BIM+GIS技术在城市道路建设中的应用分析

彭小涛

（上海市政工程设计研究总院集团新疆有限公司，新疆 乌鲁木齐830000）

在实际工作中，城市道路建设管理过程中存在一定制约因素，主要表现为道路项目建设涉及因素较多、信息传递流程较为繁杂、影响决策指令发布效率、管理体系信息化程度较低及影响运维管理效率。这些制约因素严重影响“智慧交通”发展。通过利用BIM技术及GIS 技术可以有效对城市道路建设进行数字化、信息化、可视化管理，因此，BIM+GIS 技术分析具有重要意义。

1 工程概况

本文选取某城市道路建设项目作为案例，利用BIM 技术构建相应三维地形曲面模型、桥梁模型等专业模型，并在此基础上融合GIS 技术，构建相对应城市道路建设管理系统，以B/S 结构为基础开发管理系统，通过建立基于BIM 模型的多维数据可实现对项目建设进行信息化管理。

2 构建BIM模型

2.1 构建三维地形曲面模型

技术人员利用Givil3D 软件构建三维地形曲面模型，该曲面是道路建模的基础环节，技术人员可以通过该模型对道路建设涉及的土石方量等进行计算[1]。由于改模型精细度对后续管理工作质量具有直接影响，因此，技术人员应采用激光点云文件作为改模型构建的原始文件，最大限度地提升模型精细度，通过利用激光点云文件创建曲面视图。

2.2 构建道路模型

道路模型构建主要由Givil3D 软件完成，技术人员主要工作流程为：道路平面设计、纵断面设计、编辑超高、创建文件装配数据、生成模型[2]。技术人员在构建本工程道路模型时应注意，在面对地形曲面起伏较大、主干道与支干道衔接等情况时，应对相应部分进行细化处理，切实提升模型有效性。在融入输入工程路段实际数据后构建道路模型如图1 所示。

图1 道路模型图

2.3 构建桥梁模型

技术人员在对本项目建设过程中涉及的桥梁模型构建工作主要利用专业的Revit 软件完成，利用软件中的Dynamo 模块以及Pvthon 模块进行模型构建并实现模型参数化，方便技术人员随时对相关数据进行修改，有效避免重复建模问题，极大地提升工作效率[3]。2.3.1 常规桥梁结构拆分。本项目中，常规道路模型构建工作要求相关技术人员首先对本工作阶段差异性进行计算，并在此基础上对常规桥梁模型精细度进行确定，进而实现对常规桥梁各构件进行精细化拆分,整体流程如图2 所示。

图2 常规桥梁构建拆分流程

2.3.2 桥梁族构建。在建族环节，技术人员应首先选择符合实际要求的样板，随后进行实体形状构建。在Revit 软件中，空心形状及实心形状分别用于实体模型创建及异型结构布尔运算，因此，这两项命令是软件中最为重要的两项命令[4]。实心模型与空心模型具具备多种建模方式，技术人员只需选择相应命令即可快速创建相应模型。桥梁结构变化可以通过标注参数化的尺寸实现驱动其变化的目的，快速便捷地解决桥梁构件斜交角、桥梁纵坡等建模难题。2.3.3 桥梁结构拼装。技术人员实际开展桥梁结构拼接工作时应充分认识到公路项目建设主要集中在狭长场地，因此在建模过程中应采用大地坐标构建曲线线型，根据施工进度调整坐标与高程，同时本工作需要技术人员结合GIS 技术进行，对桥梁模型构建位置主要通过坐标信息控制。考虑到模型构建过程中需要对纵、横坡结构线型变化进行控制，因此需要利用Dynamo 模块进行，控制相关参数，满足按照空间曲线要求对桥梁模型进行拼接的工作。由于仅采用Dynamo 模块构建模型过程较为繁琐，可能出现人为失误，因此，需要技术人员结合Dynamo 模块与Pvthon 模块公共实现对桥梁模型的拼装工作。通过运行专业技术软件，技术人员构建出如图3 所示桥梁模型。

图3 桥梁拼装完成图

3 基于BIM技术的公路建设管理平台构建

本项目应用BIM+GIS 技术构建以B/S 架构、GIS 平台为基础，以BIM 技术为核心的城市道路建设管理平台。

3.1 构建模型管理模块

技术人员在开发此模块时设计可以利用管理系统WBS 目录结构列表、搜索引擎等渠道快速打开此模块，并获取所需数据信息。该模块主要功能设计主要包括以下几种：第一，按照施工进度对模型进行划分，以构建模型所需的最小构建为单位，通过对其进行精确分类与管理实现精细化管理工作要求；第二，模型与系统WBS 结构列表相对应，用户可以快速寻找所需信息；第三，系统搜索功能支持按桩号搜索相应模型。

3.2 构建施工过程管理模块

在本系统中，施工过程管理主要包括施工现场监控、路面摊铺管理等功能，通过对信息化管理系统可以有效提升监管效率。3.2.1 在道路建设工程压路工序中作业过程中，本系统将通过通讯模块与智能压路机进行对接，实施收集路基压实作业全过程数据，并根据搭载与智能压实设备中的数据上传模块将其传输至系统中，随后利用系统的数据处理功能计算单次路基压实厚度是否满足规定厚度要求，有效解决人工作业过程中填筑厚度超出规定范围的问题[5]。3.2.2 在道路工程路面摊铺工序作业过程中，本系统将对智能摊铺机进行连接，通过互联网渠道实时采集设备运行情况，接收智能设备中GNSS 基站发送的差分信号以及设备激光发射器送出的高程信息，随后利用现代计算机技术对相关数据进行分析、处理，最大程度地实现GNSS 平面厘米级于高程毫米级定位，最大限度地提升路面摊铺工序平整度，实现无桩化、数字化施工，切实提升本项目施工质量。3.2.3 在道路建设工程桩基钻孔工序中，本管理系统在可以与智能钻孔桩设备进行对接，利用现代计算机技术强大的数据处理能力与控制能力实现“厘米级精度”，同时智能设备在实际运行过程中还会对桩基钻孔作业过程进行实时监测及数据采集，将作业过程中涉及的基桩坐标、垂直偏差、钻进深度等数据上传至系统中进行综合处理，自动监控钻孔作业情况，一旦出现数据超标情况，系统会自动报警，协助施工人员完成对作业流程的修正，切实解决传统施工过程中产生的钻孔桩偏移、倾斜等问题，提升道路工程施工质量。3.2.4 在混凝土等建材拌和工序，系统在运行过程中会与智能拌合站主控电脑进行连接，通过系统信息处理能力对配合比、伴和温度、时间等情况进行实时控制，确保其满足工程建设实际需求。通过工程实例对本系统性能进行测试，从实际应用情况分析，本系统在实际运行过程中对动态施工进度、动态试验检测数据进行实时采集，有效实现对道路工程施工进度进行直观性表达，同时将施工过程中产生的异常情况及时传输给建设单位与业主方，实现了对工程进度进行掌控[6]。

3.3 构建资料管理模块

基于BIM 技术的多维信息数据库是资料管理模块核心技术，该模块主要为模型数据，Mysql 关系型数据库是资料管理模块的基础组成，该数据库将BIM 数据模型的构成数据进行表格化并存入数据库中，进行形成模型数据库。此外，本数据库在实际运行过程中还会储存文件、多媒体等多种数据文件。这数据文件均以BIM技术作为核心，将BIM 模型库与实际工作过程中涉及的其它数据库进行关联，并在此基础上，利用检索技术实现一次检索所有相关数据库的目的。同时，为确保数据安全性，本系统还采用冗余备份模式作为基本保障。

3.4 协调性评价

协调性评价包含的内容较多，因此将其定义为Ci，比如C1表示的是道路建设用地协调性，其中又包括多项指标，因此可以用Cij表示。如若协调性共计有n 个方面，那么其中的i 个方面共计有mi个指标，项目中所涉及到的协调性指标数量计算公式为：

在针对施工建设的协调性评价中，首先需对项目建设方案的道路信息以及地理信息进行收集，其次建立BIM 模型和GIS 模型，提取数据信息后录入到BIM-GIS 系统中，最后在平台中获取道路信息和地理信息。利用计算机处理后获取指标Cij，最后将Cij与要求指标Rij对比，对比判断公式为：

本工程在带入上述公式对比后发现具有协调性。

4 结论

本文以某市道路建设工程为依托，建立了一套完善的基于BIM+GIS 技术的信息化管理系统，方便技术人员随时进行修改与设计。同时开发出一套基于BIM 技术的信息化管理系统，通过利用可视化模型对道路间建设工程产生的数据进行检索、处理、储存，切实提升城市道路工程建设管理质量，这种情况也表现出BIM+GIS 技术具有良好的发展前景，对优化当前工程管理水平方面具有重要现实意义。