BIM+GIS技術在公路工程建設智慧管理平臺中的應用

王旭軍

（甘肅昶達勘察設計有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

為了解決傳統(tǒng)公路工程建設管理方式中的信息不對稱、管理效率低下等問題，提高公路工程建設管理的質量和效率，近年來，相關領域嘗試將BIM 和GIS 技術應用于公路工程建設管理中。BIM 技術（Building Information Modeling）是一種基于三維數(shù)字模型的工程設計和管理技術。BIM 技術可以將工程項目的設計、施工、運營等各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成到一個數(shù)字模型中，實現(xiàn)信息共享和協(xié)同。GIS 技術（Geographic Information System）是一種基于地理空間信息管理和分析的技術，可以對地理信息進行采集、處理、分析和展示，幫助用戶更好地理解和管理地理信息。將BIM 和GIS技術相結合，可以全面、準確、及時地管理和控制公路工程建設信息，提高公路工程建設質量和效率。

1 BIM 和GIS 的基本概念和特點

1.1 BIM 的基本概念和特點

BIM 是一種基于三維建模的數(shù)字化建筑信息管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對建筑設計和施工過程中的各種信息和數(shù)據(jù)的數(shù)字化、可視化和智能化管理。BIM 技術可以實現(xiàn)建筑模型的全生命周期管理，包括建筑設計、施工管理、運營維護等各個環(huán)節(jié)。

1.1.1 多維信息共享

在建筑設計和施工過程中，應用BIM 技術可以實現(xiàn)對各種信息和數(shù)據(jù)的數(shù)字化、可視化和智能化管理，包括建筑模型、設計圖紙、施工進度、工程成本、材料清單、質量檢測、安全監(jiān)控等[1]。這些數(shù)據(jù)可以在BIM 平臺上進行多維度集成和交流，使不同參與方之間能夠更好地共享信息、溝通協(xié)作，從而提高建筑設計和施工的效率和質量。在施工過程中，BIM 平臺可以實時監(jiān)控施工進度、質量和安全等信息，幫助管理人員及時調(diào)整施工計劃、監(jiān)控施工質量和安全風險。此外，BIM 技術還可以與其他信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互共享。

1.1.2 全壽命周期管理

全壽命周期管理是BIM 和GIS 技術結合的核心理念之一。BIM 和GIS 技術都具有數(shù)據(jù)集成、空間分析和可視化展示的特點，因此可以在建筑物或工程項目的全壽命周期內(nèi)實現(xiàn)業(yè)主、設計、施工等多個單位之間協(xié)作。BIM 技術可以將建筑物或工程項目的所有信息整合到三維模型中，包括設計圖紙、構件信息、物料信息等。GIS 技術可以將建筑物或工程項目的地理信息與BIM 技術的三維模型相結合，幫助業(yè)主和設計單位進行規(guī)劃和分析。全壽命周期管理需要業(yè)主、設計、施工等多個單位協(xié)作，應用BIM 和GIS 技術可以在建設工程項目的全壽命周期內(nèi)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、協(xié)同設計和施工管理，幫助各個單位協(xié)調(diào)好各自的工作，確保工程項目的質量、安全和可持續(xù)性發(fā)展。

1.1.3 協(xié)同設計

BIM 技術可以實現(xiàn)多個設計團隊協(xié)同設計，提高設計的效率和質量。在BIM 平臺上，設計人員可以將各自的設計數(shù)據(jù)和信息進行數(shù)字化和整合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交流。BIM 平臺還可以提供協(xié)同設計的功能和工具，如共享模型、在線會議、版本管理等，設計人員可以實現(xiàn)實時協(xié)作、互相協(xié)調(diào)和優(yōu)化設計方案。

1.1.4 可視化展示

BIM 技術不僅可以將建筑模型以三維形式呈現(xiàn)，還可以將其他數(shù)據(jù)與建筑模型相結合，實現(xiàn)更全面的分析和可視化展示。Revit、Navisworks、3DMax、BIMFIM、Unity3D 等多種軟件相結合，可以實現(xiàn)更全面、交互性更強的可視化展示。

3DMax 是一款專業(yè)的三維建模和動畫軟件，可以將BIM 模型導入并進行高質量的渲染動畫制作。使用3DMax 可以創(chuàng)建逼真的建筑場景和效果動畫，以生動的方式展示施工模擬。

Navisworks 是一款協(xié)同和可視化軟件，可用于建筑、工程和施工項目協(xié)調(diào)和可視化，可以集成來自不同軟件的建模文件，并進行模型協(xié)調(diào)和碰撞檢測。將BIM 模型導入Navisworks，實現(xiàn)模型之間的協(xié)調(diào)和碰撞檢測，并生成可視化的碰撞檢測報告。Navisworks還可以創(chuàng)建4D 和5D 模擬，將時間和成本信息與建筑模型相結合，進行可視化展示。

Unity3D 是一款跨平臺的游戲引擎，也可用于建筑可視化展示，支持BIM 模型導入，并提供強大的渲染和交互性能。Unity3D 可以創(chuàng)建交互式的虛擬現(xiàn)實（VR）或增強現(xiàn)實（AR）應用程序，用戶能夠以沉浸式的方式探索和交互設計，可以將BIM 模型與高質量的渲染、動畫、實時渲染和交互性相結合，實現(xiàn)全面、直觀和交互式可視化展示，幫助項目團隊和利益相關者更好地理解和參與項目。

1.2 GIS 的基本概念和特點

GIS 是一種基于空間數(shù)據(jù)的地理信息管理系統(tǒng)，可以對地理信息進行數(shù)字化、可視化和空間分析。GIS 可以實現(xiàn)地理信息采集、存儲、處理和分析，包括地形圖繪制、空間分析、地理數(shù)據(jù)查詢等。

1.2.1 空間數(shù)據(jù)管理

GIS 可以將不同來源的地理數(shù)據(jù)進行整合、存儲、管理和分析，實現(xiàn)對地理數(shù)據(jù)的一站式管理，用戶可以通過空間數(shù)據(jù)查詢和可視化，深入了解地理空間的特性和相關信息。GIS 平臺可提供豐富的空間數(shù)據(jù)管理功能，如地形圖疊加、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)編輯等，可以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的有效管理和應用[2]。

1.2.2 空間關系分析

GIS 可以進行空間數(shù)據(jù)的關系分析，GIS 平臺可提供各種空間分析工具，如緩沖區(qū)分析、空間疊加、空間查詢等，可以實現(xiàn)對空間關系的分析和描述。在公路工程建設中，可以使用GIS 技術進行路線規(guī)劃和優(yōu)化，通過分析公路與河流、山脈等空間關系，確定最優(yōu)的路線方案。

1.2.3 多源數(shù)據(jù)融合

GIS 平臺能夠提供數(shù)據(jù)處理和轉換工具，對不同來源的地理數(shù)據(jù)進行融合和整合，使數(shù)據(jù)的準確性和可信度得到提高。在實施過程中，可以將來自衛(wèi)星、地面調(diào)查、遙感等多數(shù)據(jù)源的地理信息進行整合和分析，實現(xiàn)在設計和施工過程中多角度觀測和分析，提高數(shù)據(jù)的精度。

2 BIM+GIS 技術在公路工程建設管理中應用的意義

2.1 提高規(guī)劃設計效率和質量

應用BIM+GIS 技術可以實現(xiàn)公路規(guī)劃設計的數(shù)字化、可視化和智能化管理，通過對不同維度數(shù)據(jù)的綜合分析，可以為規(guī)劃設計過程中的決策提供支持和參考，減少規(guī)劃設計的錯誤和不足，提高規(guī)劃設計的效率和質量，還可以實現(xiàn)規(guī)劃設計方案的可視化展示，幫助業(yè)主和決策者更好地理解和評估方案。

2.2 優(yōu)化施工過程

應用BIM+GIS 技術可以實現(xiàn)公路施工過程的數(shù)字化、可視化和智能化管理，通過對施工進度、質量、安全等方面的監(jiān)控和分析，實現(xiàn)施工過程優(yōu)化，還可以提供施工過程中的決策支持和風險預警，及時發(fā)現(xiàn)和解決施工中的問題，減少施工期間的資源浪費和安全事故，提高施工管理的效率和質量。

2.3 提高運營維護效率和質量

應用BIM+GIS 技術可以實現(xiàn)公路運營維護的數(shù)字化、可視化和智能化管理，通過對公路運營維護過程的監(jiān)控和分析，實現(xiàn)運營維護的精細化管理和優(yōu)化，還可以在運營維護過程中提供決策支持和問題解決方案，減少運營維護的成本，提高運營維護的效率和質量。

2.4 促進信息共享和協(xié)同管理

應用BIM+GIS 技術可以實現(xiàn)不同團隊和部門之間信息共享和協(xié)同管理，從而促進溝通和合作，提高整體效益。傳統(tǒng)的工程管理存在信息孤島和數(shù)據(jù)共享困難等問題，造成不同部門間的信息不對稱和重復勞動，導致施工效率低下和項目成本增加。應用BIM+GIS 技術，不僅可以實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)共享和整合，還可以實現(xiàn)多個團隊之間協(xié)同設計和施工管理，減少重復工作和信息不對稱的問題，提高工程建設的整體效益。

2.5 支撐智慧工地建設

在智慧工地建設中，BIM+GIS 技術在高速公路復雜互通立交工程中的應用可以為智慧城市建設提供數(shù)據(jù)基礎和技術支撐。應用BIM 技術可以在建筑設計階段實現(xiàn)對工程的全面模擬和分析，包括設計、施工、運維等各個階段。在設計階段，發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，減少建筑施工現(xiàn)場變更和調(diào)整，提高施工效率，降低施工成本。應用GIS 技術可以全面了解施工現(xiàn)場周邊環(huán)境，包括地形、地質、水文等信息，能更好地進行施工現(xiàn)場規(guī)劃和安排，以及安全評估和風險分析。應用BIM+GIS 技術還可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的實時監(jiān)控和管理。通過傳感器、視頻監(jiān)控等設備采集施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并通過BIM+GIS 技術進行數(shù)據(jù)整合分析，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的全面監(jiān)控和管理，包括施工人員的工作情況、設備的使用情況、安全狀況等，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施，確保施工過程的安全和質量。

2.6 地質災害模擬

在公路工程建設中，地質災害是一個比較常見的問題，包括山體滑坡、崩塌、泥石流等。應用BIM+GIS技術可以進行地質災害模擬，對公路工程建設的影響進行評估和預測，從而采取相應的措施來降低地質災害對公路工程建設的影響。應用BIM 技術可以將公路工程建設的三維模型與GIS 技術中的地理信息相結合，形成一個具有地理信息的三維模型。通過對地質災害發(fā)生的可能性和影響的評估，在模型中添加相應的地質災害參數(shù)，進行災害模擬。通過模擬的結果，可以得出地質災害可能的范圍和影響，為公路工程建設的設計和施工提供參考。在地質災害模擬的過程中，結合BIM 技術中的施工進度模擬功能，模擬不同施工階段的地質災害情況，從而制訂相應的應急預案，降低地質災害對公路工程建設的影響。BIM+GIS技術還可以結合傳感器技術，實現(xiàn)對地質災害的實時監(jiān)測和預警。通過傳感器采集的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析和建模，預測地質災害的可能性和影響，及時采取相應的措施，保障施工建設的安全。

3 BIM+GIS 技術在公路工程建設中的應用

3.1 建立公路BIM+GIS 數(shù)據(jù)平臺

建立公路BIM+GIS 數(shù)據(jù)平臺是實現(xiàn)BIM+GIS 技術在公路工程建設中應用的重要措施。該數(shù)據(jù)平臺可以將公路工程建設過程中的各種數(shù)據(jù)，如設計、施工、監(jiān)測、維護等整合到一個平臺上進行管理和分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化、可視化和智能化管理[3]。可以有效地解決公路工程建設中信息孤島的問題，促進各個部門和團隊之間信息共享和協(xié)同管理。為此，需要建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和分類體系，對不同類型的數(shù)據(jù)進行分類和管理。將設計數(shù)據(jù)分為道路、橋梁、隧道設計等，將施工數(shù)據(jù)分為道路、橋梁、隧道等。選擇合適的BIM+GIS 軟件和工具進行數(shù)據(jù)建模、處理和分析。使用Revit 等BIM 軟件進行建模，使用ArcGIS、QGIS 等GIS 軟件進行空間數(shù)據(jù)分析和可視化展示。建立數(shù)據(jù)共享和權限管理機制，確保各個部門和團隊能夠及時獲得所需數(shù)據(jù)，并且保障數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。制訂相應的數(shù)據(jù)管理和維護規(guī)范，包括數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)質量控制等，保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

3.2 開展BIM+GIS 技術培訓和推廣

為了在公路工程建設中更好地推廣和應用BIM+GIS 技術，需要進行相關技術培訓和推廣工作。應該對公路工程建設的相關人員進行BIM+GIS 技術的基礎知識培訓，包括基本原理、應用場景、工具使用等方面。對具有一定BIM+GIS 技術基礎的人員進行專業(yè)培訓，提高其在公路工程建設中的應用能力。還可以通過開展BIM+GIS 技術交流會、研討會、實戰(zhàn)演練等形式，促進各方人員之間交流和學習，推動BIM+GIS技術在公路工程建設中的廣泛應用，將有助于提高建設人員的技術水平和專業(yè)能力，提高公路工程建設的效率和質量。

3.3 建立信息共享和協(xié)同管理機制

為實現(xiàn)信息共享和協(xié)同管理，需要建立適當?shù)臋C制和流程。常見的做法是采用云平臺，將公路BIM+GIS 數(shù)據(jù)平臺與云平臺相連接，實現(xiàn)不同團隊和部門之間數(shù)據(jù)共享和協(xié)同管理。可以建立適當?shù)臋嘞薰芾頇C制，確保敏感數(shù)據(jù)的安全性和保密性。還需要建立信息交流和溝通的渠道，促進各方之間合作和協(xié)調(diào)。開展定期的協(xié)調(diào)會議、交流會議和培訓課程，加強溝通和交流，提高協(xié)同管理的效率和質量。

3.4 加強安全管理

BIM+GIS 技術的數(shù)字化、可視化和智能化管理可以實現(xiàn)對公路工程建設過程的全方位監(jiān)控和管理，從而及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并采取相應的措施。在施工過程中應用BIM+GIS 技術，可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的數(shù)字化和可視化監(jiān)控，將施工現(xiàn)場的實際情況與設計方案進行對比，及時發(fā)現(xiàn)設計方案和施工實際存在的差異，減少設計變更和施工誤差。應用BIM+GIS 技術還可以實現(xiàn)對施工人員的管理，如考勤、培訓、安全教育等，提高施工人員的安全意識和素質。

4 結語

基于BIM+GIS 技術的公路工程建設智慧管理平臺，能夠提高公路工程建設管理水平，提升施工效率和質量，促進公路工程建設與城市的協(xié)同發(fā)展。落實建立BIM+GIS 數(shù)據(jù)平臺、開展技術培訓和推廣、推動標準化和規(guī)范化建設、建立信息共享和協(xié)同管理機制、加強安全管理等措施，可為公路工程建設注入新動力，推動公路工程建設向數(shù)字化、可持續(xù)、智能化方向發(fā)展。