基于BIM+GIS的道路桥梁运维管理平台建设

房洪福

摘 要：本文针对以路桥为代表的市政工程，重点解决长距离线性工程BIM和GIS的数据融合和可视化应用展示问题，以BIM为数据基础整合多源异构数据，充分挖掘运维管理的实际业务需求，开发基于BIM+GIS的路桥运维管理平台，辅助运维管理决策、提升运维管理水平。

关键词：BIM;道路桥梁;管理平台

中图分类号：U418;U445.7 文献标识码：A

0 引言

近年来，BIM技术在建设项目全寿命周期阶段均得到大量应用和发展，尤其运维阶段的BIM应用成为研究的热点。对于市政交通基础设施来说，其具有运维范围广、成本高、周期长以及社会责任大、不确定因素多等特点，对运维效率和管理手段提出了更高的要求。交通运输部在《关于全面深化交通运输改革的意见》中对公路养护管理的信息化改革提出了具体的要求;在《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》中明确指出，要加强BIM数据应用，提升养护管理效能。

1 道路桥梁运维管理平台的建设需求

多元异构数据的融合城市市政交通基础设施的运维管理对象众多，包含了主体设施BIM数据、三维和二维GIS数据、业务管理数据等大量多元异构数据。BIM模型包含道路主体、土建附属、电气照明、绿化景观、给排水管线、交通监控等多类型、多专业的设施设备，需要GIS数据更关注外部环境信息且覆盖范围更大，一般包括倾斜摄影、卫星影像、激光点云等数据，各自遵循不同的数据格式。业务管理则涉及大量物联监测数据、工单表单、报表、文档、图片、视频等，数据分散、异构且繁杂。因此不仅要考虑从设计、施工阶段积累的模型数据如何合理提取和传递，还要建立统一的运维阶段的模型编码和数据标准，研究运维管理数据如何在平台上进行合理存储、关联和有机融合[1]。

2 基于BIM+GIS的可视化展示和分析

道路桥梁管理主体的线状延伸、范围大、对地理位置信息依赖度高等特点，因此利用BIM和GIS技术相结合作为运维管理平台的可视化解决方案。但由于BIM和GIS数据的覆盖范围不同、几何表达不同、模型精细程度不同，在一体化的三维集成展示方面存在着很大的挑战。需要解决不同精细程度模型的分级加载、渲染和展示，实现各级模型集成和无缝衔接，并基于不同的精细程度展示不同粒度和维度的管理对象和运维信息。除了提供便捷流畅的可视化查看和数据集成之外，平台还需要进一步挖掘数据可视化分析的应用价值。利用基于空间关系的GIS分析功能，可以获取基于空间的统计信息，从位置、范围上统计整个项目的关键指标。通过对多源数据的综合分析，可获取项目整体运行的状态和趋势，也能反映出各类关键指标的峰谷状况[2]。

3 运维管理业务要求

运维阶段较之前的设计、施工阶段而言，涉及更多的管理单位和使用者，如运维部门、养护部门、交通管理部门、政府相关部门甚至普通大众。同时运维阶段的时间跨度非常漫长，运维数据会随着时间和业务而反复持续积累。平台一方面需要考虑实际应用场景和结合移动终端设备的操作流程，另一方面也要结合可视化模块进行业务功能拓展，例如将巡检问题与BIM构件相关联，实现精细到点状线状构件的病害和维修管理，又如利用GIS地图和手机定位装置监测工作人员的实时位置，实现更有效的管理和考核，结合可视化手段建立更加符合运维人员使用习惯的信息化运维流程，充分发挥BIM模型的价值。

4 平台架构及关键技术

关键技术BIM运维模型编码和数据标准BIM模型作为核心内容，模型深度需要满足运维阶段的管理要求，BIM的单元划分应和运维系统的模型管理单元划分一致，主要构件需达到LOD300的精度，保证构筑物的详细尺寸和几何特征[3]。除了几何属性之外，不同的模型管理单元还应携带非几何的运维附属信息，包括故障、工单、人员、位置、状态等。为了保证业务数据能根据唯一的键值与模型挂接，项目建立了统一的运维系统构件编码。参照相关国家、地方和行业标准，并结合项目运维管理工作的实际而制定，采用组合码编码方式，由整体空间代码+分类代码+实例代码组成）：整体空间代码用于表征项目名称、分段、单位工程;分类代码用于表征构件的类别;实例代码用于区分每一个具体构件。构件编码考虑了层级关系，通过任一构件的编码能解析出其上级直至根节点的层次关系，保证数据处理的效率。基于WebGL的BIM+GIS图形引擎BIM与GIS的数据集成可以通过数据集成、系统集成和应用集成来实现，在实际应用过程中一般通过BIM与GIS数据格式之间的转换来实现数据集成。考虑到运维管理工作对模型精细度要求不高，但具备很强数据集成、系统集成的特点，因此考虑基于GIS引擎统一组织管理BIM数据，以实现两者的融合。平台依托SuperMap引擎实现BIM和GIS数据的无缝衔接[4]。支持Bentley、AUTODESKCIVIL3D、Tekla等BIM主流数据的无损接入，超百万级部件的BIM模型实时加载，通过多种技术手段，如实例化技术、LOD技术、轻量化处理以及生成三维缓存等，对BIM性能进行优化，解决了BIM精细化模型在大场景展示时占用资源浪费、加载卡顿等问题。同时利用WebGL技术，通过对计算机底层GPU的调用功能实现图形的三维可视化渲染，结合HTML5技术实现跨操作系统、跨终端的三维场景网络浏览服务。平台架构平台总体架构采用标准的四层架构，即基础设施层、数据层、服务接口层和应用层。基础设施层依托底层的IT基础架构，支持集群扩展;数据层基于GIS平台和数据库，对BIM、GIS和业务数据混合式存储;服务接口层在统一的鉴权认证体系下，对外提供数据和功能支撑;应用层采用B/S+C/S+移动端，涵盖平台设计功能。项目应用项目概况徐州迎宾大道快速路为徐州市“三环十二射一联”骨架路网中的一条重要对外射线，道路全长8.06 km，起自三环东路迎宾大道立交，终点接入连霍高速公路，道路宽度约50 m，建设标准为城市快速路，主线设计车速80 km/h[5]。

5 结语

本文针对以路桥为代表的徐州迎宾大道快速路工程，结合线性工程运维管理的实际需求和业务流程，开发基于BIM+GIS的道路桥梁运维管理平台，利用先进的WebGL技术和HTML5技术实现跨操作系统、跨终端的三维场景网络浏览服务。通过项目实际功能模块的开发和应用，形成了以BIM模型为基础的运维数字资产，解决信息分散问题，将传统的粗放型管理模式转化为可视化、精细化管理。后续将继续拓展平台的功能模块和数据结构，利用物联网设备实现运维数据的自动监测管理，深入挖掘模型仿真模拟、数据分析在运维阶段的应用，借助信息化、智能化手段有效提高道路桥梁基础设施的运维管理效率。

参考文献：

[1]于立凯，矫悦悦，常飞，等.BIM技术在道路桥梁工程施工中的应用[J].建筑技术，2020，51（11）：1297-1300.

[2]王轶凌.BIM技术在道路桥梁设计优化中的应用[J].智能城市，2020，6（21）：33-34.

[3]刘哲.基于BIM技术的市政道路桥梁设计探究[J].科技创新与应用，2020（23）：102-103.

[4]王贵忠.BIM技術在道路桥梁施工管理中的应用研究[J].黑龙江交通科技，2020，43（07）：205-206.

[5]董祯保.BIM技术在市政道路与桥梁设计中的应用[J].建材与装饰，2020（19）：261-262.