基于BIM+GIS技術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過程中各參建方缺乏溝通，信息傳遞不暢以及工程建設單位無法對項目整體進行有效管控的問題。以濟南軌道交通為研究背景，通過Webservice技術搭建BIM+GIS工程建設信息共享平臺，并結合各類業(yè)務應用系統(tǒng)實現(xiàn)信息的集成，實現(xiàn)對工程檔案、隧道管片、管線碰撞檢測等業(yè)務的有效把控，創(chuàng)造了以BIM+GIS為平臺的各參建方協(xié)同工作模式，達到軌道交通工程智慧化、輕量化管理的效果。

　　關鍵詞：軌道交通;BIM技術;GIS技術;業(yè)務管理

　　引言我國大約有接近40個城市已運營軌道交通，運營里程超過5800公里，如此大范圍隧道建設產生的海量數(shù)據的儲存、共享、分析等一系列問題，在工程勘查、設計、施工、監(jiān)測、維護管理等方面造成不少困難。因此，需要研究通過BIM、GIS等信息化技術的手段有效收集和處理工程數(shù)據和信息。目前國內外眾多學者在BIM和GIS信息化技術應用方面已開展了大量研究。

　　軌道交通論文范例：闡述軌道交通運營過程中影響安全的危險源及解決措施

　　黃廷等[1]人構建了以BIM為基礎的工程建設管理系統(tǒng)，達到隧道運維可視化的效果;林曉東等[2]人依據BIM的數(shù)據標準擴展，提出適用于盾構的信息模型，把BIM技術應用于盾構隧道工程。陳光等[3]人根據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)據的集成方式。本文以濟南軌道交通R1線為工程背景，結合軌道交通BIM的結構模型和GIS的空間信息地理模型，研發(fā)出濟南軌道交通R1線工程建設信息化平臺，實現(xiàn)了基于BIM+GIS平臺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

　　工程項目具有復雜性和非標準化的特點，隨著建設參加單位的增多，各單位之間的溝通協(xié)調難度也相應增加，而各單位相互之間的協(xié)同效應對工程建設的效果也有非常重要的影響。在項目實施過程中各單位實時得到項目的海量數(shù)據難度較大，不能抓取實時準確的現(xiàn)場數(shù)據，只能根據之前的相關經驗。各種原因共同造成工程項目進度滯后、資源浪費現(xiàn)象嚴重[4-6]。

　　針對此類工程特點，BIM和GIS技術的應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、儲存、管理、計算、分析和顯示與地球表面位置有關的各類信息和數(shù)據[7-8];BIM技術具備數(shù)字化、可視化、真實化的特征，對于工程項目的可視化管理、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上，總結歸納BIM+GIS工程信息化管理方法的優(yōu)點：

　　(1)促進不同參與單位、不同層級之間關于項目數(shù)據信息的共享，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總體框架

　　軌道交通信息化總體建設思路是以互聯(lián)網為傳遞平臺，以信息化為手段，通過引入BIM、GIS等技術，實現(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)總體架構如圖1所示，架構層次從下往上依次為數(shù)據層、服務層以及功能層，數(shù)據層以數(shù)據庫為基礎，運用系統(tǒng)優(yōu)化技術綜合處理BIM數(shù)據、GIS數(shù)據、工程資料信息等。服務層包含BIM模型服務、地圖應用服務、操作日志服務等。功能層結合軌道交通業(yè)務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、設計管理、進度計劃管理等功能。

　　2BIM+GIS與軌道交通融合技術

　　2.1BIM與GIS融合建立工程建設場景

　　三維GIS以數(shù)據庫技術為依托，能夠實現(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基礎數(shù)據，為BIM模型的構建與展示提供有力支持[11]。首先，結合項目內容與現(xiàn)有GIS平臺構建全線地理信息場景，同時在該基礎上與BIM模型相對應搭建高精度數(shù)字高程模型，形成三維地理信息數(shù)據庫，并添加附近建筑物、河流、地形以及區(qū)域名稱等信息。然后在平面坐標系下轉換BIM模型坐標參數(shù)，并根據調整完畢后的BIM模型偏移以及方位數(shù)據，將BIM模型批量添加至GIS里。

　　2.2基于BIM的工程業(yè)務數(shù)據管理

　　BIM技術在軌道交通工程項目應用時，需要根據項目情況對BIM模型所涉及的數(shù)據進行重新編排，并從勘察、設計階段開始不斷完善豐富數(shù)據信息，實現(xiàn)工程建設業(yè)務數(shù)據對象和模型對象的統(tǒng)一。通過工程建設模型結構分解、屬性編碼及生成結構樹，實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據的關聯(lián)及應用。按照軌道交通項目工程的設計、施工等計劃對BIM模型進行充分、細致的單元分解，直到能夠到達BIM建模管理精度的要求。以軌道交通隧道工程作為示范，軌道交通建設過程會涉及多個隧道工程的開挖、支護等，隧道工程往往又包含多個隧道區(qū)間，隧道區(qū)間由初支、洞門、管片等不同對象構成，每一個對象又能夠按照相關文件更近一步的劃分。

　　2.3BIM模型輕量化技術

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

　　(1)數(shù)模分離一個完整的BIM模型通常包括幾何數(shù)據和非幾何數(shù)據，幾何數(shù)據為二維、三維數(shù)據等;非幾何數(shù)據包括構件屬性等數(shù)據。通過對模型中的幾何數(shù)據和非幾何數(shù)據進行拆分，將非幾何數(shù)據剝離出去，導出為JSON、IFC等格式，供BIM應用開發(fā)使用。

　　(2)幾何數(shù)據優(yōu)化一個BIM模型中往往存在較多尺寸大小相同的結構，若這些結構在模型中都逐一生成，難免會增加模型的數(shù)據量，如果只保留一個結構數(shù)據，其它通過引用+空間坐標相結合的方式進行調用，避免相同數(shù)據重復加載，提高模型生成及渲染效率。

　　(3)模型數(shù)據實時渲染利用電腦內存和GPU實現(xiàn)模型邊下載邊渲染的效果，通過自動計算視點與模型的距離，系統(tǒng)自動進行動態(tài)的輪廓模型和精細模型的加載與渲染，節(jié)省模型下載到本地的時間，提高系統(tǒng)對模型的渲染效率。

　　3R1線工程信息化平臺建設

　　3.1工程背景

　　濟南市軌道交通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碰撞檢測及設計優(yōu)化

　　目前軌道交通相關設計技術已經較為成熟，但不同專業(yè)的設計內容可能會產生沖突。濟南軌道交通1號線全部專業(yè)的模型整體出來后，根據三維模型本身的特點進行相關碰撞檢測，并采用漫游方式對已經做出的模型進行邏輯規(guī)則檢測，預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，也能夠把其當做2D向3D變化的過程。在設計變更階段，當某一環(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)在工程進度以及造價方面的影響。

　　4結束語

　　在該軌道交通項目建設中融合BIM+GIS技術，保證項目整體建設過程能夠實現(xiàn)信息的關聯(lián)、互通，全方位、多角度的表達了R1線路整體和局部內容，實現(xiàn)了技術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目以及大規(guī)模區(qū)域性工程建設提供了良好的示范，主要解決了以下兩方面的問題：

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

　　參考文獻：

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

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

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

　　[4]王志軍.信息化技術在鐵路工程建設項目管理中的應用研究[J].科技風，2019(31)：89+107.

　　[5]蔡雪峰，楊尊煌，鄭蓮瓊，等.基于BIM的建設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，2019，11(04)：54-62.

　　[6]閆慧文.濟寧市某工程基于BIM的建設工程質量安全信息化監(jiān)管[D].青島理工大學，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

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