唐 崗

（廣西壯族自治區(qū)水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，530000，南寧）

廣西柳江防洪控制性工程洋溪水利樞紐是國家172節(jié)水供水重大水利工程，洋溪庫區(qū)含梅林大壩庫區(qū)，庫區(qū)范圍廣，涉及廣西和貴州兩省 （自治區(qū)）。在項目勘察設(shè)計各階段，綜合采用已有各項科學(xué)技術(shù)成果、專利，創(chuàng)新性地開展各項工作。其中，將勘察數(shù)據(jù)、建筑信息模型（BIM）數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)等各類信息數(shù)據(jù)整合在一個平臺上，形成洋溪水利樞紐地理信息管理平臺及“一張圖”，全面實現(xiàn)洋溪水利樞紐信息化管理。

一、平臺整體設(shè)計思路

根據(jù)工程整體設(shè)計需要，創(chuàng)新采用人工地面測繪地形、無人機空中傾斜攝影、無人船水下地形測量等新技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集，結(jié)合BIM三維設(shè)計對壩址地形建立高精度三維模型，建立大壩水工建筑物BIM模型(含左右壩肩、大壩廠房、溢流壩、航閘建筑物、機電設(shè)備、魚道建筑物等)，建立三維地質(zhì)BIM模型，建立移民安置點BIM三維模型，建立全庫區(qū)200 km2DEM三維模型，以及建立重要市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、施工區(qū)等重要位置傾斜實景三維模型、庫周公路復(fù)改建三維設(shè)計等。通過綜合分析、挖掘、融合各種數(shù)據(jù)源，建立BIM+GIS綜合地理信息管理平臺，對工程各階段按需要逐步擴展，形成信息一體化CIM管理平臺，為工程設(shè)計、樞紐工程建設(shè)、移民搬遷、庫區(qū)防護工程、水庫淹沒處理、環(huán)境現(xiàn)狀影響、施工進度管理、防洪調(diào)度、后期大壩監(jiān)測、工程管理運行維護等提供工程全生命周期信息化管理服務(wù)。

遵循創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展理念，緊密圍繞提升洋溪水利樞紐信息化管理水平和優(yōu)化洋溪梯級水資源配置目標要求，采用建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、決策支持系統(tǒng)（DSS）、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，以洋溪水利樞紐及監(jiān)控（監(jiān)測）站建設(shè)、通信系統(tǒng)優(yōu)化論證、應(yīng)用軟件功能開發(fā)作為設(shè)計工作重點，為今后實現(xiàn)洋溪水利樞紐信息化、智能化打下堅實基礎(chǔ)。利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建可靠的計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)支撐平臺，實現(xiàn)洋溪水利樞紐信息化管理和應(yīng)用。

二、平臺建設(shè)與管理

1.二三維可視化信息平臺

該平臺主要基于二三維一體化地理信息平臺，實現(xiàn)洋溪水利樞紐工程的設(shè)計（三維）、工程基本信息、工程施工進度、工程面貌（二維、三維）及各類關(guān)聯(lián)工程信息、區(qū)域經(jīng)濟社會信息等的可視化展示與綜合信息查詢服務(wù)。

二三維可視化信息平臺建設(shè)主要包含五部分：大范圍三維場景、工程BIM三維建模、360°實景、動態(tài)模擬仿真和BIM+GIS地理信息系統(tǒng)。

（1）大范圍三維場景

平臺實現(xiàn)了洋溪水利樞紐工程庫區(qū)、壩區(qū)及上下游部分區(qū)域的三維地形建模。基于三維場景，結(jié)合矢量數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、無人機正射影像圖、天地圖、無人機傾斜實景三維模型等，展現(xiàn)工程基本信息、工程施工進度及各類關(guān)聯(lián)工程信息、區(qū)域地形地貌和經(jīng)濟社會信息等。

（2）工程 BIM 建模

通過對洋溪水利樞紐工程的工程設(shè)計效果及重點工程部位的三維建模，并與大范圍三維場景融合，精細、直觀反映工程細節(jié)。依托BIM平臺的建設(shè)，建立面向工程建設(shè)過程與維護階段的BIM應(yīng)用實現(xiàn)模式。該模式整體分為三個層次，分別是平臺層、數(shù)據(jù)層與應(yīng)用層。

平臺層是BIM工程數(shù)據(jù)中心，其利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對工程勘測、設(shè)計數(shù)據(jù)、資料與成果信息集中統(tǒng)一存儲、管理與分發(fā)，并動態(tài)集成施工過程數(shù)據(jù)，通過標準的API服務(wù)對外提供數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)BIM模型輕量化處理與可視化顯示。

數(shù)據(jù)層為BIM平臺提供數(shù)據(jù)源，包括前期的勘測設(shè)計資料和BIM建模成果，如壩址高精度地面三維模型、大壩水工建筑物BIM模型、三維地質(zhì)BIM模型、移民安置點BIM三維模型、機電設(shè)備模型等，也包括施工過程的動態(tài)數(shù)據(jù)采集。為適用各階段不同的建模工具與手段，以及不同的技術(shù)標準要求，平臺支持采用標準的接口實現(xiàn)設(shè)計成果的集成，支持常用地質(zhì)建模軟件成果的導(dǎo)入，也支持其他專業(yè)的BIM三維建模資料與成果的讀取與集成。

應(yīng)用層為BIM專業(yè)應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐，實現(xiàn)對工程數(shù)字化施工中工程量計算、進度模擬、安全分析與評價、深化設(shè)計、VR動畫展示、專業(yè)應(yīng)用等提供全面的平臺與技術(shù)支持，實現(xiàn)與BIM平臺無縫對接，最終實現(xiàn)設(shè)計成果與施工管理的一體化，實現(xiàn)BIM對工程數(shù)字化施工建設(shè)的支撐。

（3）360°實景

拍攝洋溪水利樞紐工程施工現(xiàn)場360°實景圖像，結(jié)合三維場景、三維模型進行展示，便于用戶直觀了解工程施工進度，拍攝庫區(qū)移民村莊房屋室內(nèi)室外360°實景圖像，為補償搬遷留證。

（4）動態(tài)模擬仿真

將模型加工制作成動畫視頻并配以音效等，圖文聲像并茂，生動活潑，直觀清晰地展示整個工程面貌。結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)動態(tài)模擬仿真動畫功能。在三維場景基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)模型計算，將計算結(jié)果如庫區(qū)、儲水位、洪水位等疊加到模型上，實現(xiàn)某一過程的動態(tài)仿真顯示，為管理決策提供形象化參考。

（5）BIM+GIS地理信息系統(tǒng)

平臺軟件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本方案采用ArcGIS軟件作為綜合信息平臺，該平臺有著強大的數(shù)據(jù)處理分析功能、三維建模功能及數(shù)據(jù)庫管理功能，在該平臺上融合各專業(yè)BIM數(shù)據(jù)、勘察設(shè)計數(shù)據(jù)，形成了BIM+GIS一體化，把整個項目數(shù)據(jù)信息融合一起，形成項目信息“一張圖”。

在ArcGIS中建立統(tǒng)一坐標系，創(chuàng)建圖層及數(shù)據(jù)庫文件，把壩址高精度地面DEM模型、地質(zhì)地下三維模型、大壩建筑物BIM模型設(shè)計、機電設(shè)備BIM三維模型、移民安置點三維模型和市縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、施工區(qū)等重要位置傾斜實景三維模型的各專業(yè)BIM三維設(shè)計成果，導(dǎo)出轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫中。通過對各類數(shù)據(jù)進行處理、融合、疊加分析顯示，結(jié)合“天地圖”影像數(shù)據(jù)作為大場景底圖，高精度正射影像及實景三維模型作為局部場景，根據(jù)工程項目管理需求定制管理、查詢、分析功能，搭建BIM+GIS綜合地理信息管理平臺，形成工程項目“一張圖”，實現(xiàn)項目全信息化設(shè)計與管理。通過“一張圖”，實現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)的融合并進行各種分析、疊加，對完成工程勘察設(shè)計、項目施工、庫區(qū)移民安置、道路復(fù)改建等發(fā)揮了巨大作用，為后期項目管理與維護打下了堅實基礎(chǔ)。

2.計算基礎(chǔ)平臺

（1）基礎(chǔ)平臺搭建方案

根據(jù)樞紐信息化建設(shè)以及未來一個時期發(fā)展需要，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和計算資源池采用4臺四路高性能服務(wù)器部署物理集群進行構(gòu)建，形成信息化發(fā)展的軟硬件基礎(chǔ)資源。

通過存儲層面的雙活實現(xiàn)兩陣列間的互備保護。兩臺存儲設(shè)備上的LUN被虛擬化為一個虛擬的卷，主機寫操作通過卷虛擬化鏡像技術(shù)同時寫入兩個存儲設(shè)備，保持數(shù)據(jù)實時一致。

（2）主要軟硬件設(shè)備配置

云計算基礎(chǔ)平臺配置2臺虛擬化服務(wù)器、2臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1套集中式存儲系統(tǒng)、1臺光纖交換機，同時配置1套虛擬化軟件和分布式存儲管理軟件。

3.異地災(zāi)備

根據(jù)系統(tǒng)的實際應(yīng)用需要，建立一個異地數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將本地關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)復(fù)制備份于災(zāi)備中心，在此基礎(chǔ)上，建立一套與本地生產(chǎn)系統(tǒng)相當?shù)膫浞莪h(huán)境，部署業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，當本地生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難時，由災(zāi)備中心提供完全可用的應(yīng)用生產(chǎn)環(huán)境。

4.運行管理

運行管理組織機構(gòu)：強化信息系統(tǒng)的監(jiān)測、維護、更新；明確有關(guān)人員在數(shù)據(jù)收集和處理過程中的職責(zé)；合理組織工作流程和信息流程；建立統(tǒng)一的工程信息編碼體系。

運行管理方式：管理信息系統(tǒng)投入運行后，為確保系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行，保障各子模塊在整個信息系統(tǒng)平臺上的正常運行，必須加強整個工程信息系統(tǒng)的規(guī)范化運行管理，并設(shè)專業(yè)維護人員進行運行維護管理，負責(zé)設(shè)施的日常維護、更新，遭遇特殊情況后采取應(yīng)急措施等。

三、技術(shù)創(chuàng)新成果

①采用低空無人機攝影測量新技術(shù)對工程庫區(qū)進行地形圖測繪，結(jié)合使用PDA外業(yè)平板人工調(diào)繪方式進行數(shù)字化立體采集成圖，極大地提高了工作效率。

②采用自主研發(fā)無人測量船進行數(shù)據(jù)采集。無人測量船可安全、快速地進行水下地形測量，解決了復(fù)雜水域載人船難以進入而無法測量的問題。

③采用工程地質(zhì)外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集。在外業(yè)測繪時可直接從操作界面上點選相應(yīng)的地質(zhì)描述術(shù)語，配合高精度GPS模塊工業(yè)級平板（支持多星定位技術(shù)和RTK差分技術(shù)），實現(xiàn)最高達厘米級定位精度，使得外業(yè)采集工作變得更高效、更簡單、更標準化、無紙化。此外通過移動端、PC終端快速與服務(wù)器雙向交換數(shù)據(jù)，與內(nèi)業(yè)地質(zhì)三維建模系統(tǒng)互相結(jié)合使用，實現(xiàn)內(nèi)業(yè)外一體化，實現(xiàn)地質(zhì)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、成圖、制表智能化、快速化、協(xié)同化、自動化。

④實現(xiàn)壩區(qū)高精度地形采集及三維建模。在進行測量時，使用自主研發(fā)的實用新型專利 《工程測量水準儀支撐裝置》《一種工程測量用便攜測距裝置》《一種水利水電測繪工具裝置》，使用這些專利技術(shù)后，工程測量水準儀能夠平穩(wěn)升降，可靠性高。在測繪完成或轉(zhuǎn)移地點時，水利水電測繪工具裝置可以使作業(yè)人員快速省力地移動測繪裝置和支撐板，節(jié)省空間，方便攜帶，進而達到保護和便于移動的效果，提高了工作效率。

⑤各專業(yè)采用BIM技術(shù)開展三維協(xié)同設(shè)計。規(guī)劃、測繪、地質(zhì)、水工、施工、機電、建筑、暖通、給排水等專業(yè)的BIM三維設(shè)計資料集中于同一平臺下，三維設(shè)計項目組內(nèi)各成員、各專業(yè)間協(xié)同設(shè)計,信息更新及時快速。設(shè)計過程中由三維設(shè)計管理員統(tǒng)一管理協(xié)調(diào)，定期進行項目組成員和專業(yè)間溝通、配合，顯著提高了工作效率。三維協(xié)同設(shè)計還可發(fā)現(xiàn)二維設(shè)計中難以發(fā)現(xiàn)的問題，解決了設(shè)計中的難題，并豐富了產(chǎn)品，三維成果形象、立體，實現(xiàn)“所見即所得”,也為知識密集型產(chǎn)品進入程序化、標準化生產(chǎn)打下堅實基礎(chǔ)。

⑥實現(xiàn)BIM+GIS數(shù)據(jù)融合分析，搭建工程地理信息管理平臺。通過對勘察數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)高度整合、疊加、分析、融合，結(jié)合國家“天地圖”影像數(shù)據(jù)作為大場景底圖，深度挖掘潛在價值，實現(xiàn)功能定制、優(yōu)化，形成工程項目“一張圖”，有利于工程建設(shè)質(zhì)量、進度、投資控制和經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益。