BIM+GIS在高速公路智慧建造中的關(guān)鍵技術(shù)分析

童羨遙

摘 要：隨著現(xiàn)代化技術(shù)以及信息化手段的飛速發(fā)展，社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入到了全新的發(fā)展進(jìn)程中，這也對BIM技術(shù)以及GIS技術(shù)的發(fā)展起到了良好的促進(jìn)作用。特別是在高速公路的施工建造過程中，BIM技術(shù)與GIS技術(shù)更是起到了至關(guān)重要的作用。先對BIM+GIS技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)與優(yōu)勢加以明確，再對BIM+GIS技術(shù)的主要應(yīng)用功能展開深入分析，在此基礎(chǔ)上，提出BIM+GIS技術(shù)在高速公路智慧建造中的應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);GIS技術(shù);高速公路智慧建造;應(yīng)用措施

中圖分類號(hào)：U415文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-6903（2022）08-0114-03

0引言

BIM技術(shù)作為一種工程數(shù)字化的工具，能夠?yàn)榻鉀Q工程信息化問題提供出全新的工程建筑信息體系，在BIM模型當(dāng)中涉及到的各類屬性信息，能夠精確到構(gòu)件級(jí)別，其具備著信息全面性以及協(xié)同性較為優(yōu)異等多種優(yōu)點(diǎn)。而在高速公路智慧建造的過程中，由于高速公路項(xiàng)目的規(guī)模比較大、路線比較長，BIM技術(shù)的應(yīng)用缺點(diǎn)也進(jìn)一步凸顯出來，比如可視化處理時(shí)間比較長以及模型數(shù)據(jù)信息量較高等。而在近年來的發(fā)展進(jìn)程中，GIS技術(shù)的研究應(yīng)用已經(jīng)逐步成熟，通過GIS技術(shù)能對大量的地形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高效處理，從而穩(wěn)步提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算效率，保證其能夠處在一種流暢運(yùn)行的狀態(tài)中，在宏觀模型的展示方面也有著十分顯著的優(yōu)勢，但精細(xì)化以及微觀方面存在的劣勢，仍舊屬于影響其應(yīng)用效率的主要內(nèi)容。因此，這就需要將BIM技術(shù)與GIS技術(shù)有效結(jié)合在一起，從而為高速公路工程項(xiàng)目的開展提供出更加全面的數(shù)據(jù)信息。

1BIM+GIS技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)與優(yōu)勢

在BIM技術(shù)中，其主要蘊(yùn)含著兩方面內(nèi)容，分別為建筑信息建模以及建筑信息模型，其中一層強(qiáng)調(diào)的為過程，另一層強(qiáng)調(diào)的是結(jié)果，而在CAD技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，BIM技術(shù)已經(jīng)成為了目前應(yīng)用較為廣泛的建筑信息模型創(chuàng)建技術(shù)。同時(shí)，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，也能夠進(jìn)一步促進(jìn)高速公路向著智慧高速公路建設(shè)的方向轉(zhuǎn)變，在其中更好地融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將其進(jìn)一步表達(dá)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，并對建造以及運(yùn)營階段展開高效管理。而GIS技術(shù)則是傳統(tǒng)地圖學(xué)與現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合過后所形成的一種特殊空間信息系統(tǒng)，通過對于空間對象的地理位置以及相關(guān)屬性信息進(jìn)行收集后，對其展開全面的運(yùn)算分析，保證現(xiàn)實(shí)空間對象能夠有效轉(zhuǎn)變?yōu)閳D形顯示模式，更加直觀地為項(xiàng)目管理決策提供出數(shù)據(jù)信息支持。

目前，高速公路信息化飛速發(fā)展，如果仍舊采用單一化的技術(shù)手段，則很難滿足現(xiàn)代化公路建設(shè)的基本需求，這也使得技術(shù)的協(xié)同性成為了其中的關(guān)鍵因素，通過BIM技術(shù)與GIS技術(shù)之間的有效結(jié)合，就可以進(jìn)一步滿足這方面需求。其中的無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)不僅可以穩(wěn)步提高BIM技術(shù)的整體建模速度，還可以快速生成項(xiàng)目的三維地形曲面，保證BIM技術(shù)可以更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)景建模，能夠?yàn)锽IM技術(shù)的靜態(tài)以及GIS技術(shù)的動(dòng)態(tài)多維技術(shù)特性有效結(jié)合提供全新的技術(shù)支撐。

而在進(jìn)行深入研究后可以看出，BIM+GIS一般情況下都是根據(jù)數(shù)據(jù)信息、系統(tǒng)集成或是應(yīng)用集成所實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)也可以在BIM的應(yīng)用環(huán)境中集成GIS，還能夠在GIS環(huán)境中集成BIM，或是直接結(jié)合兩者展開深度集成，從而充分發(fā)揮出各自具備的優(yōu)勢，拓展出更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。并且通過BIM技術(shù)與GIS技術(shù)的融合使用，能夠有效解決數(shù)據(jù)信息的共享問題，還可以有效實(shí)現(xiàn)工程微觀模型信息以及宏觀場地信息之間的有效結(jié)合。在高速公路建設(shè)管理當(dāng)中應(yīng)用BIM+GIS技術(shù)，能夠更好地促進(jìn)高速公路的信息化建設(shè)，對于智慧交通的實(shí)現(xiàn)有著十分重要的意義。而在目前的市場環(huán)境中，大多數(shù)BIM軟件都支持多樣化格式，比如IFC或是DAE等，盡管不同的GIS平臺(tái)對于格式的兼容性存在著一定程度的差異，但兩者之間的結(jié)合卻相對較為成熟[1]。

2BIM+GIS在高速公路中的融合問題

BIM技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)將其貫穿在整個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工以及運(yùn)維管理當(dāng)中，其也屬于一種具備著數(shù)字化特征的管理協(xié)作過程。而在GIS技術(shù)當(dāng)中，其存在著具備各類空間屬性的地理環(huán)境信息，能夠更好地實(shí)現(xiàn)空間分析以及地理資源的合理規(guī)劃。而在BIM+GIS在高速公路工程的應(yīng)用過程中還存在著以下幾點(diǎn)問題：首先為數(shù)據(jù)信息的匹配問題，國內(nèi)與國外的BIM建模軟件在種類型較為復(fù)雜，并且在不同軟件中還有著完全不同的儲(chǔ)存方式，再加上數(shù)據(jù)信息的格式并不相同，處在一種較為封閉的狀態(tài)中，這就為BIM數(shù)據(jù)與GIS平臺(tái)的應(yīng)用產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響;其次則是模型輕量化問題，在BIM建模軟件當(dāng)中，其所注重的主要為單一體建筑，但通過GIS就可以針對某一個(gè)區(qū)域或是整個(gè)城市的BIM數(shù)據(jù)加以管理，然而由于終端方面的配置比較低，這就使得GIS需要進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)信息量比較大，不僅要解決數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的問題，更要對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)妮p量化和優(yōu)化。

3BIM+GIS技術(shù)的主要應(yīng)用功能

3.1 電子沙盤

在電子沙盤功能當(dāng)中，其進(jìn)一步結(jié)合了激光點(diǎn)云、傾斜攝影以及航空影像等多方面空間數(shù)據(jù)信息，通過三維實(shí)景的方式來進(jìn)一步展現(xiàn)出隧道、路基以及橋梁等專業(yè)化的BIM模型信息以及地形地貌信息。而電子沙盤則是項(xiàng)目的一種形象化表達(dá)模式，能夠?yàn)閷?shí)時(shí)監(jiān)控以及科學(xué)調(diào)度等工作的實(shí)現(xiàn)提供出重要支持，電子沙盤作為一種三維可視化平臺(tái)，不僅可以更加直觀地反映出大范圍的場景信息，也能夠進(jìn)一步反映出BIM模型當(dāng)中的各類細(xì)節(jié)。

在整體電子沙盤模塊當(dāng)中，還具備著各種現(xiàn)代化功能，而系統(tǒng)自身所具備的功能主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：首先，電子沙盤模塊可以進(jìn)行大小場景之間的切換，通過這種對場景內(nèi)容進(jìn)行放大或是縮放的方式，可以針對高速公路項(xiàng)目的具體情況產(chǎn)生更加深入地了解，而在放大場景的過程中，對于高速公路工程項(xiàng)目的走向、施工難度以及工程價(jià)值等內(nèi)容，都可以提供出更加直觀的場景，有利于對其進(jìn)行全面分析，而在縮小場景時(shí)，就可以詳細(xì)表達(dá)出單個(gè)構(gòu)件的信息，大幅度降低各類質(zhì)量問題的發(fā)生概率;其次則是對結(jié)構(gòu)物進(jìn)行的定位，在電子沙盤模塊當(dāng)中，提供出了根據(jù)結(jié)構(gòu)物與坐標(biāo)進(jìn)行定位的功能，保證使用人員可以充分結(jié)合目前位置的地形數(shù)據(jù)信息、BIM數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)展開系統(tǒng)化的分析;最后為視頻監(jiān)控，通過電子沙盤模塊與視頻監(jiān)控之間的結(jié)合，就可以及時(shí)找尋出高速公路工程中各個(gè)攝像頭的主要位置，在切換攝像頭視角過后來實(shí)時(shí)顯示出場景內(nèi)部的主要數(shù)據(jù)信息，這種功能也能夠?yàn)楹罄m(xù)的施工建設(shè)帶來極大的便利[2]。

3.2 征地拆遷

在高速公路工程的施工建設(shè)階段中，征拆工作的開展不僅工作難度比較高，還存在著工藝類型比較復(fù)雜等多種特征，而通過BIM技術(shù)與GIS技術(shù)的應(yīng)用，就可以有效解決這部分問題，通過BIM以及GIS技術(shù)的研發(fā)系統(tǒng)，能夠更加便利地導(dǎo)入用地?cái)?shù)據(jù)信息以及征拆數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的地圖當(dāng)中，在地理空間位置以及地理空間大小等方面更好地表達(dá)征拆對象。同樣，在系統(tǒng)當(dāng)中還能提供出征拆工作人員對于征拆數(shù)據(jù)信息的維護(hù)更新功能，這也有利于對征拆數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與記錄，面對那些征拆較為困難的工作內(nèi)容，就要結(jié)合地圖信息來進(jìn)行針對性地掛圖作戰(zhàn)。而在征拆功能模塊當(dāng)中，其主要功能為以下幾點(diǎn)：

首先，征拆功能模塊能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確表達(dá)。通常情況下，與征拆相關(guān)的數(shù)據(jù)信息主要分為地塊數(shù)據(jù)以及附著物信息這兩種不同類型，附著物信息相對較為復(fù)雜，主要為各類電線或是植被等內(nèi)容，而地塊數(shù)據(jù)所采用的則是不規(guī)則的集合圖形所表示。然而，無論采用的是點(diǎn)還是線，系統(tǒng)都可以利用GeoJS展開集合表達(dá)，使得相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)信息可以在自研系統(tǒng)平臺(tái)當(dāng)中進(jìn)行儲(chǔ)存。

其次，要對征拆數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)合理的維護(hù)。站在數(shù)據(jù)來源的角度上來看，可以將其劃分為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與施工數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)階段中，可以采取外業(yè)工作調(diào)查的方式，從而構(gòu)建出基本的征拆數(shù)據(jù)，在后續(xù)各類工作的開展進(jìn)程中，由于顯示因素所帶來的影響，必須要進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際施工情況來調(diào)整征拆數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)維護(hù)管理模塊能夠支持直接轉(zhuǎn)入以及業(yè)主審批的管理模式[3]。

4BIM+GIS在高速公路智慧建造中的應(yīng)用措施

4.1 項(xiàng)目GIS模型的構(gòu)建

GIS模型的創(chuàng)建形式相對比較多，其中可以采取下載谷歌衛(wèi)片生成的方式，也可以采取無人機(jī)傾斜攝影或是三維激光雷達(dá)掃描方式進(jìn)行工作。而采用谷歌下載衛(wèi)片方式所生成的地形精度相對比較低，三維激光雷達(dá)的掃描效果較為優(yōu)異，不僅有著極高的精度，還可以將誤差穩(wěn)定控制在10 cm以內(nèi)，但整體成本消耗比較高;而現(xiàn)階段高速公路工程項(xiàng)目當(dāng)中采用最多的為無人機(jī)傾斜攝影生成GIS地形的方式，在傾斜攝影工作流程當(dāng)中，具體包括了飛行攝影以及外業(yè)測量這兩種工作步驟。

首先，要在Smart 3D Capture自動(dòng)建模系統(tǒng)當(dāng)中全面加載出測區(qū)內(nèi)部的影像數(shù)據(jù)信息，并采取人工操作的方式來確定好各大控制點(diǎn)，在軟件內(nèi)部還要采取光束法來對區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行平差處理，通過影像片內(nèi)部所形成的光線，還要將其當(dāng)做基本的平整單W元，保證區(qū)域內(nèi)部的最佳點(diǎn)可以與控制點(diǎn)坐標(biāo)系有效結(jié)合在一起，從而在模型當(dāng)中對地物空間存在的空間關(guān)系與位置關(guān)系加以復(fù)原。

其次，要采用密集匹配技術(shù)，提升系統(tǒng)的內(nèi)部影像匹配的精準(zhǔn)程度，確保其能與同名點(diǎn)之間及逆行自動(dòng)匹配，抽出影像當(dāng)中的基本特征來構(gòu)成密集點(diǎn)云，保證地物的細(xì)節(jié)可以更好地表達(dá)出來，而地物越復(fù)雜，或是建筑物越密集的地方，點(diǎn)密集程度就越高，相反則比較稀疏。由空中三角測量所構(gòu)建出的影像之間，其存在的三角關(guān)系可以構(gòu)成三角TIN，而后通過三角TIN構(gòu)建出白模，軟件可以在影像當(dāng)中進(jìn)一步計(jì)算出相應(yīng)的紋理，自動(dòng)將紋理映射在白模當(dāng)中，從而形成真實(shí)性更高的三維場景[4]。

4.2 項(xiàng)目施工管理的應(yīng)用

首先，要對BIM+GIS的三維可視化方案進(jìn)行對比選擇。三維可視化屬于BIM+GIS的主要特性，通過三維可視化能夠穩(wěn)步提高項(xiàng)目的溝通效率以及溝通質(zhì)量，在后續(xù)方案探討、專家論證以及專家評(píng)審階段中，可以進(jìn)一步提高整體工作效率與工作質(zhì)量，從而有效實(shí)現(xiàn)降本增效的主要目的。而在山區(qū)高速公路工程當(dāng)中，其大多存在著山體與路線之間的繞行關(guān)系，在涉及到方案變更內(nèi)容時(shí)就可以采用BIM+GIS來迅速找尋出山體與路線之間存在的關(guān)系，進(jìn)一步提出繞行路線，實(shí)現(xiàn)對于變更方案的深入討論。而考慮到山體公路項(xiàng)目后期可能會(huì)因地質(zhì)等元素而出現(xiàn)山體不穩(wěn)的問題，為了進(jìn)一步提升高速公路主體的安全性，就要對原本的路線設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

其次，要通過BIM+GIS進(jìn)行土方算量。由于高速公路工程施工建設(shè)的基本需求，需要針對服務(wù)區(qū)開展土方平衡，應(yīng)當(dāng)根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際情況來從周邊環(huán)境中改進(jìn)型調(diào)土，從而更好地進(jìn)行場地平整工作，在初步計(jì)算后大約需要幾百萬立方米的土方。為了對其進(jìn)行更加科學(xué)合理的調(diào)配，就可以利用GIS模型來對土石方的功能展開準(zhǔn)確計(jì)算，而后利用已知點(diǎn)，通過SX10來設(shè)立測站，在其中掃描其中需要的各類點(diǎn)云，并通過SX10全站儀功能來測量部分特征點(diǎn)，如果需要掃描兩個(gè)測站，在取景方面就要選擇全部范圍方式，通過廣角的照相機(jī)來講掃描數(shù)據(jù)信息進(jìn)一步導(dǎo)入至TBC當(dāng)中，以此來得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息。而通過TBC軟件還可以對地面、電線桿以及建筑物進(jìn)行自動(dòng)分類，對于軟件自動(dòng)分類產(chǎn)生問題的，就可以采用手動(dòng)調(diào)整的方式，有效剔除周邊存在的雜點(diǎn)。

4.3 形象進(jìn)度管理

各類高速公路項(xiàng)目具備著項(xiàng)目規(guī)模比較大以及參加方較為復(fù)雜等多種特征，而進(jìn)度管理工作不僅屬于項(xiàng)目管理工作當(dāng)中至關(guān)重要的組成部分，并且通過專業(yè)化的進(jìn)度管理，還可以保證施工質(zhì)量不會(huì)受到影響，大幅度降低高速公路項(xiàng)目的整體成本。在傳統(tǒng)的進(jìn)度管理工作當(dāng)中，通常會(huì)采用進(jìn)度百分比的方式，以此來更加直觀地表達(dá)出項(xiàng)目目前的開展進(jìn)度。

隨著BIM技術(shù)以及GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一種采用真實(shí)場景著色的表達(dá)方式出現(xiàn)，通過這種方法能夠保證項(xiàng)目內(nèi)部的進(jìn)度可以更加形象地表達(dá)出來，為項(xiàng)目的管理人員提供出直觀的數(shù)據(jù)信息。在系統(tǒng)內(nèi)部能夠直接提供出正在施工、施工完畢以及未完成等多種狀態(tài)的表達(dá)，使得管理人員可以在三維化的場景當(dāng)中明確單體結(jié)構(gòu)的具體施工進(jìn)度，系統(tǒng)內(nèi)部針對這部分狀態(tài)還提供了統(tǒng)計(jì)匯總功能，能夠?yàn)楹罄m(xù)的投資統(tǒng)計(jì)以及項(xiàng)目進(jìn)度提供必要的數(shù)據(jù)信息支持。

在形象進(jìn)度的實(shí)際表達(dá)過程中，如果采用三維場景的方式對形象進(jìn)度加以表達(dá)，其內(nèi)部就會(huì)缺乏關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的支撐，雖然在形象表達(dá)方面具備著具體性與合理性特征，但卻會(huì)喪失原本的統(tǒng)計(jì)分析功能。所以，為了確保統(tǒng)計(jì)分析目標(biāo)能夠順利完成，就必須要將統(tǒng)計(jì)分析模塊與形象進(jìn)度之間進(jìn)行融合，還要在全項(xiàng)目、指定單位工程以及指定標(biāo)段當(dāng)中來分別對施工進(jìn)度加以統(tǒng)計(jì)[5]。

4結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)的施工建設(shè)措施已經(jīng)很難跟上時(shí)代發(fā)展的腳步，因此，在高速公路工程的智慧化發(fā)展進(jìn)程中，就應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理地引入BIM+GIS技術(shù)，通過這一現(xiàn)代化技術(shù)手段的普及來促進(jìn)企業(yè)項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量與建設(shè)效率的穩(wěn)步提升，為高速公路的智慧轉(zhuǎn)型起到良好的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

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