基于BIM+GIS技術(shù)的軌道交通工程信息化管理研究

　　摘要：針對軌道交通工程建設(shè)過程中各參建方缺乏溝通，信息傳遞不暢以及工程建設(shè)單位無法對項(xiàng)目整體進(jìn)行有效管控的問題。以濟(jì)南軌道交通為研究背景，通過Webservice技術(shù)搭建BIM+GIS工程建設(shè)信息共享平臺(tái)，并結(jié)合各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息的集成，實(shí)現(xiàn)對工程檔案、隧道管片、管線碰撞檢測等業(yè)務(wù)的有效把控，創(chuàng)造了以BIM+GIS為平臺(tái)的各參建方協(xié)同工作模式，達(dá)到軌道交通工程智慧化、輕量化管理的效果。

　　關(guān)鍵詞：軌道交通;BIM技術(shù);GIS技術(shù);業(yè)務(wù)管理

　　引言我國大約有接近40個(gè)城市已運(yùn)營軌道交通，運(yùn)營里程超過5800公里，如此大范圍隧道建設(shè)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、共享、分析等一系列問題，在工程勘查、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測、維護(hù)管理等方面造成不少困難。因此，需要研究通過BIM、GIS等信息化技術(shù)的手段有效收集和處理工程數(shù)據(jù)和信息。目前國內(nèi)外眾多學(xué)者在BIM和GIS信息化技術(shù)應(yīng)用方面已開展了大量研究。

　　軌道交通論文范例：闡述軌道交通運(yùn)營過程中影響安全的危險(xiǎn)源及解決措施

　　黃廷等[1]人構(gòu)建了以BIM為基礎(chǔ)的工程建設(shè)管理系統(tǒng)，達(dá)到隧道運(yùn)維可視化的效果;林曉東等[2]人依據(jù)BIM的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展，提出適用于盾構(gòu)的信息模型，把BIM技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)隧道工程。陳光等[3]人根據(jù)道路工程信息化特征，提出基于LandXML的道路信息模型與三維GIS數(shù)據(jù)的集成方式。本文以濟(jì)南軌道交通R1線為工程背景，結(jié)合軌道交通BIM的結(jié)構(gòu)模型和GIS的空間信息地理模型，研發(fā)出濟(jì)南軌道交通R1線工程建設(shè)信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了基于BIM+GIS平臺(tái)的軌道交通工程信息化管理。

　　1軌道交通工程信息化分析

　　1.1軌道交通工程信息化必要性

　　工程項(xiàng)目具有復(fù)雜性和非標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，隨著建設(shè)參加單位的增多，各單位之間的溝通協(xié)調(diào)難度也相應(yīng)增加，而各單位相互之間的協(xié)同效應(yīng)對工程建設(shè)的效果也有非常重要的影響。在項(xiàng)目實(shí)施過程中各單位實(shí)時(shí)得到項(xiàng)目的海量數(shù)據(jù)難度較大，不能抓取實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，只能根據(jù)之前的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。各種原因共同造成工程項(xiàng)目進(jìn)度滯后、資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重[4-6]。

　　針對此類工程特點(diǎn)，BIM和GIS技術(shù)的應(yīng)用可以在很大程度上解決該類問題。GIS以直觀的地理圖形方式獲取、儲(chǔ)存、管理、計(jì)算、分析和顯示與地球表面位置有關(guān)的各類信息和數(shù)據(jù)[7-8];BIM技術(shù)具備數(shù)字化、可視化、真實(shí)化的特征，對于工程項(xiàng)目的可視化管理、信息共享以及決策支持具有極大的幫助[9-10]。在充分研究分析傳統(tǒng)軌道交通工程管理模式的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納BIM+GIS工程信息化管理方法的優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)促進(jìn)不同參與單位、不同層級之間關(guān)于項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息的共享，提高了不同單位、層級之間溝通效率;(2)將GIS和BIM的分析特點(diǎn)和工作模式融入到工作中，對外在工具和手段的依賴程度降低;(3)工作流程和顯示效果簡單明了，方便業(yè)主和外部人員等非專業(yè)人士查看和理解。

　　1.2軌道交通信息化建設(shè)總體框架

　　軌道交通信息化總體建設(shè)思路是以互聯(lián)網(wǎng)為傳遞平臺(tái)，以信息化為手段，通過引入BIM、GIS等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能夠保證各參建方對于信息有效共享的工程管理系統(tǒng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，架構(gòu)層次從下往上依次為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層以及功能層，數(shù)據(jù)層以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，運(yùn)用系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)綜合處理BIM數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、工程資料信息等。服務(wù)層包含BIM模型服務(wù)、地圖應(yīng)用服務(wù)、操作日志服務(wù)等。功能層結(jié)合軌道交通業(yè)務(wù)以界面模塊的形式展現(xiàn)給用戶，包含碰撞檢測、工程檔案管理、設(shè)計(jì)管理、進(jìn)度計(jì)劃管理等功能。

　　2BIM+GIS與軌道交通融合技術(shù)

　　2.1BIM與GIS融合建立工程建設(shè)場景

　　三維GIS以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為依托，能夠?qū)崿F(xiàn)對宏觀場景的綜合管理，其中包含海量三維地理信息相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為BIM模型的構(gòu)建與展示提供有力支持[11]。首先，結(jié)合項(xiàng)目內(nèi)容與現(xiàn)有GIS平臺(tái)構(gòu)建全線地理信息場景，同時(shí)在該基礎(chǔ)上與BIM模型相對應(yīng)搭建高精度數(shù)字高程模型，形成三維地理信息數(shù)據(jù)庫，并添加附近建筑物、河流、地形以及區(qū)域名稱等信息。然后在平面坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換BIM模型坐標(biāo)參數(shù)，并根據(jù)調(diào)整完畢后的BIM模型偏移以及方位數(shù)據(jù)，將BIM模型批量添加至GIS里。

　　2.2基于BIM的工程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理

　　BIM技術(shù)在軌道交通工程項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)項(xiàng)目情況對BIM模型所涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編排，并從勘察、設(shè)計(jì)階段開始不斷完善豐富數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對象和模型對象的統(tǒng)一。通過工程建設(shè)模型結(jié)構(gòu)分解、屬性編碼及生成結(jié)構(gòu)樹，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)及應(yīng)用。按照軌道交通項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)、施工等計(jì)劃對BIM模型進(jìn)行充分、細(xì)致的單元分解，直到能夠到達(dá)BIM建模管理精度的要求。以軌道交通隧道工程作為示范，軌道交通建設(shè)過程會(huì)涉及多個(gè)隧道工程的開挖、支護(hù)等，隧道工程往往又包含多個(gè)隧道區(qū)間，隧道區(qū)間由初支、洞門、管片等不同對象構(gòu)成，每一個(gè)對象又能夠按照相關(guān)文件更近一步的劃分。

　　2.3BIM模型輕量化技術(shù)

　　對于大型工程而言其BIM模型體量也十分龐大，需要高配置的計(jì)算機(jī)進(jìn)行渲染、處理，存在加載速度慢、占用資源多等問題，故需要對BIM模型進(jìn)行輕量化處理。

　　(1)數(shù)模分離一個(gè)完整的BIM模型通常包括幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)，幾何數(shù)據(jù)為二維、三維數(shù)據(jù)等;非幾何數(shù)據(jù)包括構(gòu)件屬性等數(shù)據(jù)。通過對模型中的幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，將非幾何數(shù)據(jù)剝離出去，導(dǎo)出為JSON、IFC等格式，供BIM應(yīng)用開發(fā)使用。

　　(2)幾何數(shù)據(jù)優(yōu)化一個(gè)BIM模型中往往存在較多尺寸大小相同的結(jié)構(gòu)，若這些結(jié)構(gòu)在模型中都逐一生成，難免會(huì)增加模型的數(shù)據(jù)量，如果只保留一個(gè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，其它通過引用+空間坐標(biāo)相結(jié)合的方式進(jìn)行調(diào)用，避免相同數(shù)據(jù)重復(fù)加載，提高模型生成及渲染效率。

　　(3)模型數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)渲染利用電腦內(nèi)存和GPU實(shí)現(xiàn)模型邊下載邊渲染的效果，通過自動(dòng)計(jì)算視點(diǎn)與模型的距離，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的輪廓模型和精細(xì)模型的加載與渲染，節(jié)省模型下載到本地的時(shí)間，提高系統(tǒng)對模型的渲染效率。

　　3R1線工程信息化平臺(tái)建設(shè)

　　3.1工程背景

　　濟(jì)南市軌道交通R1號線正線全長26.1公里，其中高架線16.2公里，地下線7.9公里。共設(shè)11座車站，其中換乘車站4座，擁有車輛基地1座。

　　3.2碰撞檢測及設(shè)計(jì)優(yōu)化

　　目前軌道交通相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但不同專業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容可能會(huì)產(chǎn)生沖突。濟(jì)南軌道交通1號線全部專業(yè)的模型整體出來后，根據(jù)三維模型本身的特點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)碰撞檢測，并采用漫游方式對已經(jīng)做出的模型進(jìn)行邏輯規(guī)則檢測，預(yù)先對管線開展碰撞檢測，提早暴露問題既能夠幫助在之后的工作過程中改善效率，也能夠把其當(dāng)做2D向3D變化的過程。在設(shè)計(jì)變更階段，當(dāng)某一環(huán)節(jié)發(fā)生改變，能夠一目了然的發(fā)現(xiàn)該環(huán)節(jié)對其它環(huán)節(jié)在工程進(jìn)度以及造價(jià)方面的影響。

　　4結(jié)束語

　　在該軌道交通項(xiàng)目建設(shè)中融合BIM+GIS技術(shù)，保證項(xiàng)目整體建設(shè)過程能夠?qū)崿F(xiàn)信息的關(guān)聯(lián)、互通，全方位、多角度的表達(dá)了R1線路整體和局部內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)集成下軌道交通的信息協(xié)同，大大提交了工程管理的效率，也為以軌道交通為代表的長線項(xiàng)目以及大規(guī)模區(qū)域性工程建設(shè)提供了良好的示范，主要解決了以下兩方面的問題：

　　(1)BIM+GIS技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)工程建設(shè)時(shí)單體工程與整體項(xiàng)目信息管理無法有效兼顧的問題。通過融合BIM和GIS技術(shù)構(gòu)建軌道交通工程項(xiàng)目場景，系統(tǒng)用戶能夠直觀、全面的了解項(xiàng)目建設(shè)情況，為管理者決策提供有力支持。(2)以互聯(lián)網(wǎng)為搭建基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目參建各方信息共享、協(xié)同辦公，為各單位提供一個(gè)協(xié)同處理項(xiàng)目工作的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)信息的及時(shí)共享與高效傳達(dá)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]黃廷，陳麗娟，史培新，等.基于BIM的公路隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].隧道建設(shè)，2017，37(1)：48.

　　[2]林曉東，李曉軍，林浩.集成GIS/BIM的盾構(gòu)隧道全壽命管理系統(tǒng)研究[J].隧道建設(shè)(中英文)，2018，38(06)：963-970.

　　[3]陳光，薛梅，劉金榜，等.一種市政道路BIM設(shè)計(jì)模型與三維GIS數(shù)據(jù)集成方法[J].地理信息世界，2018，25(3)：82-86.

　　[4]王志軍.信息化技術(shù)在鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目管理中的應(yīng)用研究[J].科技風(fēng)，2019(31)：89+107.

　　[5]蔡雪峰，楊尊煌，鄭蓮瓊，等.基于BIM的建設(shè)工程電子文件與電子檔案管理體系研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2019，11(04)：54-62.

　　[6]閆慧文.濟(jì)寧市某工程基于BIM的建設(shè)工程質(zhì)量安全信息化監(jiān)管[D].青島理工大學(xué)，2016.

　　作者：路林海1，胡冰冰1，李志國2，韓祥軍2，韓林1，楊小鳳1

轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///dzlw/25785.html