BIM+GIS技術(shù)在公路工程建設(shè)智慧管理平臺中的應(yīng)用

王旭軍

（甘肅昶達(dá)勘察設(shè)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(shè)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(shè)管理的質(zhì)量和效率，近年來，相關(guān)領(lǐng)域嘗試將BIM 和GIS 技術(shù)應(yīng)用于公路工程建設(shè)管理中。BIM 技術(shù)（Building Information Modeling）是一種基于三維數(shù)字模型的工程設(shè)計和管理技術(shù)。BIM 技術(shù)可以將工程項目的設(shè)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(shù)（Geographic Information System）是一種基于地理空間信息管理和分析的技術(shù)，可以對地理信息進(jìn)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(shù)相結(jié)合，可以全面、準(zhǔn)確、及時地管理和控制公路工程建設(shè)信息，提高公路工程建設(shè)質(zhì)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(shè)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(shù)可以實現(xiàn)建筑模型的全生命周期管理，包括建筑設(shè)計、施工管理、運營維護(hù)等各個環(huán)節(jié)。

1.1.1 多維信息共享

在建筑設(shè)計和施工過程中，應(yīng)用BIM 技術(shù)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(shè)計圖紙、施工進(jìn)度、工程成本、材料清單、質(zhì)量檢測、安全監(jiān)控等[1]。這些數(shù)據(jù)可以在BIM 平臺上進(jìn)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(shè)計和施工的效率和質(zhì)量。在施工過程中，BIM 平臺可以實時監(jiān)控施工進(jìn)度、質(zhì)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(zhì)量和安全風(fēng)險。此外，BIM 技術(shù)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(shù)結(jié)合的核心理念之一。BIM 和GIS 技術(shù)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(shè)計、施工等多個單位之間協(xié)作。BIM 技術(shù)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(shè)計圖紙、構(gòu)件信息、物料信息等。GIS 技術(shù)可以將建筑物或工程項目的地理信息與BIM 技術(shù)的三維模型相結(jié)合，幫助業(yè)主和設(shè)計單位進(jìn)行規(guī)劃和分析。全壽命周期管理需要業(yè)主、設(shè)計、施工等多個單位協(xié)作，應(yīng)用BIM 和GIS 技術(shù)可以在建設(shè)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(shè)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(zhì)量、安全和可持續(xù)性發(fā)展。

1.1.3 協(xié)同設(shè)計

BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)多個設(shè)計團(tuán)隊協(xié)同設(shè)計，提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。在BIM 平臺上，設(shè)計人員可以將各自的設(shè)計數(shù)據(jù)和信息進(jìn)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(shè)計的功能和工具，如共享模型、在線會議、版本管理等，設(shè)計人員可以實現(xiàn)實時協(xié)作、互相協(xié)調(diào)和優(yōu)化設(shè)計方案。

1.1.4 可視化展示

BIM 技術(shù)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(jié)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(jié)合，可以實現(xiàn)更全面、交互性更強(qiáng)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(dǎo)入并進(jìn)行高質(zhì)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(jìn)行模型協(xié)調(diào)和碰撞檢測。將BIM 模型導(dǎo)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(jié)合，進(jìn)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(dǎo)入，并提供強(qiáng)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(qiáng)現(xiàn)實（AR）應(yīng)用程序，用戶能夠以沉浸式的方式探索和交互設(shè)計，可以將BIM 模型與高質(zhì)量的渲染、動畫、實時渲染和交互性相結(jié)合，實現(xiàn)全面、直觀和交互式可視化展示，幫助項目團(tuán)隊和利益相關(guān)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(jìn)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(jìn)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(guān)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(yīng)用[2]。

1.2.2 空間關(guān)系分析

GIS 可以進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的關(guān)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(guān)系的分析和描述。在公路工程建設(shè)中，可以使用GIS 技術(shù)進(jìn)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(guān)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(zhuǎn)換工具，對不同來源的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和整合，使數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jìn)行整合和分析，實現(xiàn)在設(shè)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(shù)在公路工程建設(shè)管理中應(yīng)用的意義

2.1 提高規(guī)劃設(shè)計效率和質(zhì)量

應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)可以實現(xiàn)公路規(guī)劃設(shè)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(shè)計過程中的決策提供支持和參考，減少規(guī)劃設(shè)計的錯誤和不足，提高規(guī)劃設(shè)計的效率和質(zhì)量，還可以實現(xiàn)規(guī)劃設(shè)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(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)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(jìn)度、質(zhì)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(fēng)險預(yù)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(zhì)量。

2.3 提高運營維護(hù)效率和質(zhì)量

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

2.4 促進(jìn)信息共享和協(xié)同管理

應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)可以實現(xiàn)不同團(tuán)隊和部門之間信息共享和協(xié)同管理，從而促進(jìn)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(fù)勞動，導(dǎo)致施工效率低下和項目成本增加。應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)，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(tuán)隊之間協(xié)同設(shè)計和施工管理，減少重復(fù)工作和信息不對稱的問題，提高工程建設(shè)的整體效益。

2.5 支撐智慧工地建設(shè)

在智慧工地建設(shè)中，BIM+GIS 技術(shù)在高速公路復(fù)雜互通立交工程中的應(yīng)用可以為智慧城市建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。應(yīng)用BIM 技術(shù)可以在建筑設(shè)計階段實現(xiàn)對工程的全面模擬和分析，包括設(shè)計、施工、運維等各個階段。在設(shè)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(yīng)用GIS 技術(shù)可以全面了解施工現(xiàn)場周邊環(huán)境，包括地形、地質(zhì)、水文等信息，能更好地進(jìn)行施工現(xiàn)場規(guī)劃和安排，以及安全評估和風(fēng)險分析。應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)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(shè)備采集施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并通過BIM+GIS 技術(shù)進(jìn)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(shè)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(zhì)量。

2.6 地質(zhì)災(zāi)害模擬

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

3 BIM+GIS 技術(shù)在公路工程建設(shè)中的應(yīng)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(shù)在公路工程建設(shè)中應(yīng)用的重要措施。該數(shù)據(jù)平臺可以將公路工程建設(shè)過程中的各種數(shù)據(jù)，如設(shè)計、施工、監(jiān)測、維護(hù)等整合到一個平臺上進(jìn)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(shè)中信息孤島的問題，促進(jìn)各個部門和團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)和分類體系，對不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和管理。將設(shè)計數(shù)據(jù)分為道路、橋梁、隧道設(shè)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(jìn)行數(shù)據(jù)建模、處理和分析。使用Revit 等BIM 軟件進(jìn)行建模，使用ArcGIS、QGIS 等GIS 軟件進(jìn)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(quán)限管理機(jī)制，確保各個部門和團(tuán)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(yīng)的數(shù)據(jù)管理和維護(hù)規(guī)范，包括數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)質(zhì)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(shù)培訓(xùn)和推廣

為了在公路工程建設(shè)中更好地推廣和應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)，需要進(jìn)行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)和推廣工作。應(yīng)該對公路工程建設(shè)的相關(guān)人員進(jìn)行BIM+GIS 技術(shù)的基礎(chǔ)知識培訓(xùn)，包括基本原理、應(yīng)用場景、工具使用等方面。對具有一定BIM+GIS 技術(shù)基礎(chǔ)的人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，提高其在公路工程建設(shè)中的應(yīng)用能力。還可以通過開展BIM+GIS 技術(shù)交流會、研討會、實戰(zhàn)演練等形式，促進(jìn)各方人員之間交流和學(xué)習(xí)，推動BIM+GIS技術(shù)在公路工程建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，將有助于提高建設(shè)人員的技術(shù)水平和專業(yè)能力，提高公路工程建設(shè)的效率和質(zhì)量。

3.3 建立信息共享和協(xié)同管理機(jī)制

為實現(xiàn)信息共享和協(xié)同管理，需要建立適當(dāng)?shù)臋C(jī)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(tuán)隊和部門之間數(shù)據(jù)共享和協(xié)同管理。可以建立適當(dāng)?shù)臋?quán)限管理機(jī)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(jìn)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(xùn)課程，加強(qiáng)溝通和交流，提高協(xié)同管理的效率和質(zhì)量。

3.4 加強(qiáng)安全管理

BIM+GIS 技術(shù)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(shè)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(yīng)的措施。在施工過程中應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)，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(shè)計方案進(jìn)行對比，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案和施工實際存在的差異，減少設(shè)計變更和施工誤差。應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)還可以實現(xiàn)對施工人員的管理，如考勤、培訓(xùn)、安全教育等，提高施工人員的安全意識和素質(zhì)。

4 結(jié)語

基于BIM+GIS 技術(shù)的公路工程建設(shè)智慧管理平臺，能夠提高公路工程建設(shè)管理水平，提升施工效率和質(zhì)量，促進(jìn)公路工程建設(shè)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(shù)培訓(xùn)和推廣、推動標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化建設(shè)、建立信息共享和協(xié)同管理機(jī)制、加強(qiáng)安全管理等措施，可為公路工程建設(shè)注入新動力，推動公路工程建設(shè)向數(shù)字化、可持續(xù)、智能化方向發(fā)展。