基于BIM技术实现航道水下地形空间监测

摘 要：地形在区域环境当中发挥着至关重要的作用，是其不可缺少的核心构成部分，通过分析三维地形为进一步研究地表演化过程带来了新型的技术支持。本文通过将某航道整治二期工程作为案例，深入分析其水下地形测量数据，在应用BIM技术的基础上使各个阶段航道水下地形表面具有三维可视化的特征，同时分析与监测其动态。根据相关研究结果得知，通过应用BIM技术能够达到监测航道水下地形空间的目的，又可以直观地表现出区域地形的三维情况，如：泥沙淤积、演变等，在航道治理与维护方面发挥着至关重要的作用。

关键词：航道;BIM技术;空间监测

建筑信息模型主要是将建筑项目的全部数据信息当作基本条件，生产同时构成三维数字化模型，借助数字信息数据通过仿真技术使建构筑物实体和功能特性的数字化以三维的方式进行呈现，同时在BIM管理平台的基础上，有效掌控前期项目规划、实行以及后期运转等全部环节，从而加强对项目全寿命周期精准管理，最终在一定程度上获得更多的项目管理增值。

当前，水下地形依然存在不稳定性的特征，大部分状况下都会发生变化，水下地形的发展特征与地质结构跟随时间的推移出现连续改变。因为所在的地质结构与区域位置之间存在的较大差别，航道的水下地形变化表现出多样化的变化规律，能够在分析周期性监测数据的基础上，总结出航道水下地形变化具有的特点。例如，在水下地形空间监测中运用BIM技术，有利于周围环境、水下地形汇集在一起，精准的呈现出工程项目的各种属性信息，如几何、功能及物理等，然后借助渲染、三维建模等后期操作，直接呈现出区域水下地形的各种信息，如：地形演变特性、自然起伏情况及水域周围环境等，为测量成果的呈现带来一种新型手段。

一、BIM的技术特点及应用

（一）技术特点

BIM技术形成的数字三维建模技术具有可视化的特征，和CAD之间存在的主要差别为：BIM技术不只是一种软件，其还属于一种信息化管理方式，能够达到管理信息化、建筑业精准化等目的。利用数据信息数据模拟建构筑物具有的真实信息特性，同时采用三维建构筑物模型，完成指定功能操作，有助于对项目进行精细化、可视化及智能化建造管理。BIM技术在模型信息方面具有的特点主要表现为以下几点。

其一，关联性。BIM模型当中的对象能够相互辨别，信息模式主要是将结构构件具有的制约关系作为原则进行构件，其包括互相关联的可辨别对象，能够对统计模型信息进行全面分析，同时在统计结果的基础上形成指定格式的成果资料。倘若转变信息模型当中的对象，有利于使信息模型的完好性得到有效保障，同时还可以使和信息模型存在关系的全部对象进行相应创新。

其二，集成性。BIM模型与CAD二维平面图纸之间存在的主要差别为：BIM模型能够汇集大量信息的项目数据模型，在数据库当中主要将数字形式作为主要存储方法，為今后数据信息的更新与共享提供方面，使项目数据模型具有可视化的特征，在同一项目数据模型的基础上，充分展示各个专业前期设计与后期效果，同时在加快优化工程项目全寿命周期管理方面发挥着至关重要的作用。

其三，一致性。各个阶段的模型信息具有一致性的特点，模型信息的一致性融入建构筑物全寿命周期的每个阶段，同样的数据信息不需要重复录入，同时模型信息在每个阶段能够进行扩展、修改等操作，加快信息模型自动更新变化，这样能够防止信息出现不一致的情况。

其四，协调性。协调性在建筑工程当中是不可缺少的主要内容，从业主与施工单位、设计单位方面来看，都需要做好协调与配合工作。BIM模型的协调性服务能够有效解决施工过程中出现的难题，例如，协调各专业之间的碰撞问题，形成相应的协调数据，从而有利于工作人员进行准确掌控。

（二）技术应用

当前，BIM技术主要应用于以下七大领域：（1）工程量计算：通过将BIM技术运用在工程量计算当中有利于提升预算速度与精准度，同时还可以迅速开展招投标、明确分包工程量及审核进度款等工作，从另一方面来看，还能够为准确运营管理提供基本数据支撑，从而开展全寿命成本控制工作。（2）协同管理。在协同管理方面应用BIM技术能够建立项目信息枢纽，被授权人员能够动态获得最新精准数据信息，转变之前点对点的沟通方式，完成一对多项目数据中心，进而减少互相之前的沟通偏差，提升协同效率。（3）碰撞检查：将BIM技术应用在碰撞检查中鞥能够自动形成平面图、剖面图及预留孔洞图等，同时还能够碰撞检查模型，准确引导施工。（4）深化设计：帮助施工班组完善，全部呈现出施工组织方案。（5）虚拟可视化：在虚拟可视化当中应用BIM技术能够表现出施工动画、虚拟漫游，同时模拟施工方案N-D、可视化交底，实时发现同时有效处理问题。（6）企业级项目基础数据库：将BIM技术应用在企业级项目基础数据库当中能够依据区域、进度等进行多方面统计，完成人、机、材资源计划迅速拟定，对比短周期多算;针对执行方案的变化，能够快速调整资源计划;从另一方面来看，还能够全面管理企业级多项目资源，同时为限额领料等提供支撑。（7）工程档案管理：在工程档案管理中应用BIM技术模式可以将信息构成工程档案资料库，如果和现场影像数据系统整合，能够为后期竣工交付等工作提供方便，进而提供保修服务、减少成本，为物业运营维护提供更高的价值。

二、技术路线

通过Civil 3D实现各个阶段航道水下地形测量数据的汇集，形成各个阶段航道水下地形曲面，同时对比分析各个阶段地形曲面，从而空间监测航道水下地形，这种做法的主要目的是搜索一种新型的航道水下地形改变技术方式。航道水下地形曲面主要是根据各个阶段实际测量水深高程数据进行构件，成果模型的构建需要借助Civil 3D的曲面建立功能，把航道工程多源测量数据实测点数据，如二维地形图DWG数据、单波束测深点数据、GNSS RTK及多波束测深点云数据等融入到Civil 3D中形成地形曲面。

根据每个阶段建造的航道水下地形曲面模型，利用BIM技术站在测量角度对航道的变化规律和测量周期规划进行深入探究，其效果能够充分体现出每个阶段航道水下三维地形图之上，然后借助Civil 3D的数据分析功能可以分析运用航道变化规律的空间，呈现出水下地形改变状况。

三、工程案例分析

（一）工程概况

本文选用的航道治理二期工程水道总共程度为14千米，上起板子矶，下到高安圩，平面形状表现为鹅头型分汊河道。江中的河道划分为三个水道，即：南、中、北，在这三个水道当中，南水道是长江下游主要碍航浅水道之一，是当前主要的航道。

本文在研究过程中通过将该工程水下地形测量数据作为基本条件，全面运动多种测量技术方式搜集地理信息数据，以便于使BIM、设计工作的要求得到满足，同时借助内业处理完成多源测量数据的汇集，做好航道水下地形曲面模型的构成工作。

（二）采集原始测量数据

该航道项目原来测量点数据主要划分为两部分，第一部分为陆域，第二部分是水域：陆域测量点数据成果指的是GNSS RTK实际测量点数据文件;水域测量点数据成果包含单波束测深点数据文件与多波束测深点云数据文件。然而针对地形比较复杂和需要呈现航道局部地区细节特点的重点位置，由于GNSS RTK搜集的高程点数据相对分散，不能充分体现出地形地貌的实际情况，因此汇集二维地形图DWG格式文件当中的特征点、等高线及特征线等高程元素信息，以便于使地形曲面数据更加精细化，使其构成真实体现航道水下地形气腹特点的地形曲面模型。

（三）创建地形曲面

数字地面模型在Civil 3D当中被称之为“曲面”，主要划分为两种类型，第一种为表面上的“曲面”;第二种是“体积曲面”。三角网曲面属于缺省的曲面种类，其利用不规范三角网准确的方针模拟真实地形，曲面数据都是采用三角网模式存储与操作数据信息。通过原始测量点数据，如：多波束点云、单波束水深点等构件航道水下地形曲面是非常精准的技术手段。测量点数据或许可以代表图形当中的Civil 3D点，同时还可以在外部文本文件中详细记录。运用Civil 3D时，倘若可以精准的获得测量点数据，能够在测量点数据的基础上构建地形曲面，通过采用这个方法能够有效防止由于采用其他软件处理造成其他问题。

（四）不同阶段地形曲面对比

为了可以充分展示出航道水下地形的变化规律，需要使用Civil 3D构建各个阶段航道水下地形曲面，然后借助软件具有的构建体积曲面功能，对比计算已经构建的各个阶段航道水下地形曲面模型，同时针对曲面模型进行可视化编辑操作，如高程分析、渲染等，从而可以直观的看到航道每个阶段地形变化实际装了。例如，借助Civil 3D技术对每个阶段航道水下地形曲面地形实体进行创建，同时还可以全面统计各个阶段航道水下地形的土方量，进而从多个角度（工程量、可视化等）针对航道水下地形实现空间监测。

四、结论

通过对本文内容进行研究，得出以下几点结论：第一，通过运用BIM技术能够直观反映出每个极端航道水下地形地貌，有利于呈现出航道水下地形空间改变和时间因素之间存在的联系，同时还有利于深入探究航道水下地形跟随时间的推移与拟定科学的航道水深监测周期带来全新技术方式;第二，通过采用空间监测的方法对航道水下地形空间进行监测，有利于指导BIM技术更好地运用在航道建设中。

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作者简介：秦亮亮（1980— ），男，汉族，辽宁大连人，法律硕士，工程师，北京北方工业大学，法律专业，研究方向：无线电测量。