本物料存儲信息相關的模塊，在施工過程中，憑借該模塊可實現(xiàn)網絡信息的傳遞，使質量管理者直接通過多媒體網絡即時了解施工所需器件、物料具體信息。施工建設中選用的技術應為保證工程整體施工質量符合設計要求和標準，BIM 軟件平臺可通過電子方式對施工技術使用流程進行模擬，并由專業(yè)技術人員建立具有標準化和規(guī)范化的工藝使用流程，且實施相應的計算，對技術實際應用流程及操作不斷進行優(yōu)化，同時指導施工人員按照相關的標準和步驟實施具體操作，保證技術使用的科學性。施工操作過程中實時動態(tài)安全檢查，利用三維空間對各個施工操作人員進行精準定位，對其作業(yè)進行實時監(jiān)控，安全管理者可通過可視化界面不斷對其安全操作方案進行優(yōu)化，提高安全隱患預測準確性，降低安全事故發(fā)生概率。BIM 技術應用保證項目各個施工階段的目標均能夠按照整體設計要求完成，從而提高項目整體施工效率，提高項目經濟效益。

特色小鎮(zhèn)在建設和發(fā)展進程中，為塑造小鎮(zhèn)新風貌，彰顯小鎮(zhèn)高品質，展現(xiàn)小鎮(zhèn)好形象，對特色小鎮(zhèn)街道兩側建筑立面進行整治改造。采用三維激光掃描儀對沿街建筑的立面外輪廓、立面長度、高度、層高、門窗洞口尺寸、突出附屬物（陽臺、挑檐、雨棚、屋頂構筑物等特征進行點云采集，對點云進行去噪、抽稀、擬合等預處理，依據點云繪制立面圖、剖面圖，表現(xiàn)沿街建筑立面現(xiàn)狀。根據現(xiàn)狀結合數據智能小鎮(zhèn)特色進行改造和修補，重新施工，整體協(xié)調，提升小鎮(zhèn)的整體形象和管理水平。

綜合管廊的建設施工需要建設單位、設計單位、施工單位、監(jiān)理單位等項目各方共同參與，項目工期長，因此，綜合管廊是邊設計、邊施工，分段施工，怎么協(xié)調施工過程中各施工班組、各施工過程、各項資源之間的相互關系，將關系到施工的順利進行。BIM 技術的優(yōu)勢在于其協(xié)同性，在同一個管理平臺中進行各方資源協(xié)調管理，同時對主要的施工過程或者施工關鍵部位、施工現(xiàn)場平面布置等施工重點進行模擬和分析，尤其對管線吊裝順序、路徑等進行模擬演示，找到阻礙吊裝的地方，還可預見施工過程中可能出現(xiàn)的安全隱患，從而制定應對方案，減少工程中的返工、窩工現(xiàn)象，進而縮短施工工期，減少施工成本。BIM 技術的應用不僅僅是技術手段的革新，更是管理模式的突變。

圖5 綜合管廊現(xiàn)場施工圖與借助BIM 技術模擬施工圖對比

6.竣工驗收階段

智能小鎮(zhèn)建設工程竣工后，利用三維掃描技術可以快速高效真實還原工程竣工現(xiàn)場，進行竣工驗證。施工單位以點云文件為基礎來修改竣工模型，在每個模型修改部分承包方需要明確每一個模型變更的點云依據，并有相應存檔文件。監(jiān)理單位可以直接拿施工單位的點云數據，抽樣考核驗收，與BIM數據進行對照驗證。

傳統(tǒng)工程竣工驗收工作由建設單位負責組織實施，在完成工程設計和合同約定的各項內容后，先由施工單位對工程質量進行檢查，確認工程質量符合有關法律、法規(guī)和工程建設強制性標準，符合設計文件及合同要求，然后提出竣工驗收報告。建設單位收到工程竣工驗收報告后，對符合竣工驗收要求的工程，組織設計、監(jiān)理等單位和其他有關方面的專家組成驗收組，制定驗收方案。在各項資料齊全并通過檢驗后，方可完成竣工驗收。

基于BIM 的竣工驗收與傳統(tǒng)的竣工驗收不同。基于BIM的工程管理注重工程信息的實時性，項目的各參與方均需根據施工現(xiàn)場的實際情況將工程信息實時錄入到BIM 模型中，并且信息錄入人員須對自己錄入的數據進行檢查并負責到底。在施工過程中，已經分部、分項將工程的質量驗收資料，工程洽商、設計變更文件等以數據的形式存儲并關聯(lián)到BIM 模型中，竣工驗收時信息的提供方只需根據交付規(guī)定對工程信息進行過濾篩選，篩除冗余信息，信息全面、完整、便捷，為未來長達幾十年的運維管理提供基礎數據資料。

7.運維管理階段

城市建設已經進入CIM 階段，數據智能小鎮(zhèn)作為以大數據應用和人工智能為方向的特色小鎮(zhèn)，集先進的GIS+BIM 技術，結合物聯(lián)網、人工智能、大數據、云計算等高端技術于一體，對小鎮(zhèn)的地上、地下進行全方位“監(jiān)管控”，真正成為管理者的“眼、腦、手”，管理更便捷、更高效、更透明，成為“小鎮(zhèn)大腦”，走在智慧的前端，用科技改變小鎮(zhèn)生活。

小鎮(zhèn)在長達幾十年的運維管理階段需要消耗大量資源，包括人、財、物等企業(yè)管理的各個方面。同時小鎮(zhèn)每天依舊在不斷地發(fā)生變化，采用高效快速低成本的傾斜攝影技術定時獲取小鎮(zhèn)全貌，對數據進行更新，保證運維的精準性，才能更好地提高服務水平。

使用BIM技術的建筑在運維階段對建筑管理的綜合信息、各種設施維護登記、設施設備的維修檔案、運行資料、樓宇管理信息、物業(yè)管理信息、環(huán)境信息和市政相關信息等其他全面具體的運維管理信息進行收集，同時可以加入攝像頭、消防等傳感器，結合物聯(lián)網、大數據、人工智能等技術準確定位設備位置，實現(xiàn)消防與安防的聯(lián)動，及時傳輸數據，分析各項信息的管理情況，并生成報表，輔助決策。

地下空間活動區(qū)域有限，內部結構復雜且變幻較快，GPS 信號微弱，采用傳統(tǒng)的站式三維激光掃描儀需要進行多次設站，增加了任務量，采集速度慢，且無法在綜合管廊和地鐵進行定位掃描。使用移動式三維激光掃描儀快速獲取地下空間點云，對地下空間室內環(huán)境進行重構。該儀器基于實時定位與制圖（SLAM）的移動測量技術，在數據采集過程中，可實時觀察采集點云的質量，并能指導現(xiàn)場采集工作，避免采集過程中出現(xiàn)遺漏、錯誤等情況，確保一次性完成數據采集，提高工作效率，保證運維數據的快速更新和精準性。

8.結語

智能小鎮(zhèn)的規(guī)劃設計、建設施工、竣工驗收、運維管理等各階段的時空大數據，為小鎮(zhèn)的智慧化建設提供最精準最基礎的數據支持。數據智能小鎮(zhèn)是聚集大數據行業(yè)應用、水平應用、職稱服務體系的高科技大數據文化產業(yè)的特色小鎮(zhèn)，應發(fā)揮大數據產業(yè)發(fā)展基金引領作用，在鞏固核心軸發(fā)展基礎上，加快整合周邊大數據產業(yè)鏈促進發(fā)展，最終打造透明小鎮(zhèn)、數字小鎮(zhèn)、美麗小鎮(zhèn)。