BIM+GIS在高速公路智慧建造中的關鍵技術

熊欣 楊克華 趙喜鋒 何柏科

（1.重慶高速工程顧問有限公司，重慶 401121；2.重慶金交勁通科技股份有限公司，重慶 401336）

BIM技術起源于20世紀70年代，它是以項目的信息為基礎，對結構的真實信息進行數(shù)字信息仿真。GIS（地理信息系統(tǒng)）是用于管理地理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，它可以獲取、存儲、管理、計算、分析和顯示與地表位置相關的各種數(shù)據(jù)。BIM通常用于單個建筑物，利用GIS宏觀尺度上的功能，可將BIM的應用范圍擴展到高速公路工程領域。

一、BIM+GIS在高速公路工程中的融合問題

BIM應貫穿于整個工程的設計、施工、運維，它是一個數(shù)字化的管理和協(xié)作過程。GIS記錄各種具有空間屬性的地理環(huán)境信息，實現(xiàn)空間分析、對地理資源的監(jiān)控和合理規(guī)劃。

（一）BIM和GIS數(shù)據(jù)匹配問題

國內外BIM建模軟件種類繁多，不同的軟件有各自的存儲方式。這些數(shù)據(jù)格式彼此不同，相對比較封閉且沒有公開文件結構，給BIM數(shù)據(jù)接入到GIS平臺帶來諸多不匹配的問題。

（二）模型輕量化問題

BIM建模軟件注重的是單一體建筑，但GIS可管理一個區(qū)域或整個城市的BIM數(shù)據(jù)，其終端可能是配置不高的PC機，甚至是iPad或手機，因此GIS需處理的數(shù)據(jù)量會更大。因此不僅要解決數(shù)據(jù)格式轉換的問題，更要對數(shù)據(jù)進行適當?shù)妮p量化和優(yōu)化。

（三）三維數(shù)據(jù)坐標轉換問題

BIM通常采用獨立的坐標系統(tǒng)，如地方坐標系。GIS數(shù)據(jù)來源眾多，采集方式各異，所采用的坐標系也存在一定的差異性。BIM與GIS集成應用面臨著各自坐標系不同，存在無法匹配的問題。GIS最基本的功能是對坐標的轉換，點線面坐標轉換功能已經十分成熟，但轉換功能是否可應用到三維模型數(shù)據(jù)中，對GIS平臺而言還需進一步探索。

（四）BIM與多元數(shù)據(jù)融合匹配問題

GIS有集成海量多源數(shù)據(jù)的特性，比如地形影像、傾斜攝影模型、激光點云、精細模型、水面、地下管線以及建設管理數(shù)據(jù)等。如何實現(xiàn)BIM與多源數(shù)據(jù)融合匹配，從而提高數(shù)據(jù)的利用價值，這是對BIM+GIS應用的又一挑戰(zhàn)。

二、BIM+GIS在城開高速公路工程中的應用

（一）工程概況

城開高速公路起自城口縣北屏（陜渝界），接擬建的安康至嵐皋（陜渝界）公路，北端設計為縱貫陜渝界的大巴山隧道，途經城口縣北屏、縣城、蓼子、雞鳴等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，穿雪寶山（設城開隧道）進入開州區(qū)，接已建的萬州至開縣高速公路，全長約128.5km。沿線擬設橋梁28288m/63座、隧道71408m/19座，橋隧比77.7%，其中前80km橋隧比高達95%，項目總投資額234.6億元。

（二）項目實施解決方案

城開高速公路工程有點多、線長、面廣以及橋隧集群的規(guī)模比較大的特點，其橋梁多以標準化T梁為主，橋梁和隧道類型相同，具備制作模板庫可以快速批量建模的優(yōu)勢。所以在項目實施過程中，如果BIM模型設計軟件選擇得當，會大大提高整個項目的施工效率。在實施初期，經過團隊多次討論及調研，最終選擇基于達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺對城開高速進行BIM模型搭建。

在三維GIS的發(fā)展過程中，其中數(shù)據(jù)模型是核心。隨著BIM數(shù)據(jù)模型和標準的完善，也推動了三維實體數(shù)據(jù)模型的定義和發(fā)展，為了應對BIM+GIS融合的技術難題，SuperMap GIS突破了BIM主流數(shù)據(jù)的無損接入、BIM數(shù)據(jù)到GIS平臺的精準匹配、超百萬級BIM模型實時繪制等關鍵技術，解決了BIM數(shù)據(jù)與三維體模型無縫對接的技術難題，借助三維體數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)可在GIS平臺中的進行分析及運算，開拓了三維GIS向建筑、橋梁、隧道、水利大壩等大型工程應用領域的發(fā)展，為BIM+GIS應用提供了有力的技術和平臺支撐。

（三）實施過程

在實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接時，必須考慮數(shù)據(jù)間屬性的對接、數(shù)據(jù)的優(yōu)化和數(shù)據(jù)的分層管理。解決數(shù)據(jù)的對接問題，也就是解決將BIM數(shù)據(jù)接入到GIS平臺的問題。具體實施步驟如下：

1.利用插件進行導出操作。為了解決這個問題，超圖專門開發(fā)了BIM導出插件。

2.桌面對接優(yōu)化。導出操作完成后，利用超圖的桌面軟件打開存儲BIM的UDB數(shù)據(jù)源，每層對應一個數(shù)據(jù)集，然后進行一個分層操作，檢查數(shù)據(jù)情況，再編輯模型的幾何信息和紋理信息，最后進一步優(yōu)化BIM數(shù)據(jù)，包括三角網簡化、子對象簡化、去除復雜點、提取外殼等。超圖軟件簡化模型體量主要應用了原生LOD（Level of Detail）技術和實例化技術，實例化技術就是只存儲一份BIM模型中存在的大量共用對象。

3.生成緩存數(shù)據(jù)。當所有的數(shù)據(jù)處理完畢后，需要對處理好的數(shù)據(jù)進行生成場景緩存操作，如果不生成場景緩存，瀏覽器直接加載如此大的數(shù)據(jù)量很容易卡頓甚至崩潰。

在彈出的生成場景緩存界面中，緩存類型選擇OSGB，文件類型選擇S3M，瓦片邊長、LOD層數(shù)、LOD層級對應的網格簡化率可使用默認值，也可以根據(jù)項目需求進行更改，設置完畢后點擊生成。

4.制作工作空間，發(fā)布數(shù)據(jù)源。將BIM緩存數(shù)據(jù)添加到場景中，保存場景，然后在數(shù)據(jù)源中儲存對應的BIM數(shù)據(jù)，最后將場景數(shù)據(jù)發(fā)布到服務器。

三、結語

高速公路一般具有點多、線長、面廣的特點，BIM+GIS在建造智慧高速公路中具有廣闊的應用前景。本文首先分析了BIM和GIS的技術特點，總結了BIM+GIS目前在高速公路應用中所面臨的主要技術難題。

基于重慶城開高速公路項目提出了達索系統(tǒng)+超圖GIS的解決方案，利用達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺“骨架線+模板”的建模思想，解決了高速公路線長、體量大的建模難題?；诔瑘D的GIS平臺，借助其完備的插件功能和數(shù)據(jù)處理能力，解決了數(shù)據(jù)融合的問題。最后實例化介紹了BIM+GIS具體融合的流程。