BIM+GIS在高速公路智慧建造中的关键技术分析

童羡遥

摘 要：随着现代化技术以及信息化手段的飞速发展，社会已经进入到了全新的发展进程中，这也对BIM技术以及GIS技术的发展起到了良好的促进作用。特别是在高速公路的施工建造过程中，BIM技术与GIS技术更是起到了至关重要的作用。先对BIM+GIS技术的应用特点与优势加以明确，再对BIM+GIS技术的主要应用功能展开深入分析，在此基础上，提出BIM+GIS技术在高速公路智慧建造中的应用措施。

关键词：BIM技术;GIS技术;高速公路智慧建造;应用措施

中图分类号：U415文献标识码：A文章编号：2096-6903（2022）08-0114-03

0引言

BIM技术作为一种工程数字化的工具，能够为解决工程信息化问题提供出全新的工程建筑信息体系，在BIM模型当中涉及到的各类属性信息，能够精确到构件级别，其具备着信息全面性以及协同性较为优异等多种优点。而在高速公路智慧建造的过程中，由于高速公路项目的规模比较大、路线比较长，BIM技术的应用缺点也进一步凸显出来，比如可视化处理时间比较长以及模型数据信息量较高等。而在近年来的发展进程中，GIS技术的研究应用已经逐步成熟，通过GIS技术能对大量的地形数据信息进行高效处理，从而稳步提高整个系统的运算效率，保证其能够处在一种流畅运行的状态中，在宏观模型的展示方面也有着十分显著的优势，但精细化以及微观方面存在的劣势，仍旧属于影响其应用效率的主要内容。因此，这就需要将BIM技术与GIS技术有效结合在一起，从而为高速公路工程项目的开展提供出更加全面的数据信息。

1BIM+GIS技术的应用特点与优势

在BIM技术中，其主要蕴含着两方面内容，分别为建筑信息建模以及建筑信息模型，其中一层强调的为过程，另一层强调的是结果，而在CAD技术不断发展的背景下，BIM技术已经成为了目前应用较为广泛的建筑信息模型创建技术。同时，通过BIM技术的应用，也能够进一步促进高速公路向着智慧高速公路建设的方向转变，在其中更好地融入物聯网技术，将其进一步表达在设计环节中，并对建造以及运营阶段展开高效管理。而GIS技术则是传统地图学与现代化计算机技术结合过后所形成的一种特殊空间信息系统，通过对于空间对象的地理位置以及相关属性信息进行收集后，对其展开全面的运算分析，保证现实空间对象能够有效转变为图形显示模式，更加直观地为项目管理决策提供出数据信息支持。

目前，高速公路信息化飞速发展，如果仍旧采用单一化的技术手段，则很难满足现代化公路建设的基本需求，这也使得技术的协同性成为了其中的关键因素，通过BIM技术与GIS技术之间的有效结合，就可以进一步满足这方面需求。其中的无人机倾斜摄影技术不仅可以稳步提高BIM技术的整体建模速度，还可以快速生成项目的三维地形曲面，保证BIM技术可以更好地实现实景建模，能够为BIM技术的静态以及GIS技术的动态多维技术特性有效结合提供全新的技术支撑。

而在进行深入研究后可以看出，BIM+GIS一般情况下都是根据数据信息、系统集成或是应用集成所实现的，同时也可以在BIM的应用环境中集成GIS，还能够在GIS环境中集成BIM，或是直接结合两者展开深度集成，从而充分发挥出各自具备的优势，拓展出更加广泛的应用领域。并且通过BIM技术与GIS技术的融合使用，能够有效解决数据信息的共享问题，还可以有效实现工程微观模型信息以及宏观场地信息之间的有效结合。在高速公路建设管理当中应用BIM+GIS技术，能够更好地促进高速公路的信息化建设，对于智慧交通的实现有着十分重要的意义。而在目前的市场环境中，大多数BIM软件都支持多样化格式，比如IFC或是DAE等，尽管不同的GIS平台对于格式的兼容性存在着一定程度的差异，但两者之间的结合却相对较为成熟[1]。

2BIM+GIS在高速公路中的融合问题

BIM技术在实际应用过程中，应当将其贯穿在整个工程项目的设计施工以及运维管理当中，其也属于一种具备着数字化特征的管理协作过程。而在GIS技术当中，其存在着具备各类空间属性的地理环境信息，能够更好地实现空间分析以及地理资源的合理规划。而在BIM+GIS在高速公路工程的应用过程中还存在着以下几点问题：首先为数据信息的匹配问题，国内与国外的BIM建模软件在种类型较为复杂，并且在不同软件中还有着完全不同的储存方式，再加上数据信息的格式并不相同，处在一种较为封闭的状态中，这就为BIM数据与GIS平台的应用产生了较为严重的影响;其次则是模型轻量化问题，在BIM建模软件当中，其所注重的主要为单一体建筑，但通过GIS就可以针对某一个区域或是整个城市的BIM数据加以管理，然而由于终端方面的配置比较低，这就使得GIS需要进行处理的数据信息量比较大，不仅要解决数据格式转换的问题，更要对数据进行适当的轻量化和优化。

3BIM+GIS技术的主要应用功能

3.1 电子沙盘

在电子沙盘功能当中，其进一步结合了激光点云、倾斜摄影以及航空影像等多方面空间数据信息，通过三维实景的方式来进一步展现出隧道、路基以及桥梁等专业化的BIM模型信息以及地形地貌信息。而电子沙盘则是项目的一种形象化表达模式，能够为实时监控以及科学调度等工作的实现提供出重要支持，电子沙盘作为一种三维可视化平台，不仅可以更加直观地反映出大范围的场景信息，也能够进一步反映出BIM模型当中的各类细节。

在整体电子沙盘模块当中，还具备着各种现代化功能，而系统自身所具备的功能主要体现在以下几点：首先，电子沙盘模块可以进行大小场景之间的切换，通过这种对场景内容进行放大或是缩放的方式，可以针对高速公路项目的具体情况产生更加深入地了解，而在放大场景的过程中，对于高速公路工程项目的走向、施工难度以及工程价值等内容，都可以提供出更加直观的场景，有利于对其进行全面分析，而在缩小场景时，就可以详细表达出单个构件的信息，大幅度降低各类质量问题的发生概率;其次则是对结构物进行的定位，在电子沙盘模块当中，提供出了根据结构物与坐标进行定位的功能，保证使用人员可以充分结合目前位置的地形数据信息、BIM数据以及设计数据展开系统化的分析;最后为视频监控，通过电子沙盘模块与视频监控之间的结合，就可以及时找寻出高速公路工程中各个摄像头的主要位置，在切换摄像头视角过后来实时显示出场景内部的主要数据信息，这种功能也能够为后续的施工建设带来极大的便利[2]。

3.2 征地拆迁

在高速公路工程的施工建设阶段中，征拆工作的开展不仅工作难度比较高，还存在着工艺类型比较复杂等多种特征，而通过BIM技术与GIS技术的应用，就可以有效解决这部分问题，通过BIM以及GIS技术的研发系统，能够更加便利地导入用地数据信息以及征拆数据信息，将数据关联到相应的地图当中，在地理空间位置以及地理空间大小等方面更好地表达征拆对象。同样，在系统当中还能提供出征拆工作人员对于征拆数据信息的维护更新功能，这也有利于对征拆数据进行统计与记录，面对那些征拆较为困难的工作内容，就要结合地图信息来进行针对性地挂图作战。而在征拆功能模块当中，其主要功能为以下几点：

首先，征拆功能模块能够对各类数据信息进行准确表达。通常情况下，与征拆相关的数据信息主要分为地块数据以及附着物信息这两种不同类型，附着物信息相对较为复杂，主要为各类电线或是植被等内容，而地块数据所采用的则是不规则的集合图形所表示。然而，无论采用的是点还是线，系统都可以利用GeoJS展开集合表达，使得相关的属性数据信息可以在自研系统平台当中进行储存。

其次，要对征拆数据信息进行科学合理的维护。站在数据来源的角度上来看，可以将其划分为设计数据与施工数据。在设计阶段中，可以采取外业工作调查的方式，从而构建出基本的征拆数据，在后续各类工作的开展进程中，由于显示因素所带来的影响，必须要进一步结合实际施工情况来调整征拆数据，保证数据维护管理模块能够支持直接转入以及业主审批的管理模式[3]。

4BIM+GIS在高速公路智慧建造中的应用措施

4.1 项目GIS模型的构建

GIS模型的创建形式相对比较多，其中可以采取下载谷歌卫片生成的方式，也可以采取无人机倾斜摄影或是三维激光雷达扫描方式进行工作。而采用谷歌下载卫片方式所生成的地形精度相对比较低，三维激光雷达的扫描效果较为优异，不仅有着极高的精度，还可以将误差稳定控制在10 cm以内，但整体成本消耗比较高;而现阶段高速公路工程项目当中采用最多的为无人机倾斜摄影生成GIS地形的方式，在倾斜摄影工作流程当中，具体包括了飞行摄影以及外业测量这两种工作步骤。

首先，要在Smart 3D Capture自动建模系统当中全面加载出测区内部的影像数据信息，并采取人工操作的方式來确定好各大控制点，在软件内部还要采取光束法来对区域网进行平差处理，通过影像片内部所形成的光线，还要将其当做基本的平整单W元，保证区域内部的最佳点可以与控制点坐标系有效结合在一起，从而在模型当中对地物空间存在的空间关系与位置关系加以复原。

其次，要采用密集匹配技术，提升系统的内部影像匹配的精准程度，确保其能与同名点之间及逆行自动匹配，抽出影像当中的基本特征来构成密集点云，保证地物的细节可以更好地表达出来，而地物越复杂，或是建筑物越密集的地方，点密集程度就越高，相反则比较稀疏。由空中三角测量所构建出的影像之间，其存在的三角关系可以构成三角TIN，而后通过三角TIN构建出白模，软件可以在影像当中进一步计算出相应的纹理，自动将纹理映射在白模当中，从而形成真实性更高的三维场景[4]。

4.2 项目施工管理的应用

首先，要对BIM+GIS的三维可视化方案进行对比选择。三维可视化属于BIM+GIS的主要特性，通过三维可视化能够稳步提高项目的沟通效率以及沟通质量，在后续方案探讨、专家论证以及专家评审阶段中，可以进一步提高整体工作效率与工作质量，从而有效实现降本增效的主要目的。而在山区高速公路工程当中，其大多存在着山体与路线之间的绕行关系，在涉及到方案变更内容时就可以采用BIM+GIS来迅速找寻出山体与路线之间存在的关系，进一步提出绕行路线，实现对于变更方案的深入讨论。而考虑到山体公路项目后期可能会因地质等元素而出现山体不稳的问题，为了进一步提升高速公路主体的安全性，就要对原本的路线设计进行适当的调整。

其次，要通过BIM+GIS进行土方算量。由于高速公路工程施工建设的基本需求，需要针对服务区开展土方平衡，应当根据项目建设的实际情况来从周边环境中改进型调土，从而更好地进行场地平整工作，在初步计算后大约需要几百万立方米的土方。为了对其进行更加科学合理的调配，就可以利用GIS模型来对土石方的功能展开准确计算，而后利用已知点，通过SX10来设立测站，在其中扫描其中需要的各类点云，并通过SX10全站仪功能来测量部分特征点，如果需要扫描两个测站，在取景方面就要选择全部范围方式，通过广角的照相机来讲扫描数据信息进一步导入至TBC当中，以此来得到点云数据信息。而通过TBC软件还可以对地面、电线杆以及建筑物进行自动分类，对于软件自动分类产生问题的，就可以采用手动调整的方式，有效剔除周边存在的杂点。

4.3 形象进度管理

各类高速公路项目具备着项目规模比较大以及参加方较为复杂等多种特征，而进度管理工作不仅属于项目管理工作当中至关重要的组成部分，并且通过专业化的进度管理，还可以保证施工质量不会受到影响，大幅度降低高速公路项目的整体成本。在传统的进度管理工作当中，通常会采用进度百分比的方式，以此来更加直观地表达出项目目前的开展进度。

随着BIM技术以及GIS技术的不断发展，出现了一种采用真实场景着色的表达方式出现，通过这种方法能够保证项目内部的进度可以更加形象地表达出来，为项目的管理人员提供出直观的数据信息。在系统内部能够直接提供出正在施工、施工完毕以及未完成等多种状态的表达，使得管理人员可以在三维化的场景当中明确单体结构的具体施工进度，系统内部针对这部分状态还提供了统计汇总功能，能够为后续的投资统计以及项目进度提供必要的数据信息支持。

在形象进度的实际表达过程中，如果采用三维场景的方式对形象进度加以表达，其内部就会缺乏关键数据信息的支撑，虽然在形象表达方面具备着具体性与合理性特征，但却会丧失原本的统计分析功能。所以，为了确保统计分析目标能够顺利完成，就必须要将统计分析模块与形象进度之间进行融合，还要在全项目、指定单位工程以及指定标段当中来分别对施工进度加以统计[5]。

4结语

综上所述，传统的施工建设措施已经很难跟上时代发展的脚步，因此，在高速公路工程的智慧化发展进程中，就应当科学合理地引入BIM+GIS技术，通过这一现代化技术手段的普及来促进企业项目建设质量与建设效率的稳步提升，为高速公路的智慧转型起到良好的推动作用。

参考文献

[1] 刘志中，裴佑生.BIM技术在高速公路互通立交设计及施工管理中的应用[J].北方交通，2022（02）：50-53+56.

[2] 郑豆豆.BIM技术在高速公路机电工程中的应用[J].交通世界，2022（Z1）：221-222.

[3] 王嘉伟.BIM技术在高速公路施工生产中的运用[J].智能建筑与智慧城市，2021（12）：171-172.

[4] 贾立.BIM技术在高速公路工程建设中的应用分析[J].智能建筑与智慧城市，2021（11）：168-169.

[5] 熊欣，杨克华，赵喜锋，等.BIM+GIS在高速公路智慧建造中的关键技术[J].中国公路，2020（10）：112-113.