BIM—搶險(xiǎn)救災(zāi)的黑科技

文/四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院 黎宇陽 朱明 徐益飛

BIM技術(shù)在應(yīng)對(duì)重大自然災(zāi)害交通運(yùn)輸應(yīng)急救援中發(fā)揮重要技術(shù)保障作用，在災(zāi)情顯示、高效決策、快速聯(lián)動(dòng)等方面發(fā)揮突出比較優(yōu)勢(shì)，大大提升了應(yīng)急決策指揮的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，為搶險(xiǎn)救災(zāi)贏得了寶貴的時(shí)間，其先進(jìn)性、實(shí)用性和可靠性經(jīng)歷了實(shí)戰(zhàn)的檢驗(yàn)。

左圖：利用BIM技術(shù)生成的九寨溝地震災(zāi)情顯示圖

右圖：利用BIM技術(shù)生成的地震前后地形地貌對(duì)比圖

2017年8月8日21時(shí)19分，四川阿壩州九寨溝縣（北緯33.20度，東經(jīng)103.82度）發(fā)生7.0級(jí)地震，震源深度20公里。地震給當(dāng)?shù)卦斐闪司薮蟮娜藛T和財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害，給抗震救災(zāi)增大了難度?？焖偌皶r(shí)摸清震區(qū)情況、制定救災(zāi)方案、打通生命通道，是緊急救援、救治傷者、減小損失的前提。技術(shù)人員運(yùn)用BIM技術(shù)，快速搭建震區(qū)三維模型，直觀展示震區(qū)路網(wǎng)構(gòu)成與地質(zhì)災(zāi)害情況。為快速做出救災(zāi)決策提供依據(jù)，為災(zāi)后救援“黃金72小時(shí)”爭分奪秒。BIM模型信息的完備性、關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性在防災(zāi)減災(zāi)方面的應(yīng)用，除了能減少由自然災(zāi)害造成的損失外，還將為預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的損失帶來積極影響。

第一時(shí)間復(fù)原震區(qū)情況

在傳統(tǒng)形式的抗震救災(zāi)中，救援決策中心往往缺乏直觀的現(xiàn)場情況。按圖索驥般的救援模式往往浪費(fèi)寶貴的救援時(shí)間。導(dǎo)致求援一線與后方指揮的信息不暢通、不對(duì)稱，也容易造成資源的浪費(fèi)、降低救援效率。

九寨溝地震發(fā)生后，BIM技術(shù)人員第一時(shí)間通過獲取震區(qū)數(shù)字高程（DEM）與Google影像，快速搭建震區(qū)三維BIM模型。在地震發(fā)生幾個(gè)小時(shí)后，震區(qū)地形地貌就清晰直觀地展現(xiàn)在救災(zāi)大屏幕之上。

組圖：與人工測繪相比,機(jī)載激光雷達(dá)掃描最大的優(yōu)勢(shì)就是在不阻斷道路的前提下,完成繪制，同時(shí)能保證工作人員的安全。

建立好基礎(chǔ)模型后，BIM技術(shù)人員通過收集災(zāi)區(qū)相關(guān)路網(wǎng)、地形圖、地震垮塌工點(diǎn)、正射影像、震中位置、附近活動(dòng)斷裂帶等相關(guān)資料，在震后第二天，建立了包括災(zāi)區(qū)所有干線公路共500多公里的路網(wǎng)BIM模型，其中包括災(zāi)區(qū)相關(guān)路網(wǎng)、地震垮塌工點(diǎn)、震區(qū)周圍主要關(guān)注點(diǎn)位置、塔藏?cái)嗔褞?、岷江斷裂帶等信息。同時(shí)，根據(jù)搶險(xiǎn)救災(zāi)前方反饋的救援點(diǎn)及公路次生地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)等相關(guān)信息，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)修正災(zāi)區(qū)公路BIM模型，為搶險(xiǎn)各方第一時(shí)間準(zhǔn)確掌握災(zāi)區(qū)公路情況提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

建立“九寨溝地震災(zāi)情顯示系統(tǒng)”

傳統(tǒng)的BIM模型建好后只能在高性能的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，這為多方協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、人員組織、快速救援決策設(shè)置了瓶頸。技術(shù)人員基于WebGL框架，以省測繪局提供的國家高分二號(hào)衛(wèi)星震后影像和空軍航拍影像等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開發(fā)出“九寨溝地震災(zāi)情顯示系統(tǒng)”，通過搭建私有云平臺(tái)發(fā)布服務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁端及移動(dòng)端實(shí)時(shí)在線查看地形、影像及災(zāi)情，以協(xié)同工作模式及時(shí)更新最新災(zāi)情調(diào)查數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)集成了震前、震后的BIM模型數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)地方查看現(xiàn)場情況，通過前后對(duì)比，清晰直觀了解震區(qū)災(zāi)情。用戶只需在有普通互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，通過登錄用戶賬號(hào)，即可在PC端或移動(dòng)端實(shí)時(shí)了解震區(qū)情況，該系統(tǒng)可供交通運(yùn)輸廳及相關(guān)救援單位實(shí)時(shí)在線查詢，為道路搶通保通工作提供了有力的基礎(chǔ)支撐。

持續(xù)為災(zāi)后重建提供技術(shù)支持

BIM技術(shù)不僅能為抗震救災(zāi)前期工作提供直觀的三維模型，幫助救災(zāi)單位和個(gè)人準(zhǔn)確的判斷震區(qū)形勢(shì)，做出精準(zhǔn)及時(shí)的救災(zāi)判斷，還能在后續(xù)救災(zāi)工作中持續(xù)發(fā)揮重要作用。

隨著搶險(xiǎn)救災(zāi)的推進(jìn)，技術(shù)人員利用機(jī)載激光雷達(dá)掃描技術(shù)，高精度測繪川主寺至九寨溝段震后公路沿線地形。作為一種主動(dòng)航空遙感裝置，機(jī)載三維激光雷達(dá)測量可實(shí)現(xiàn)地面三維坐標(biāo)和影像數(shù)據(jù)同步、快速、高精確獲取，并快速、智能化實(shí)現(xiàn)地物三維實(shí)時(shí)、變化、真實(shí)形態(tài)特性再現(xiàn)。震后不久，技術(shù)人員就已完成7條航線，飛行里程約70公里，覆蓋20個(gè)公路災(zāi)損點(diǎn)、30平方公里。此次航測將獲取高精度三維激光點(diǎn)云、高分辨率數(shù)碼影像以及經(jīng)過數(shù)據(jù)處理獲取的高清正射影像（DOM），數(shù)字線劃圖（DLG），數(shù)字高程模型（DEM），數(shù)字表面模型（DSM）等道路數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)人工測量具有省時(shí)、省力、精度高，一次采集、多元生成等優(yōu)點(diǎn)，航測成果將及時(shí)用于災(zāi)區(qū)公路沿線地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、處治和BIM三維實(shí)景建模，技術(shù)人員通過結(jié)合機(jī)載激光雷達(dá)掃描技術(shù)與遙感技術(shù)，進(jìn)一步完善修正BIM模型，真實(shí)反映震區(qū)道路沿線的現(xiàn)狀，為進(jìn)一步鞏固搶通保通成果、合理布局救援力量、加快謀劃災(zāi)后恢復(fù)重建提供有力的高新技術(shù)支撐。

24小時(shí)內(nèi)交底

2017年8月6日15時(shí)45分國道213線川汶段阿壩州茂縣石大關(guān)舊關(guān)樓發(fā)生大型高位山體崩塌，導(dǎo)致交通完全中斷。技術(shù)人員連夜奔赴現(xiàn)場，開展無人機(jī)航測及地質(zhì)災(zāi)害隱患調(diào)查工作。石大關(guān)處于震區(qū)范圍，受地震影響較大。

國道213線川汶段不僅為川西北阿壩地區(qū)重要的交通要道，也是此次抗震救災(zāi)的重要生命通道。如何快速提出設(shè)計(jì)方案、打通生命通道，成為此次抗震救災(zāi)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。技術(shù)人員在前日準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上，立即展開二次勘察測繪工作，并迅速完成空三加密、立體測圖等工作，生成測區(qū)數(shù)字正射影像和數(shù)字地表模型。并根據(jù)現(xiàn)場勘察資料和航測數(shù)據(jù)，迅速建立了石大關(guān)高位崩塌模型和應(yīng)急保通方案BIM模型，會(huì)同設(shè)計(jì)部門基于模型反復(fù)推演，初步確定了應(yīng)急搶險(xiǎn)方案和6個(gè)永久性治理設(shè)計(jì)方案。

方案匯報(bào)會(huì)上，技術(shù)人員通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）向四川省交通運(yùn)輸廳相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與會(huì)審專家展示石大關(guān)高位崩塌實(shí)景模型和BIM模型。三維直觀且目標(biāo)準(zhǔn)確的現(xiàn)場模型讓參會(huì)專家第一時(shí)間了解設(shè)計(jì)方案，并與技術(shù)人員共同制定快速搶險(xiǎn)方案，提出了內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼波紋管、外側(cè)開挖便道的搶險(xiǎn)應(yīng)急方案，利用模型定線，確定鋼波紋管線位位置和設(shè)置長度，并于當(dāng)日下午即交付結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，次日，石大關(guān)高位崩塌緊急治理設(shè)計(jì)施工圖送達(dá)施工現(xiàn)場進(jìn)行技術(shù)交底。

石大關(guān)高位崩塌應(yīng)急搶險(xiǎn)工作，是四川省首次將航空攝影測量、BIM、地理信息系統(tǒng)（GIS）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)綜合運(yùn)用于公路應(yīng)急搶險(xiǎn)工作中，BIM技術(shù)在這次搶險(xiǎn)救災(zāi)中發(fā)揮了重要的作用，大大提升了決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，也為抗震救災(zāi)爭取了寶貴的時(shí)間，極大地提升了交通運(yùn)輸應(yīng)急決策的效率和科學(xué)性。

BIM技術(shù)應(yīng)用正經(jīng)歷著一場質(zhì)的變化，綜合應(yīng)用的深度和廣度不斷擴(kuò)展。同時(shí)，該技術(shù)在搶險(xiǎn)救災(zāi)過程當(dāng)中，也將發(fā)揮越來越重要的作用。在地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)報(bào)、震害防御、搶險(xiǎn)救災(zāi)應(yīng)急、制定救災(zāi)方案與重建等領(lǐng)域還有巨大的發(fā)展空間。隨著無人機(jī)航測、遙感（RS）、GIS、VR、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的一體化研究，BIM技術(shù)在搶險(xiǎn)救災(zāi)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性將有顯著的提高。