BIM+GIS技术在公路工程建设智慧管理平台中的应用

王旭军

（甘肃昶达勘察设计有限公司，甘肃 兰州 730070）

0 引言

为了解决传统公路工程建设管理方式中的信息不对称、管理效率低下等问题，提高公路工程建设管理的质量和效率，近年来，相关领域尝试将BIM 和GIS 技术应用于公路工程建设管理中。BIM 技术（Building Information Modeling）是一种基于三维数字模型的工程设计和管理技术。BIM 技术可以将工程项目的设计、施工、运营等各个环节的数据集成到一个数字模型中，实现信息共享和协同。GIS 技术（Geographic Information System）是一种基于地理空间信息管理和分析的技术，可以对地理信息进行采集、处理、分析和展示，帮助用户更好地理解和管理地理信息。将BIM 和GIS技术相结合，可以全面、准确、及时地管理和控制公路工程建设信息，提高公路工程建设质量和效率。

1 BIM 和GIS 的基本概念和特点

1.1 BIM 的基本概念和特点

BIM 是一种基于三维建模的数字化建筑信息管理系统，可以实现对建筑设计和施工过程中的各种信息和数据的数字化、可视化和智能化管理。BIM 技术可以实现建筑模型的全生命周期管理，包括建筑设计、施工管理、运营维护等各个环节。

1.1.1 多维信息共享

在建筑设计和施工过程中，应用BIM 技术可以实现对各种信息和数据的数字化、可视化和智能化管理，包括建筑模型、设计图纸、施工进度、工程成本、材料清单、质量检测、安全监控等[1]。这些数据可以在BIM 平台上进行多维度集成和交流，使不同参与方之间能够更好地共享信息、沟通协作，从而提高建筑设计和施工的效率和质量。在施工过程中，BIM 平台可以实时监控施工进度、质量和安全等信息，帮助管理人员及时调整施工计划、监控施工质量和安全风险。此外，BIM 技术还可以与其他信息系统集成，实现数据交互共享。

1.1.2 全寿命周期管理

全寿命周期管理是BIM 和GIS 技术结合的核心理念之一。BIM 和GIS 技术都具有数据集成、空间分析和可视化展示的特点，因此可以在建筑物或工程项目的全寿命周期内实现业主、设计、施工等多个单位之间协作。BIM 技术可以将建筑物或工程项目的所有信息整合到三维模型中，包括设计图纸、构件信息、物料信息等。GIS 技术可以将建筑物或工程项目的地理信息与BIM 技术的三维模型相结合，帮助业主和设计单位进行规划和分析。全寿命周期管理需要业主、设计、施工等多个单位协作，应用BIM 和GIS 技术可以在建设工程项目的全寿命周期内，实现数据共享、协同设计和施工管理，帮助各个单位协调好各自的工作，确保工程项目的质量、安全和可持续性发展。

1.1.3 协同设计

BIM 技术可以实现多个设计团队协同设计，提高设计的效率和质量。在BIM 平台上，设计人员可以将各自的设计数据和信息进行数字化和整合，实现数据共享和交流。BIM 平台还可以提供协同设计的功能和工具，如共享模型、在线会议、版本管理等，设计人员可以实现实时协作、互相协调和优化设计方案。

1.1.4 可视化展示

BIM 技术不仅可以将建筑模型以三维形式呈现，还可以将其他数据与建筑模型相结合，实现更全面的分析和可视化展示。Revit、Navisworks、3DMax、BIMFIM、Unity3D 等多种软件相结合，可以实现更全面、交互性更强的可视化展示。

3DMax 是一款专业的三维建模和动画软件，可以将BIM 模型导入并进行高质量的渲染动画制作。使用3DMax 可以创建逼真的建筑场景和效果动画，以生动的方式展示施工模拟。

Navisworks 是一款协同和可视化软件，可用于建筑、工程和施工项目协调和可视化，可以集成来自不同软件的建模文件，并进行模型协调和碰撞检测。将BIM 模型导入Navisworks，实现模型之间的协调和碰撞检测，并生成可视化的碰撞检测报告。Navisworks还可以创建4D 和5D 模拟，将时间和成本信息与建筑模型相结合，进行可视化展示。

Unity3D 是一款跨平台的游戏引擎，也可用于建筑可视化展示，支持BIM 模型导入，并提供强大的渲染和交互性能。Unity3D 可以创建交互式的虚拟现实（VR）或增强现实（AR）应用程序，用户能够以沉浸式的方式探索和交互设计，可以将BIM 模型与高质量的渲染、动画、实时渲染和交互性相结合，实现全面、直观和交互式可视化展示，帮助项目团队和利益相关者更好地理解和参与项目。

1.2 GIS 的基本概念和特点

GIS 是一种基于空间数据的地理信息管理系统，可以对地理信息进行数字化、可视化和空间分析。GIS 可以实现地理信息采集、存储、处理和分析，包括地形图绘制、空间分析、地理数据查询等。

1.2.1 空间数据管理

GIS 可以将不同来源的地理数据进行整合、存储、管理和分析，实现对地理数据的一站式管理，用户可以通过空间数据查询和可视化，深入了解地理空间的特性和相关信息。GIS 平台可提供丰富的空间数据管理功能，如地形图叠加、数据查询、数据编辑等，可以实现对空间数据的有效管理和应用[2]。

1.2.2 空间关系分析

GIS 可以进行空间数据的关系分析，GIS 平台可提供各种空间分析工具，如缓冲区分析、空间叠加、空间查询等，可以实现对空间关系的分析和描述。在公路工程建设中，可以使用GIS 技术进行路线规划和优化，通过分析公路与河流、山脉等空间关系，确定最优的路线方案。

1.2.3 多源数据融合

GIS 平台能够提供数据处理和转换工具，对不同来源的地理数据进行融合和整合，使数据的准确性和可信度得到提高。在实施过程中，可以将来自卫星、地面调查、遥感等多数据源的地理信息进行整合和分析，实现在设计和施工过程中多角度观测和分析，提高数据的精度。

2 BIM+GIS 技术在公路工程建设管理中应用的意义

2.1 提高规划设计效率和质量

应用BIM+GIS 技术可以实现公路规划设计的数字化、可视化和智能化管理，通过对不同维度数据的综合分析，可以为规划设计过程中的决策提供支持和参考，减少规划设计的错误和不足，提高规划设计的效率和质量，还可以实现规划设计方案的可视化展示，帮助业主和决策者更好地理解和评估方案。

2.2 优化施工过程

应用BIM+GIS 技术可以实现公路施工过程的数字化、可视化和智能化管理，通过对施工进度、质量、安全等方面的监控和分析，实现施工过程优化，还可以提供施工过程中的决策支持和风险预警，及时发现和解决施工中的问题，减少施工期间的资源浪费和安全事故，提高施工管理的效率和质量。

2.3 提高运营维护效率和质量

应用BIM+GIS 技术可以实现公路运营维护的数字化、可视化和智能化管理，通过对公路运营维护过程的监控和分析，实现运营维护的精细化管理和优化，还可以在运营维护过程中提供决策支持和问题解决方案，减少运营维护的成本，提高运营维护的效率和质量。

2.4 促进信息共享和协同管理

应用BIM+GIS 技术可以实现不同团队和部门之间信息共享和协同管理，从而促进沟通和合作，提高整体效益。传统的工程管理存在信息孤岛和数据共享困难等问题，造成不同部门间的信息不对称和重复劳动，导致施工效率低下和项目成本增加。应用BIM+GIS 技术，不仅可以实现工程数据共享和整合，还可以实现多个团队之间协同设计和施工管理，减少重复工作和信息不对称的问题，提高工程建设的整体效益。

2.5 支撑智慧工地建设

在智慧工地建设中，BIM+GIS 技术在高速公路复杂互通立交工程中的应用可以为智慧城市建设提供数据基础和技术支撑。应用BIM 技术可以在建筑设计阶段实现对工程的全面模拟和分析，包括设计、施工、运维等各个阶段。在设计阶段，发现可能存在的问题，减少建筑施工现场变更和调整，提高施工效率，降低施工成本。应用GIS 技术可以全面了解施工现场周边环境，包括地形、地质、水文等信息，能更好地进行施工现场规划和安排，以及安全评估和风险分析。应用BIM+GIS 技术还可以实现对施工现场的实时监控和管理。通过传感器、视频监控等设备采集施工现场数据，并通过BIM+GIS 技术进行数据整合分析，实现对施工现场的全面监控和管理，包括施工人员的工作情况、设备的使用情况、安全状况等，及时发现问题并采取措施，确保施工过程的安全和质量。

2.6 地质灾害模拟

在公路工程建设中，地质灾害是一个比较常见的问题，包括山体滑坡、崩塌、泥石流等。应用BIM+GIS技术可以进行地质灾害模拟，对公路工程建设的影响进行评估和预测，从而采取相应的措施来降低地质灾害对公路工程建设的影响。应用BIM 技术可以将公路工程建设的三维模型与GIS 技术中的地理信息相结合，形成一个具有地理信息的三维模型。通过对地质灾害发生的可能性和影响的评估，在模型中添加相应的地质灾害参数，进行灾害模拟。通过模拟的结果，可以得出地质灾害可能的范围和影响，为公路工程建设的设计和施工提供参考。在地质灾害模拟的过程中，结合BIM 技术中的施工进度模拟功能，模拟不同施工阶段的地质灾害情况，从而制订相应的应急预案，降低地质灾害对公路工程建设的影响。BIM+GIS技术还可以结合传感器技术，实现对地质灾害的实时监测和预警。通过传感器采集的数据，进行数据分析和建模，预测地质灾害的可能性和影响，及时采取相应的措施，保障施工建设的安全。

3 BIM+GIS 技术在公路工程建设中的应用

3.1 建立公路BIM+GIS 数据平台

建立公路BIM+GIS 数据平台是实现BIM+GIS 技术在公路工程建设中应用的重要措施。该数据平台可以将公路工程建设过程中的各种数据，如设计、施工、监测、维护等整合到一个平台上进行管理和分析，实现数据的数字化、可视化和智能化管理[3]。可以有效地解决公路工程建设中信息孤岛的问题，促进各个部门和团队之间信息共享和协同管理。为此，需要建立一个统一的数据标准和分类体系，对不同类型的数据进行分类和管理。将设计数据分为道路、桥梁、隧道设计等，将施工数据分为道路、桥梁、隧道等。选择合适的BIM+GIS 软件和工具进行数据建模、处理和分析。使用Revit 等BIM 软件进行建模，使用ArcGIS、QGIS 等GIS 软件进行空间数据分析和可视化展示。建立数据共享和权限管理机制，确保各个部门和团队能够及时获得所需数据，并且保障数据的安全性和隐私性。制订相应的数据管理和维护规范，包括数据备份、数据更新、数据质量控制等，保证数据的完整性和可靠性。

3.2 开展BIM+GIS 技术培训和推广

为了在公路工程建设中更好地推广和应用BIM+GIS 技术，需要进行相关技术培训和推广工作。应该对公路工程建设的相关人员进行BIM+GIS 技术的基础知识培训，包括基本原理、应用场景、工具使用等方面。对具有一定BIM+GIS 技术基础的人员进行专业培训，提高其在公路工程建设中的应用能力。还可以通过开展BIM+GIS 技术交流会、研讨会、实战演练等形式，促进各方人员之间交流和学习，推动BIM+GIS技术在公路工程建设中的广泛应用，将有助于提高建设人员的技术水平和专业能力，提高公路工程建设的效率和质量。

3.3 建立信息共享和协同管理机制

为实现信息共享和协同管理，需要建立适当的机制和流程。常见的做法是采用云平台，将公路BIM+GIS 数据平台与云平台相连接，实现不同团队和部门之间数据共享和协同管理。可以建立适当的权限管理机制，确保敏感数据的安全性和保密性。还需要建立信息交流和沟通的渠道，促进各方之间合作和协调。开展定期的协调会议、交流会议和培训课程，加强沟通和交流，提高协同管理的效率和质量。

3.4 加强安全管理

BIM+GIS 技术的数字化、可视化和智能化管理可以实现对公路工程建设过程的全方位监控和管理，从而及时发现安全隐患并采取相应的措施。在施工过程中应用BIM+GIS 技术，可以实现对施工现场的数字化和可视化监控，将施工现场的实际情况与设计方案进行对比，及时发现设计方案和施工实际存在的差异，减少设计变更和施工误差。应用BIM+GIS 技术还可以实现对施工人员的管理，如考勤、培训、安全教育等，提高施工人员的安全意识和素质。

4 结语

基于BIM+GIS 技术的公路工程建设智慧管理平台，能够提高公路工程建设管理水平，提升施工效率和质量，促进公路工程建设与城市的协同发展。落实建立BIM+GIS 数据平台、开展技术培训和推广、推动标准化和规范化建设、建立信息共享和协同管理机制、加强安全管理等措施，可为公路工程建设注入新动力，推动公路工程建设向数字化、可持续、智能化方向发展。