摘要：在智慧交通快速推進(jìn)的背景下，各種先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用在公路建設(shè)全周期過程中，加上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與施工數(shù)據(jù)、廣域范圍內(nèi)多源傳感器數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)分析數(shù)據(jù)等，會(huì)造成當(dāng)前公路建設(shè)全周期的數(shù)據(jù)模態(tài)多樣、存儲(chǔ)管理分散，無法支撐全周期的實(shí)際業(yè)務(wù)需要。研究BIM+GIS+IoT建設(shè)服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)及數(shù)字化平臺(tái)，完成以工程結(jié)構(gòu)樹及分部分項(xiàng)劃分結(jié)構(gòu)樹為數(shù)據(jù)索引的施工數(shù)字化業(yè)務(wù)服務(wù)方案，結(jié)合典型應(yīng)用案例，探討了智慧工地IoT數(shù)據(jù)可視化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)征地拆遷、巡檢巡查等主要業(yè)務(wù)板塊的數(shù)字化服務(wù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化服務(wù)全周期過程建設(shè)服務(wù)可視化

DesignandImplementationofanIntelligentHighwayConstructionServicePlatformBasedonBIM+GIS

CHENZhen

（WuhanComprehensiveTransportationResearchInstituteCo.，Ltd.，Wuhan，HubeiProvince，430015China）

Abstract：Inthecontextoftherapidadvancementofsmarttransportation，theapplicationofvariousadvanceddevicesbasedontheInternetofThings（IoT）intheentire-cycleprocessofhighwayconstruction，coupledwithdesignandconstructiondata，aswellasmulti-sourcesensordataandcorrelationanalysisdatainawideareawillresultinthediversedatamodesandscatteredstoragemanagement&nbs4c45b03211714bad98fb610ccb0d0973p;oftheentirecycleofhighwayconstruction，whichcannotsupporttheactualbusinessneedsoftheentirecycle.ThispaperstudiesthekeytechnologiesanddigitalplatformsofBIM+GIS+IoTconstructionservices，completesadigitalconstructionbusinessserviceplanwithengineeringstructuretreesandsub-itemdivisionstructuretreesasdataindexes，andexploresthevisualizationserviceofIoTdatainsmartconstructionsitesincombinationwithtypicalapplicationcases，soastoachievethedigitalserviceofmajorbusinesssectorssuchaslandacquisitionanddemolition，andinspectionandpatrol.

KeyWords：Digitalservice;Full-cycleprocess;Constructionservice;Visualization

在當(dāng)今數(shù)字經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)密集創(chuàng)新的時(shí)代背景下，我國適時(shí)提出了“新基建”國家戰(zhàn)略，其核心要素之一是借助當(dāng)今飛速發(fā)展的5G通信、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等前沿技術(shù)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)全面邁向數(shù)字化、信息化和智慧化[1]。現(xiàn)階段，我國亟待由“交通大國”轉(zhuǎn)向“交通強(qiáng)國”，在眾多亟須轉(zhuǎn)型升級(jí)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)營無疑是與基本民生和社會(huì)經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)度最高、需求最為迫切的產(chǎn)業(yè)之一。

BIM和GIS的結(jié)合在建設(shè)工程服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的研究進(jìn)展。許多學(xué)者和研究人員從不同的角度探索了BIM和GIS的融合集成和應(yīng)用。一些研究人員將BIM和GIS技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更好的空間數(shù)據(jù)服務(wù)和分析[2]。例如，通過將BIM模型與GIS地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)建筑能源數(shù)據(jù)的可視化和城市能源規(guī)劃的綜合分析。另外，一些研究集中在BIM+GIS+IoT的應(yīng)用領(lǐng)域。這些研究旨在將物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)與BIM+GIS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程全生命周期過程中的多源數(shù)據(jù)的感知和采集。例如，通過集成IoT傳感器和BIM模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能源使用、空間占用率和用戶舒適度等信息的獲取和分析[3]。

1基于BIM+GIS+IoT的智慧建設(shè)服務(wù)數(shù)字化平臺(tái)總體架構(gòu)

基于BIM+GIS+IoT的建設(shè)服務(wù)數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容可概括成：“1212”（如圖1所示），即一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)，兩大應(yīng)用平臺(tái)，一個(gè)統(tǒng)一界面（一張圖）、兩大標(biāo)準(zhǔn)體系，具體描述如下。

（1）“一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)”：筑牢數(shù)字工程建設(shè)，建設(shè)高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的綜合數(shù)據(jù)中心，打造建設(shè)服務(wù)一體化“數(shù)據(jù)底座”。

（2）“兩大應(yīng)用系統(tǒng)”：智慧工地平臺(tái)、工程管控平臺(tái)。

（3）“一個(gè)統(tǒng)一界面”：項(xiàng)目綜合管控一張圖。

（4）“兩大標(biāo)準(zhǔn)體系”：數(shù)字化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、數(shù)字化服務(wù)制度體系。

基于BIM+GIS+IoT的建設(shè)服務(wù)數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)圍繞高速建設(shè)服務(wù)與上級(jí)部門和各參建單位協(xié)作開展業(yè)務(wù)。其主要包括BIM+GIS綜合管控平臺(tái)、工程管控平臺(tái)、智慧工地平臺(tái)三個(gè)部分。

2功能設(shè)計(jì)

2.1征拆服務(wù)

通過平臺(tái)結(jié)合BIM及GIS數(shù)據(jù)，對(duì)工程沿線征地區(qū)域、臨時(shí)用地、桿管線改遷規(guī)劃進(jìn)行可視化的論證優(yōu)化，從而合理制定征拆計(jì)劃，保障建設(shè)用地的順利交接，同時(shí)，在征拆過程中，結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)、北斗GPS精確定位等技術(shù)，對(duì)征拆過程及相關(guān)問題信息實(shí)時(shí)采集上報(bào)，實(shí)現(xiàn)征拆過程的數(shù)字化管控[4]。依據(jù)制定的征拆計(jì)劃，結(jié)合完整、準(zhǔn)確的征拆過程動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析征拆進(jìn)度，并與施工計(jì)劃進(jìn)行綜合分析，對(duì)征拆計(jì)劃及方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整，對(duì)關(guān)鍵問題進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤分析與處理。

2.2進(jìn)度計(jì)劃服務(wù)

進(jìn)度管理系統(tǒng)主要是對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度的可視化服務(wù)，其通過與質(zhì)量管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接，當(dāng)相應(yīng)工序完成質(zhì)檢評(píng)定工作后，系統(tǒng)自動(dòng)將對(duì)應(yīng)設(shè)施構(gòu)件對(duì)象施工狀態(tài)同步為完成狀態(tài)；再通過與計(jì)量支付系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)量支付進(jìn)度狀態(tài)的同步。

2.3計(jì)量服務(wù)

在公路工程施工中，實(shí)現(xiàn)工程投資和計(jì)量進(jìn)度的動(dòng)態(tài)控制，對(duì)合同履約有著重要保障，同時(shí)也為后續(xù)的竣工文件的編制及結(jié)算做數(shù)據(jù)支撐[5]。主要功能包括：計(jì)量管理、計(jì)量審批、工程支付。其中，面向高速公路建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，如WBS清單，EBS清單，通過這些數(shù)據(jù)為高速公路建設(shè)管理計(jì)量支付流程等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，并與BIM模型相結(jié)合提供形象快捷的查詢，實(shí)現(xiàn)計(jì)量與支付的有機(jī)結(jié)合（如圖2所示）。

2.4變更服務(wù)

設(shè)計(jì)變更服務(wù)主要包括變更方案及工程量清單的變更的申報(bào)審批、變更令的簽發(fā)。通過建立變更管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線上變更管理流程的自動(dòng)流轉(zhuǎn)，以及對(duì)相關(guān)變更數(shù)據(jù)信息、變更會(huì)議及變更資料信息與計(jì)量管理進(jìn)行動(dòng)態(tài)同步，實(shí)現(xiàn)變更與計(jì)量的無縫對(duì)接?；贐IM+GIS基礎(chǔ)平臺(tái)，由APP發(fā)起變更，并在建設(shè)管理數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)行線上審核，完成變更流程標(biāo)準(zhǔn)化管理。相關(guān)變更過程數(shù)據(jù)、資料數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一管理與歸檔，從而提高變更審批的效率、縮短變更執(zhí)行的周期，確保投資進(jìn)度。主要功能包括：變更申請(qǐng)、變更審批、新增單價(jià)、變更臺(tái)賬、變更資料。

2.5質(zhì)量服務(wù)

結(jié)合平臺(tái)按照建設(shè)質(zhì)量管理的要求，一方面結(jié)合IoT技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)與數(shù)字化巡檢APP，對(duì)施工現(xiàn)場質(zhì)量安全信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，動(dòng)態(tài)管控現(xiàn)場安全巡查情況。對(duì)存在質(zhì)量問題或風(fēng)險(xiǎn)的地方進(jìn)行拍照或視頻記錄，數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)狡脚_(tái)，各管理方可及時(shí)得知現(xiàn)場質(zhì)量情況做出相應(yīng)處理措施，降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約風(fēng)險(xiǎn)處理成本[6]。另一方面，依據(jù)條理化的工序質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用工序檢查APP對(duì)現(xiàn)場施工工序質(zhì)量合格性進(jìn)行檢查記錄、拍照取證，作為施工質(zhì)量資料數(shù)據(jù)留存，并自動(dòng)化推送到計(jì)量管理模塊為工程計(jì)量提供基礎(chǔ)資料，同時(shí)與BIM結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢測資料數(shù)據(jù)的集成化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化管理。

2.6竣工歸檔

結(jié)合全周期一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息、工序檢查、試驗(yàn)檢測、質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定、計(jì)量支付、設(shè)計(jì)變更、竣工檔案的無紙化辦公及數(shù)據(jù)全鏈條，完成電子檔案系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有電子簽章、組卷、收文臺(tái)賬、預(yù)立卷等功能。通過工程建設(shè)數(shù)字化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)施工文件收集，通過“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹＋循環(huán)檢索”的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)歸檔，極大提高竣工檔案編制效率。用戶還可通過系統(tǒng)內(nèi)置的電子檔案館自由查詢借閱電子檔案。實(shí)現(xiàn)竣工資料收集整理自動(dòng)化以及項(xiàng)目檔案歸檔工作輕量化的目標(biāo)，為運(yùn)營養(yǎng)護(hù)管理者、實(shí)施者提供建設(shè)過程中資料追溯功能，為項(xiàng)目竣工檔案管理工作提供新思路。

3基于BIM+GIS+IoT的智慧建設(shè)服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用案例

3.1BIM+GIS電子沙盤三維展示及數(shù)據(jù)集成

某項(xiàng)目是國內(nèi)鮮有的“3+1”示范工程，是國家交通強(qiáng)國車路協(xié)同示范項(xiàng)目，交通運(yùn)輸部平安百年品質(zhì)工程示范項(xiàng)目，交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)示范項(xiàng)目和湖北省交通運(yùn)輸廳全周期全要素?cái)?shù)字高速試點(diǎn)項(xiàng)目。圍繞基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化等試點(diǎn)主題，參建各方旨在通過BIM、GIS、IoT等先進(jìn)信息技術(shù)，形成以數(shù)據(jù)為核心的高速公路智能協(xié)同服務(wù)新模式。

依托設(shè)施設(shè)備BIM模型及現(xiàn)代測繪獲取的GIS數(shù)據(jù)，建成了BIM+GIS電子沙盤系統(tǒng)?；贐IM+GIS引擎，采用WEBGL技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了長線路、多專業(yè)的BIM模型及三維地形和影像數(shù)據(jù)的輕量化動(dòng)態(tài)加載與展示。模塊基于工程結(jié)構(gòu)樹EBS對(duì)BIM模型對(duì)象及屬性信息進(jìn)行管理，提供BIM對(duì)象的快速檢索定位（樁號(hào)檢索定位、標(biāo)段檢索定位、工點(diǎn)檢索定位、地名檢索定位）、視圖定位、構(gòu)造物快速篩選、地形透視、幾何量測、快速顯隱以及模型動(dòng)態(tài)剖切、行車漫游、關(guān)聯(lián)信息及圖紙查看等功能，幫助系統(tǒng)使用人員全面、直觀、準(zhǔn)確地了解工程相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3.2BIM+GIS對(duì)質(zhì)量過程的數(shù)字化服務(wù)

傳統(tǒng)施工分部分項(xiàng)劃分為手動(dòng)工作，工作量巨大且容易出錯(cuò)，成綿擴(kuò)容高速施工單位提出基于BIM模型開發(fā)分部分項(xiàng)劃分工具的需求，旨在能大幅提高標(biāo)準(zhǔn)化與準(zhǔn)確性，縮短施工前期準(zhǔn)備周期。

以BIM+GIS數(shù)字化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合工程建設(shè)分部分項(xiàng)WBS數(shù)據(jù)，按照公路施工質(zhì)量管理要求，制定質(zhì)量管理數(shù)據(jù)及流程標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)檢測構(gòu)件對(duì)象的類型及當(dāng)前工序，推送相應(yīng)檢查項(xiàng)及利用移動(dòng)終端要求給現(xiàn)場檢查，質(zhì)量檢查人員可根據(jù)檢查項(xiàng)逐項(xiàng)檢測核實(shí)，并按要求進(jìn)行拍照取證，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則進(jìn)行判斷及提示，保證質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性與及時(shí)性。同時(shí)，將質(zhì)量管理數(shù)據(jù)與BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)檢查數(shù)據(jù)、檢查狀態(tài)、檢查進(jìn)度等的可視化展示與管理，一定程度上解決傳統(tǒng)質(zhì)量管理工作量大、規(guī)范性差、管控難度大、流程效率低、數(shù)據(jù)整理難和不宜追溯的問題。

3.3BIM+GIS對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度的可視化呈現(xiàn)及數(shù)據(jù)匯聚

應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)將工程建設(shè)計(jì)劃及進(jìn)度數(shù)據(jù)與各設(shè)施構(gòu)件BIM模型數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)形象進(jìn)度的三維可視化交互管理（不同進(jìn)度情況的BIM模型顏色表示、信息集成等），如圖3所示，可實(shí)時(shí)直觀地查看工程整體、各標(biāo)段、各部位及各構(gòu)件的進(jìn)度，如圖4所示。使進(jìn)度管理更加形象化、直觀化、動(dòng)態(tài)化。在虛擬三維場景內(nèi)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)工程現(xiàn)場施工進(jìn)度情況，幫助業(yè)主管理者進(jìn)行進(jìn)度計(jì)劃綜合管理及決策支持。

4結(jié)論

研究BIM+GIS+IoT的建設(shè)服務(wù)數(shù)字化平臺(tái)，通過結(jié)構(gòu)樹的工程信息服務(wù)方案、工程結(jié)構(gòu)樹及分部分項(xiàng)劃結(jié)構(gòu)樹為數(shù)據(jù)索引的施工數(shù)字化業(yè)務(wù)服務(wù)方案、數(shù)字化服務(wù)和多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)、以BIM對(duì)象為基礎(chǔ)的WBS（分部分項(xiàng)）分拆技術(shù)及基于BIM的分部分項(xiàng)劃分軟件，研究基于BIM+GIS的數(shù)字化建設(shè)服務(wù)平臺(tái)，結(jié)合智慧工地IoT數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)征地拆遷、現(xiàn)場巡檢巡查、進(jìn)度服務(wù)、檔案服務(wù)等主要業(yè)務(wù)板塊的數(shù)字化服務(wù)。

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