基于 BIM 及 3D GIS 的城市水务应用项目管理平台

张 帆 ，陈明生 ，颜 超

（1.上海市防汛信息中心（上海市水务信息中心、上海市海洋信息中心），上海 200050；2. 上海开澜软件有限公司，上海 201900）

0 引言

目前我国水务水利行业 BIM 及 3D GIS 技术的应用尚未深入，行业内尚无统一的 BIM 标准，在BIM 模型传递、要素和精度、使用授权、管理、所有权归属等方面存在一些问题亟需解决。随着社会的发展和技术的进步，上海市水务水利工程数量、体量和复杂度与日俱增，工程管理监管难度加大[1]。BIM 技术在工程的初设、详设、施工、管理及运维方面具有不可替代的技术优势，上海市水务局所属各建设单位在重大水务工程中都已经采用了 BIM 技术[2]。作为行政主管部门的上海市水务局务亟需建设 BIM 数据中心及相应的水务应用管理协同平台，充分发挥 BIM 在项目全生命周期管理中的技术优势，提高政府对工程的协调监管效率及水平[3]。

依据《关于在本市推进建筑信息模型技术应用指导意见的通知》（沪府办发〔2014〕58 号）、《上海市推进建筑信息模型技术应用三年行动计划（2015—2017 年）》《上海市水务局关于推进建筑信息模型技术水务应用三年行动计划（2017—2019 年）》（沪水务〔2016〕1368 号）的精神，顺应水务部门业务发展及信息技术发展的需要，基于 BIM 及 3D GIS 搭建三维可视化管理协同平台。通过三维地理信息系统（3D GIS）与建筑信息模型（BIM）之间无缝和信息无损集成技术，实现三维地形与建筑、时间与空间、室内与室外等的一体化，从而服务于数据共享、辅助决策、项目审批、工程监管及公众展示[4]。

1 总体目标和建设内容

系统的建设目标是利用云架构，大数据，BIM，3D GIS，无人机数据采集等新技术，实现二维与三维、实景和 BIM 模型、宏观与微观等的结合，充分发挥 BIM 在工程全生命周期项目管理的技术优势，开发基于 B/S 结构的、面向重大工程的水务应用项目管理平台[5]。建设内容如下：

1）以现有 GIS 数据为基础，搭建 BIM 与3D GIS 集成的应用平台。用 BIM 数据格式，搭建BIM 模型数据中心。

2）工程 BIM 模型数据的整合及必要的 BIM 模型制作。

3）BIM 模型的高效查看、漫游、交互及批注。

4）基于 BIM 的工程三维形象进度展示及分析。

5）3D GIS 中工程地理环境查看。

6）针对典型工程，接入工程监控视频并与 BIM 模型进行对比分析。

7）实现 Web 环境下 BIM 模型的数据格式转换、压缩、存储及管理[6]。

8）以某个水务建设单位为例，实现建设单位BIM 数据与上海市水务局中心 BIM 数据实时对接共享及为其它系统提供数据共享接口。

2 系统功能结构

2.1 系统功能结构设计

基于 BIM 及 3D GIS 的水务应用项目管理平台主要分为模型、文档、数据及任务等功能管理模块。功能结构如图 1 所示。

图 1 系统功能结构图

管理模块具体功能如下：

1）模型管理模块。a. 支持将全专业的模型上传，后台服务能够自动轻量化转换模型，转换后的模型可以轻量化浏览；b. 支持跨平台浏览，电脑、手机和 Pad 均可流畅运行；c. 支持多个专业模型文件上传到同一场景进行管理及多文件的显示控制等功能[7]。

2）文档管理模块。a. 支持文件夹的新建、删除；b. 支持项目过程中相关文件的上传、下载、在线预览、收藏、订阅、分享；c. 支持将文件以附件的形式添加到私信、任务中，发送给指定用户；d. 支持设置文件的标签；e. 支持将文件复制或移动到新的目录；f. 支持文件的重命名、删除等功能；g. 支持设置文件的权限、排序等功能。

3）数据管理模块。a. 支持用户管理、组织架构维护及部门管理，查看批准成员列表，通过短信邮件或链接的方式邀请用户；b. 支持设置管理，可对项目不同用户分配不同权限，通过修改组织类型，部门职务等修改或移除组织，以及编辑项目相关信息管理项目等功能；c. 支持个人中心管理，可修改个人的信息，例如昵称、头像，修改用于查看自己信息的收件箱、发件箱等功能。

4）任务管理模块。任务用来处理项目中具体的工作分配、督办流程等协同工作，通过任务的创建、分配、执行、跟踪、归档等操作，统一管理团队的工作、提高效率。a. 支持任务和模型结合，如任务关联相机书签等；b. 支持任务和文档结合，如任务管理图纸，dwf，i-model 文件等；c. 支持按工程类型预定义流程，预定义默认任务[8]。

2.2 重要系统模块功能介绍

系统采用 Cesium 框架实现基于 3D GIS 的工程位置展示，使用基于 IFC 解析的 BIM 轻量化技术实现 BIM 模型的展示。数据库采用了 MongoDB 存储非结构化数据，管理平台开发语言为 JavaScript，开发框架基于 Nodejs，Ionic3。系统具备 3D GIS 项目展示，BIM 模型查看，文档、数据和任务管理，工程数据共享等功能，具体如下：

1）项目列表。用于展示项目的名称、工程状态、实施时间、投资金额、管理模式，可根据项目区域、水利分片、工程类型等筛选项目，查看或管理特定的项目。

2）模型查看。用于展示模型，通过鼠标拖动可以查看不同视角下的模型。

3）动态信息。系统中所有操作留痕，记录用户的系统活动。在动态列表中会显示相关操作，方便管理员、用户掌握动态。用户可按起止时间、系统模块、人员筛选动态。针对文件夹、文档、任务、模型提供订阅功能，在订阅管理中可以删除订阅。

4）文档收藏。用于收藏文档和文件夹，对收藏的文档，文件夹可以查看、分享、下载等。

5）文档分享。选中要分享的文件、文件夹，单击“分享”即可创建分享链接，任何用户都可以通过该链接直接查看、下载文件。此外还可以查看已经分享出去的文件、文件夹，并可以在此取消分享或修改分享链接的权限、密码、有效期等设置。

6）我的任务。包含新建任务，以及任务执行、列表及删除子模块。新建任务时通过分组可以设置任务的类型，选择任务截止时间、设置隐私完成创建。流程创建后，可以根据需要添加附件、批注，发布后流程中预定义中的执行人可以接收该任务。任务执行分为 2 种，普通和其他类型任务。普通任务的执行人根据需要可以查看、添加附件和批注，输入审批、处理意见以后，通过后该任务转向下一个阶段，如果不通过则将该任务打回至上一阶段。其他类型任务的执行人根据需要可以查看和添加附件和批注，也可以临时添加执行人，权限同普通任务的执行人。任务列表包含任务查看、执行，各类任务流程预制及自定义，任务搜索等功能。在任务详情页中，可以选择删除任务。

7）项目管理。通过填写项目概况、GIS 信息、项目附加属性等可以新增和修改原有项目，此外可以删除选定的项目。

8）模型管理。通过模型名称筛选模型，支持新增、编辑及删除模型。编辑模型时，可上传模型的缩略图，定义坐标，输入关联的模型 ID 及确定它所属的项目。

9）我的设置。可以完善修改个人信息，如昵称、头像、性别、生日、即时通讯号码，修改绑定邮箱、手机、密码和联系地址（邮箱、电话可以设为公开或隐藏）等。也可以通过对姓名、职位等信息的设置，显示不同的名片。

10）系统支持模块。如用户名登录，以及组织、权限、成员管理等功能。

3 系统功能应用

上海市防汛信息中心于 2018 年 5 月初实施《基于 BIM 及 3D GIS 的水务应用项目管理平台》项目的建设，至 2018 年 11 月中旬，项目建设完成并投入使用。该项目目前已收集、整理、并维护了上海市 2019 年水务重大工程 14 个大项 72 子项的项目信息[9]。系统首页以列表及地图标注的方式显示水务工程项目，如图 2 所示。

杨浦区水厂位于杨树浦路 830 号，水厂改造工程全部位于杨树浦水厂内，分为西部和东部厂区 2 个改造区域。全厂实施深度处理、排泥水处理及现有常规系统改造建设期 4 a，杨树浦水厂基于 3D GIS 的三维模型如图 3 所示。

图 2 项目列表页面

杨树浦水厂模型管理及轻量化展示如图 4，5 所示。

经过 5 个月的建设和试运行，系统运行正常，上海市水务局已初步建成 BIM 数据中心及相应的水务应用项目管理平台。系统提供了免插件、免安装架构的轻量化 BIM 模型展示服务，可快速嵌入集成至现有局内平台中。此外，通过接口方式将平台的功能和数据公开，满足相关建设单位及其它政府部门对信息共享的要求。

图 5 轻量化展示界面

3 结语

通过分析上海市水务工作的现状，贯彻落实上海市及水务局关于推广 BIM 等技术的文件精神，以及水务部门业务和信息技术发展的需要，建设开发了基于 B/S 结构的、面向重大工程的水务应用项目管理平台。它实现了水务工作的智慧化，提高了工作人员的办事效率，后期可以从以下 3 点进一步优化项目：1）开展典型的建设项目全过程 BIM 管理服务，深化 BIM 管理平台应用；2）摸索成立水务 BIM 展示交流中心，放大先期示范效应；3）开展已建设施运营期 BIM 应用试点，探索典型设施运营 BIM 管理价值。