BIM+GIS技術在城市道路建設中的應用分析

彭小濤

（上海市政工程設計研究總院集團新疆有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

在實際工作中，城市道路建設管理過程中存在一定制約因素，主要表現為道路項目建設涉及因素較多、信息傳遞流程較為繁雜、影響決策指令發布效率、管理體系信息化程度較低及影響運維管理效率。這些制約因素嚴重影響“智慧交通”發展。通過利用BIM技術及GIS 技術可以有效對城市道路建設進行數字化、信息化、可視化管理，因此，BIM+GIS 技術分析具有重要意義。

1 工程概況

本文選取某城市道路建設項目作為案例，利用BIM 技術構建相應三維地形曲面模型、橋梁模型等專業模型，并在此基礎上融合GIS 技術，構建相對應城市道路建設管理系統，以B/S 結構為基礎開發管理系統，通過建立基于BIM 模型的多維數據可實現對項目建設進行信息化管理。

2 構建BIM模型

2.1 構建三維地形曲面模型

技術人員利用Givil3D 軟件構建三維地形曲面模型，該曲面是道路建模的基礎環節，技術人員可以通過該模型對道路建設涉及的土石方量等進行計算[1]。由于改模型精細度對后續管理工作質量具有直接影響，因此，技術人員應采用激光點云文件作為改模型構建的原始文件，最大限度地提升模型精細度，通過利用激光點云文件創建曲面視圖。

2.2 構建道路模型

道路模型構建主要由Givil3D 軟件完成，技術人員主要工作流程為：道路平面設計、縱斷面設計、編輯超高、創建文件裝配數據、生成模型[2]。技術人員在構建本工程道路模型時應注意，在面對地形曲面起伏較大、主干道與支干道銜接等情況時，應對相應部分進行細化處理，切實提升模型有效性。在融入輸入工程路段實際數據后構建道路模型如圖1 所示。

圖1 道路模型圖

2.3 構建橋梁模型

技術人員在對本項目建設過程中涉及的橋梁模型構建工作主要利用專業的Revit 軟件完成，利用軟件中的Dynamo 模塊以及Pvthon 模塊進行模型構建并實現模型參數化，方便技術人員隨時對相關數據進行修改，有效避免重復建模問題，極大地提升工作效率[3]。2.3.1 常規橋梁結構拆分。本項目中，常規道路模型構建工作要求相關技術人員首先對本工作階段差異性進行計算，并在此基礎上對常規橋梁模型精細度進行確定，進而實現對常規橋梁各構件進行精細化拆分,整體流程如圖2 所示。

圖2 常規橋梁構建拆分流程

2.3.2 橋梁族構建。在建族環節，技術人員應首先選擇符合實際要求的樣板，隨后進行實體形狀構建。在Revit 軟件中，空心形狀及實心形狀分別用于實體模型創建及異型結構布爾運算，因此，這兩項命令是軟件中最為重要的兩項命令[4]。實心模型與空心模型具具備多種建模方式，技術人員只需選擇相應命令即可快速創建相應模型。橋梁結構變化可以通過標注參數化的尺寸實現驅動其變化的目的，快速便捷地解決橋梁構件斜交角、橋梁縱坡等建模難題。2.3.3 橋梁結構拼裝。技術人員實際開展橋梁結構拼接工作時應充分認識到公路項目建設主要集中在狹長場地，因此在建模過程中應采用大地坐標構建曲線線型，根據施工進度調整坐標與高程，同時本工作需要技術人員結合GIS 技術進行，對橋梁模型構建位置主要通過坐標信息控制。考慮到模型構建過程中需要對縱、橫坡結構線型變化進行控制，因此需要利用Dynamo 模塊進行，控制相關參數，滿足按照空間曲線要求對橋梁模型進行拼接的工作。由于僅采用Dynamo 模塊構建模型過程較為繁瑣，可能出現人為失誤，因此，需要技術人員結合Dynamo 模塊與Pvthon 模塊公共實現對橋梁模型的拼裝工作。通過運行專業技術軟件，技術人員構建出如圖3 所示橋梁模型。

圖3 橋梁拼裝完成圖

3 基于BIM技術的公路建設管理平臺構建

本項目應用BIM+GIS 技術構建以B/S 架構、GIS 平臺為基礎，以BIM 技術為核心的城市道路建設管理平臺。

3.1 構建模型管理模塊

技術人員在開發此模塊時設計可以利用管理系統WBS 目錄結構列表、搜索引擎等渠道快速打開此模塊，并獲取所需數據信息。該模塊主要功能設計主要包括以下幾種：第一，按照施工進度對模型進行劃分，以構建模型所需的最小構建為單位，通過對其進行精確分類與管理實現精細化管理工作要求；第二，模型與系統WBS 結構列表相對應，用戶可以快速尋找所需信息；第三，系統搜索功能支持按樁號搜索相應模型。

3.2 構建施工過程管理模塊

在本系統中，施工過程管理主要包括施工現場監控、路面攤鋪管理等功能，通過對信息化管理系統可以有效提升監管效率。3.2.1 在道路建設工程壓路工序中作業過程中，本系統將通過通訊模塊與智能壓路機進行對接，實施收集路基壓實作業全過程數據，并根據搭載與智能壓實設備中的數據上傳模塊將其傳輸至系統中，隨后利用系統的數據處理功能計算單次路基壓實厚度是否滿足規定厚度要求，有效解決人工作業過程中填筑厚度超出規定范圍的問題[5]。3.2.2 在道路工程路面攤鋪工序作業過程中，本系統將對智能攤鋪機進行連接，通過互聯網渠道實時采集設備運行情況，接收智能設備中GNSS 基站發送的差分信號以及設備激光發射器送出的高程信息，隨后利用現代計算機技術對相關數據進行分析、處理，最大程度地實現GNSS 平面厘米級于高程毫米級定位，最大限度地提升路面攤鋪工序平整度，實現無樁化、數字化施工，切實提升本項目施工質量。3.2.3 在道路建設工程樁基鉆孔工序中，本管理系統在可以與智能鉆孔樁設備進行對接，利用現代計算機技術強大的數據處理能力與控制能力實現“厘米級精度”，同時智能設備在實際運行過程中還會對樁基鉆孔作業過程進行實時監測及數據采集，將作業過程中涉及的基樁坐標、垂直偏差、鉆進深度等數據上傳至系統中進行綜合處理，自動監控鉆孔作業情況，一旦出現數據超標情況，系統會自動報警，協助施工人員完成對作業流程的修正，切實解決傳統施工過程中產生的鉆孔樁偏移、傾斜等問題，提升道路工程施工質量。3.2.4 在混凝土等建材拌和工序，系統在運行過程中會與智能拌合站主控電腦進行連接，通過系統信息處理能力對配合比、伴和溫度、時間等情況進行實時控制，確保其滿足工程建設實際需求。通過工程實例對本系統性能進行測試，從實際應用情況分析，本系統在實際運行過程中對動態施工進度、動態試驗檢測數據進行實時采集，有效實現對道路工程施工進度進行直觀性表達，同時將施工過程中產生的異常情況及時傳輸給建設單位與業主方，實現了對工程進度進行掌控[6]。

3.3 構建資料管理模塊

基于BIM 技術的多維信息數據庫是資料管理模塊核心技術，該模塊主要為模型數據，Mysql 關系型數據庫是資料管理模塊的基礎組成，該數據庫將BIM 數據模型的構成數據進行表格化并存入數據庫中，進行形成模型數據庫。此外，本數據庫在實際運行過程中還會儲存文件、多媒體等多種數據文件。這數據文件均以BIM技術作為核心，將BIM 模型庫與實際工作過程中涉及的其它數據庫進行關聯，并在此基礎上，利用檢索技術實現一次檢索所有相關數據庫的目的。同時，為確保數據安全性，本系統還采用冗余備份模式作為基本保障。

3.4 協調性評價

協調性評價包含的內容較多，因此將其定義為Ci，比如C1表示的是道路建設用地協調性，其中又包括多項指標，因此可以用Cij表示。如若協調性共計有n 個方面，那么其中的i 個方面共計有mi個指標，項目中所涉及到的協調性指標數量計算公式為：

在針對施工建設的協調性評價中，首先需對項目建設方案的道路信息以及地理信息進行收集，其次建立BIM 模型和GIS 模型，提取數據信息后錄入到BIM-GIS 系統中，最后在平臺中獲取道路信息和地理信息。利用計算機處理后獲取指標Cij，最后將Cij與要求指標Rij對比，對比判斷公式為：

本工程在帶入上述公式對比后發現具有協調性。

4 結論

本文以某市道路建設工程為依托，建立了一套完善的基于BIM+GIS 技術的信息化管理系統，方便技術人員隨時進行修改與設計。同時開發出一套基于BIM 技術的信息化管理系統，通過利用可視化模型對道路間建設工程產生的數據進行檢索、處理、儲存，切實提升城市道路工程建設管理質量，這種情況也表現出BIM+GIS 技術具有良好的發展前景，對優化當前工程管理水平方面具有重要現實意義。