基于BIM+GIS的洋溪水利枢纽信息化管理平台建设

唐 岗

（广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司，530000，南宁）

广西柳江防洪控制性工程洋溪水利枢纽是国家172节水供水重大水利工程，洋溪库区含梅林大坝库区，库区范围广，涉及广西和贵州两省 （自治区）。在项目勘察设计各阶段，综合采用已有各项科学技术成果、专利，创新性地开展各项工作。其中，将勘察数据、建筑信息模型（BIM）数据、地理信息系统（GIS）数据等各类信息数据整合在一个平台上，形成洋溪水利枢纽地理信息管理平台及“一张图”，全面实现洋溪水利枢纽信息化管理。

一、平台整体设计思路

根据工程整体设计需要，创新采用人工地面测绘地形、无人机空中倾斜摄影、无人船水下地形测量等新技术进行数据采集，结合BIM三维设计对坝址地形建立高精度三维模型，建立大坝水工建筑物BIM模型(含左右坝肩、大坝厂房、溢流坝、航闸建筑物、机电设备、鱼道建筑物等)，建立三维地质BIM模型，建立移民安置点BIM三维模型，建立全库区200 km2DEM三维模型，以及建立重要市、县、乡镇、施工区等重要位置倾斜实景三维模型、库周公路复改建三维设计等。通过综合分析、挖掘、融合各种数据源，建立BIM+GIS综合地理信息管理平台，对工程各阶段按需要逐步扩展，形成信息一体化CIM管理平台，为工程设计、枢纽工程建设、移民搬迁、库区防护工程、水库淹没处理、环境现状影响、施工进度管理、防洪调度、后期大坝监测、工程管理运行维护等提供工程全生命周期信息化管理服务。

遵循创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，紧密围绕提升洋溪水利枢纽信息化管理水平和优化洋溪梯级水资源配置目标要求，采用建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、决策支持系统（DSS）、移动互联网等技术手段，以洋溪水利枢纽及监控（监测）站建设、通信系统优化论证、应用软件功能开发作为设计工作重点，为今后实现洋溪水利枢纽信息化、智能化打下坚实基础。利用云计算、大数据、物联网、人工智能等技术，构建可靠的计算机网络和数据支撑平台，实现洋溪水利枢纽信息化管理和应用。

二、平台建设与管理

1.二三维可视化信息平台

该平台主要基于二三维一体化地理信息平台，实现洋溪水利枢纽工程的设计（三维）、工程基本信息、工程施工进度、工程面貌（二维、三维）及各类关联工程信息、区域经济社会信息等的可视化展示与综合信息查询服务。

二三维可视化信息平台建设主要包含五部分：大范围三维场景、工程BIM三维建模、360°实景、动态模拟仿真和BIM+GIS地理信息系统。

（1）大范围三维场景

平台实现了洋溪水利枢纽工程库区、坝区及上下游部分区域的三维地形建模。基于三维场景，结合矢量数据、遥感数据、无人机正射影像图、天地图、无人机倾斜实景三维模型等，展现工程基本信息、工程施工进度及各类关联工程信息、区域地形地貌和经济社会信息等。

（2）工程 BIM 建模

通过对洋溪水利枢纽工程的工程设计效果及重点工程部位的三维建模，并与大范围三维场景融合，精细、直观反映工程细节。依托BIM平台的建设，建立面向工程建设过程与维护阶段的BIM应用实现模式。该模式整体分为三个层次，分别是平台层、数据层与应用层。

平台层是BIM工程数据中心，其利用大数据技术实现对工程勘测、设计数据、资料与成果信息集中统一存储、管理与分发，并动态集成施工过程数据，通过标准的API服务对外提供数据接口，实现BIM模型轻量化处理与可视化显示。

数据层为BIM平台提供数据源，包括前期的勘测设计资料和BIM建模成果，如坝址高精度地面三维模型、大坝水工建筑物BIM模型、三维地质BIM模型、移民安置点BIM三维模型、机电设备模型等，也包括施工过程的动态数据采集。为适用各阶段不同的建模工具与手段，以及不同的技术标准要求，平台支持采用标准的接口实现设计成果的集成，支持常用地质建模软件成果的导入，也支持其他专业的BIM三维建模资料与成果的读取与集成。

应用层为BIM专业应用提供基础支撑，实现对工程数字化施工中工程量计算、进度模拟、安全分析与评价、深化设计、VR动画展示、专业应用等提供全面的平台与技术支持，实现与BIM平台无缝对接，最终实现设计成果与施工管理的一体化，实现BIM对工程数字化施工建设的支撑。

（3）360°实景

拍摄洋溪水利枢纽工程施工现场360°实景图像，结合三维场景、三维模型进行展示，便于用户直观了解工程施工进度，拍摄库区移民村庄房屋室内室外360°实景图像，为补偿搬迁留证。

（4）动态模拟仿真

将模型加工制作成动画视频并配以音效等，图文声像并茂，生动活泼，直观清晰地展示整个工程面貌。结合虚拟现实技术，实现动态模拟仿真动画功能。在三维场景基础上，通过数学模型计算，将计算结果如库区、储水位、洪水位等叠加到模型上，实现某一过程的动态仿真显示，为管理决策提供形象化参考。

（5）BIM+GIS地理信息系统

平台软件是系统的基础，本方案采用ArcGIS软件作为综合信息平台，该平台有着强大的数据处理分析功能、三维建模功能及数据库管理功能，在该平台上融合各专业BIM数据、勘察设计数据，形成了BIM+GIS一体化，把整个项目数据信息融合一起，形成项目信息“一张图”。

在ArcGIS中建立统一坐标系，创建图层及数据库文件，把坝址高精度地面DEM模型、地质地下三维模型、大坝建筑物BIM模型设计、机电设备BIM三维模型、移民安置点三维模型和市县、乡镇、施工区等重要位置倾斜实景三维模型的各专业BIM三维设计成果，导出转入数据库中。通过对各类数据进行处理、融合、叠加分析显示，结合“天地图”影像数据作为大场景底图，高精度正射影像及实景三维模型作为局部场景，根据工程项目管理需求定制管理、查询、分析功能，搭建BIM+GIS综合地理信息管理平台，形成工程项目“一张图”，实现项目全信息化设计与管理。通过“一张图”，实现了各类数据的融合并进行各种分析、叠加，对完成工程勘察设计、项目施工、库区移民安置、道路复改建等发挥了巨大作用，为后期项目管理与维护打下了坚实基础。

2.计算基础平台

（1）基础平台搭建方案

根据枢纽信息化建设以及未来一个时期发展需要，数据库服务器和计算资源池采用4台四路高性能服务器部署物理集群进行构建，形成信息化发展的软硬件基础资源。

通过存储层面的双活实现两阵列间的互备保护。两台存储设备上的LUN被虚拟化为一个虚拟的卷，主机写操作通过卷虚拟化镜像技术同时写入两个存储设备，保持数据实时一致。

（2）主要软硬件设备配置

云计算基础平台配置2台虚拟化服务器、2台数据库服务器、1套集中式存储系统、1台光纤交换机，同时配置1套虚拟化软件和分布式存储管理软件。

3.异地灾备

根据系统的实际应用需要，建立一个异地数据系统，将本地关键应用数据复制备份于灾备中心，在此基础上，建立一套与本地生产系统相当的备份环境，部署业务应用系统，当本地生产系统发生灾难时，由灾备中心提供完全可用的应用生产环境。

4.运行管理

运行管理组织机构：强化信息系统的监测、维护、更新；明确有关人员在数据收集和处理过程中的职责；合理组织工作流程和信息流程；建立统一的工程信息编码体系。

运行管理方式：管理信息系统投入运行后，为确保系统的安全、可靠、稳定运行，保障各子模块在整个信息系统平台上的正常运行，必须加强整个工程信息系统的规范化运行管理，并设专业维护人员进行运行维护管理，负责设施的日常维护、更新，遭遇特殊情况后采取应急措施等。

三、技术创新成果

①采用低空无人机摄影测量新技术对工程库区进行地形图测绘，结合使用PDA外业平板人工调绘方式进行数字化立体采集成图，极大地提高了工作效率。

②采用自主研发无人测量船进行数据采集。无人测量船可安全、快速地进行水下地形测量，解决了复杂水域载人船难以进入而无法测量的问题。

③采用工程地质外业数据采集系统进行数据采集。在外业测绘时可直接从操作界面上点选相应的地质描述术语，配合高精度GPS模块工业级平板（支持多星定位技术和RTK差分技术），实现最高达厘米级定位精度，使得外业采集工作变得更高效、更简单、更标准化、无纸化。此外通过移动端、PC终端快速与服务器双向交换数据，与内业地质三维建模系统互相结合使用，实现内业外一体化，实现地质内外业数据转换、成图、制表智能化、快速化、协同化、自动化。

④实现坝区高精度地形采集及三维建模。在进行测量时，使用自主研发的实用新型专利 《工程测量水准仪支撑装置》《一种工程测量用便携测距装置》《一种水利水电测绘工具装置》，使用这些专利技术后，工程测量水准仪能够平稳升降，可靠性高。在测绘完成或转移地点时，水利水电测绘工具装置可以使作业人员快速省力地移动测绘装置和支撑板，节省空间，方便携带，进而达到保护和便于移动的效果，提高了工作效率。

⑤各专业采用BIM技术开展三维协同设计。规划、测绘、地质、水工、施工、机电、建筑、暖通、给排水等专业的BIM三维设计资料集中于同一平台下，三维设计项目组内各成员、各专业间协同设计,信息更新及时快速。设计过程中由三维设计管理员统一管理协调，定期进行项目组成员和专业间沟通、配合，显著提高了工作效率。三维协同设计还可发现二维设计中难以发现的问题，解决了设计中的难题，并丰富了产品，三维成果形象、立体，实现“所见即所得”,也为知识密集型产品进入程序化、标准化生产打下坚实基础。

⑥实现BIM+GIS数据融合分析，搭建工程地理信息管理平台。通过对勘察数据、BIM数据、GIS数据高度整合、叠加、分析、融合，结合国家“天地图”影像数据作为大场景底图，深度挖掘潜在价值，实现功能定制、优化，形成工程项目“一张图”，有利于工程建设质量、进度、投资控制和经济、社会、环境效益。