基于BIM+GIS的公路智慧建设服务平台设计与实现

摘要：在智慧交通快速推进的背景下，各种先进的物联网设备应用在公路建设全周期过程中，加上设计数据与施工数据、广域范围内多源传感器数据及关联分析数据等，会造成当前公路建设全周期的数据模态多样、存储管理分散，无法支撑全周期的实际业务需要。研究BIM+GIS+IoT建设服务关键技术及数字化平台，完成以工程结构树及分部分项划分结构树为数据索引的施工数字化业务服务方案，结合典型应用案例，探讨了智慧工地IoT数据可视化服务，实现征地拆迁、巡检巡查等主要业务板块的数字化服务。

关键词：数字化服务全周期过程建设服务可视化

DesignandImplementationofanIntelligentHighwayConstructionServicePlatformBasedonBIM+GIS

CHENZhen

（WuhanComprehensiveTransportationResearchInstituteCo.，Ltd.，Wuhan，HubeiProvince，430015China）

Abstract：Inthecontextoftherapidadvancementofsmarttransportation，theapplicationofvariousadvanceddevicesbasedontheInternetofThings（IoT）intheentire-cycleprocessofhighwayconstruction，coupledwithdesignandconstructiondata，aswellasmulti-sourcesensordataandcorrelationanalysisdatainawideareawillresultinthediversedatamodesandscatteredstoragemanagement&nbs4c45b03211714bad98fb610ccb0d0973p;oftheentirecycleofhighwayconstruction，whichcannotsupporttheactualbusinessneedsoftheentirecycle.ThispaperstudiesthekeytechnologiesanddigitalplatformsofBIM+GIS+IoTconstructionservices，completesadigitalconstructionbusinessserviceplanwithengineeringstructuretreesandsub-itemdivisionstructuretreesasdataindexes，andexploresthevisualizationserviceofIoTdatainsmartconstructionsitesincombinationwithtypicalapplicationcases，soastoachievethedigitalserviceofmajorbusinesssectorssuchaslandacquisitionanddemolition，andinspectionandpatrol.

KeyWords：Digitalservice;Full-cycleprocess;Constructionservice;Visualization

在当今数字经济和产业技术密集创新的时代背景下，我国适时提出了“新基建”国家战略，其核心要素之一是借助当今飞速发展的5G通信、物联网和人工智能等前沿技术，使传统产业全面迈向数字化、信息化和智慧化[1]。现阶段，我国亟待由“交通大国”转向“交通强国”，在众多亟须转型升级的传统产业中，公路交通基础设施建设与运营无疑是与基本民生和社会经济关联度最高、需求最为迫切的产业之一。

BIM和GIS的结合在建设工程服务技术领域已经取得了一定的研究进展。许多学者和研究人员从不同的角度探索了BIM和GIS的融合集成和应用。一些研究人员将BIM和GIS技术相结合，以实现更好的空间数据服务和分析[2]。例如，通过将BIM模型与GIS地理空间数据进行整合，实现建筑能源数据的可视化和城市能源规划的综合分析。另外，一些研究集中在BIM+GIS+IoT的应用领域。这些研究旨在将物联网（IoT）技术与BIM+GIS相结合，实现对建筑工程全生命周期过程中的多源数据的感知和采集。例如，通过集成IoT传感器和BIM模型，可以实现对建筑能源使用、空间占用率和用户舒适度等信息的获取和分析[3]。

1基于BIM+GIS+IoT的智慧建设服务数字化平台总体架构

基于BIM+GIS+IoT的建设服务数字化平台建设内容可概括成：“1212”（如图1所示），即一个基础平台，两大应用平台，一个统一界面（一张图）、两大标准体系，具体描述如下。

（1）“一个基础平台”：筑牢数字工程建设，建设高质量、高标准的综合数据中心，打造建设服务一体化“数据底座”。

（2）“两大应用系统”：智慧工地平台、工程管控平台。

（3）“一个统一界面”：项目综合管控一张图。

（4）“两大标准体系”：数字化技术标准体系、数字化服务制度体系。

基于BIM+GIS+IoT的建设服务数字化平台建设围绕高速建设服务与上级部门和各参建单位协作开展业务。其主要包括BIM+GIS综合管控平台、工程管控平台、智慧工地平台三个部分。

2功能设计

2.1征拆服务

通过平台结合BIM及GIS数据，对工程沿线征地区域、临时用地、杆管线改迁规划进行可视化的论证优化，从而合理制定征拆计划，保障建设用地的顺利交接，同时，在征拆过程中，结合移动互联、北斗GPS精确定位等技术，对征拆过程及相关问题信息实时采集上报，实现征拆过程的数字化管控[4]。依据制定的征拆计划，结合完整、准确的征拆过程动态信息数据，实时统计分析征拆进度，并与施工计划进行综合分析，对征拆计划及方案进行动态优化调整，对关键问题进行动态跟踪分析与处理。

2.2进度计划服务

进度管理系统主要是对工程建设进度的可视化服务，其通过与质量管理系统的数据对接，当相应工序完成质检评定工作后，系统自动将对应设施构件对象施工状态同步为完成状态；再通过与计量支付系统进行实时数据对接，实现计量支付进度状态的同步。

2.3计量服务

在公路工程施工中，实现工程投资和计量进度的动态控制，对合同履约有着重要保障，同时也为后续的竣工文件的编制及结算做数据支撑[5]。主要功能包括：计量管理、计量审批、工程支付。其中，面向高速公路建设基础数据结构化存储，如WBS清单，EBS清单，通过这些数据为高速公路建设管理计量支付流程等提供基础数据支持，并与BIM模型相结合提供形象快捷的查询，实现计量与支付的有机结合（如图2所示）。

2.4变更服务

设计变更服务主要包括变更方案及工程量清单的变更的申报审批、变更令的签发。通过建立变更管理系统实现线上变更管理流程的自动流转，以及对相关变更数据信息、变更会议及变更资料信息与计量管理进行动态同步，实现变更与计量的无缝对接。基于BIM+GIS基础平台，由APP发起变更，并在建设管理数字化平台进行线上审核，完成变更流程标准化管理。相关变更过程数据、资料数据在系统中进行统一管理与归档，从而提高变更审批的效率、缩短变更执行的周期，确保投资进度。主要功能包括：变更申请、变更审批、新增单价、变更台账、变更资料。

2.5质量服务

结合平台按照建设质量管理的要求，一方面结合IoT技术、移动互联技术与数字化巡检APP，对施工现场质量安全信息进行实时采集，动态管控现场安全巡查情况。对存在质量问题或风险的地方进行拍照或视频记录，数据同步传输到平台，各管理方可及时得知现场质量情况做出相应处理措施，降低质量风险，节约风险处理成本[6]。另一方面，依据条理化的工序质量检测标准，应用工序检查APP对现场施工工序质量合格性进行检查记录、拍照取证，作为施工质量资料数据留存，并自动化推送到计量管理模块为工程计量提供基础资料，同时与BIM结构对象进行关联管理，实现质量检测资料数据的集成化、可视化、标准化、精细化管理。

2.6竣工归档

结合全周期一体化系统设计信息、工序检查、试验检测、质量检验评定、计量支付、设计变更、竣工档案的无纸化办公及数据全链条，完成电子档案系统。该系统具有电子签章、组卷、收文台账、预立卷等功能。通过工程建设数字化平台实现施工文件收集，通过“系统结构树＋循环检索”的技术手段，实现自动归档，极大提高竣工档案编制效率。用户还可通过系统内置的电子档案馆自由查询借阅电子档案。实现竣工资料收集整理自动化以及项目档案归档工作轻量化的目标，为运营养护管理者、实施者提供建设过程中资料追溯功能，为项目竣工档案管理工作提供新思路。

3基于BIM+GIS+IoT的智慧建设服务平台系统应用案例

3.1BIM+GIS电子沙盘三维展示及数据集成

某项目是国内鲜有的“3+1”示范工程，是国家交通强国车路协同示范项目，交通运输部平安百年品质工程示范项目，交通运输领域新型基础设施建设示范项目和湖北省交通运输厅全周期全要素数字高速试点项目。围绕基础设施数字化等试点主题，参建各方旨在通过BIM、GIS、IoT等先进信息技术，形成以数据为核心的高速公路智能协同服务新模式。

依托设施设备BIM模型及现代测绘获取的GIS数据，建成了BIM+GIS电子沙盘系统。基于BIM+GIS引擎，采用WEBGL技术，实现了长线路、多专业的BIM模型及三维地形和影像数据的轻量化动态加载与展示。模块基于工程结构树EBS对BIM模型对象及属性信息进行管理，提供BIM对象的快速检索定位（桩号检索定位、标段检索定位、工点检索定位、地名检索定位）、视图定位、构造物快速筛选、地形透视、几何量测、快速显隐以及模型动态剖切、行车漫游、关联信息及图纸查看等功能，帮助系统使用人员全面、直观、准确地了解工程相关数据信息。

3.2BIM+GIS对质量过程的数字化服务

传统施工分部分项划分为手动工作，工作量巨大且容易出错，成绵扩容高速施工单位提出基于BIM模型开发分部分项划分工具的需求，旨在能大幅提高标准化与准确性，缩短施工前期准备周期。

以BIM+GIS数字化数据为基础，结合工程建设分部分项WBS数据，按照公路施工质量管理要求，制定质量管理数据及流程标准。依据标准系统自动根据检测构件对象的类型及当前工序，推送相应检查项及利用移动终端要求给现场检查，质量检查人员可根据检查项逐项检测核实，并按要求进行拍照取证，系统根据规则进行判断及提示，保证质量检查数据采集的准确性与及时性。同时，将质量管理数据与BIM模型进行关联实现检查数据、检查状态、检查进度等的可视化展示与管理，一定程度上解决传统质量管理工作量大、规范性差、管控难度大、流程效率低、数据整理难和不宜追溯的问题。

3.3BIM+GIS对工程建设进度的可视化呈现及数据汇聚

应用数字化技术将工程建设计划及进度数据与各设施构件BIM模型数据进行动态关联，实现形象进度的三维可视化交互管理（不同进度情况的BIM模型颜色表示、信息集成等），如图3所示，可实时直观地查看工程整体、各标段、各部位及各构件的进度，如图4所示。使进度管理更加形象化、直观化、动态化。在虚拟三维场景内实时呈现工程现场施工进度情况，帮助业主管理者进行进度计划综合管理及决策支持。

4结论

研究BIM+GIS+IoT的建设服务数字化平台，通过结构树的工程信息服务方案、工程结构树及分部分项划结构树为数据索引的施工数字化业务服务方案、数字化服务和多源数据融合技术、以BIM对象为基础的WBS（分部分项）分拆技术及基于BIM的分部分项划分软件，研究基于BIM+GIS的数字化建设服务平台，结合智慧工地IoT数据进行可视化服务，实现征地拆迁、现场巡检巡查、进度服务、档案服务等主要业务板块的数字化服务。

参考文献

[1]田雨.基于BIM的公路工程项目进度管理研究[D].西安：长安大学，2023.

[2]房晓亮，黄文衡，邓硕.基于BIM与GIS技术的公路工程可视化系统构建[J].科技创新与应用，2023，13（35）：39-41，45.

[3]李柔嘉.基于本体推理的公路工程BIM模型造价工程量缺陷信息检查[D].重庆：重庆大学，2022.

[4]曹坤.公路工程项目BIM+VR技术应用分析[J].交通世界，2023（25）：183-185.

[5]陈秋霞.基于BIM技术的高速公路工程施工进度管理优化研究[D].重庆：重庆大学，2023.

[6]申威，覃延春.基于BIM+GIS的公路工程数字孪生系统建设与应用[J].中国交通信息化，2023（5）：130-135.