基于BIM+GIS的鐵路征地拆遷系統(tǒng)綜合應(yīng)用研究

倪葦 ，劉彥明 ，石碩

（1.中國(guó)鐵建BIM工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710043；2.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)鐵路工程建設(shè)進(jìn)程加快，已達(dá)到每年近8 000億元的固定資產(chǎn)投資規(guī)模［1］。征地拆遷作為鐵路建設(shè)項(xiàng)目的前置制約性工程，對(duì)鐵路建設(shè)項(xiàng)目的審批及開(kāi)工許可都極為重要［2］。鐵路項(xiàng)目作為線狀工程，跨度大、范圍廣，由于前期線路方案的不穩(wěn)定性，參建各方無(wú)法明確征地拆遷的具體內(nèi)容和費(fèi)用構(gòu)成，建設(shè)過(guò)程中難免變更優(yōu)化方案，對(duì)項(xiàng)目前期的勘察設(shè)計(jì)精度要求較高，不能漏項(xiàng)，并要及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題、及時(shí)研究處理。同時(shí)，國(guó)家高度重視環(huán)境、水土保持的監(jiān)督檢查和生態(tài)文明工程建設(shè)，重視建設(shè)及運(yùn)營(yíng)期的安全管理，對(duì)建設(shè)用地范圍、類(lèi)型精度提出了更高要求。

目前征地拆遷做法需要大量人工調(diào)查，建設(shè)單位和地方政府無(wú)法直接參與現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)工作，導(dǎo)致問(wèn)題滯后解決。基于二維圖紙的平面信息無(wú)法實(shí)現(xiàn)拆遷數(shù)據(jù)量的準(zhǔn)確測(cè)算，缺少空間對(duì)象關(guān)系表達(dá)［3-4］。根據(jù)航片確定的地類(lèi)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的不符，用地范圍與環(huán)保區(qū)域發(fā)生沖突無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)使用的數(shù)據(jù)時(shí)效性低。征拆過(guò)程中形成的數(shù)據(jù)大多以Excel表格或紙質(zhì)文件形式分散存儲(chǔ)管理，數(shù)據(jù)的有效性和完整性難以得到保證。

基于上述現(xiàn)狀，以高清正射影像DOM配準(zhǔn)高精度數(shù)字高程模型DEM建立三維實(shí)景空間［5］，疊加二維設(shè)計(jì)方案，三維BIM模型及相關(guān)征拆信息，可將傾斜實(shí)景、工程設(shè)計(jì)、外部環(huán)境集成于同一平臺(tái)，對(duì)全線征地拆遷最新進(jìn)展情況進(jìn)行可視化展示［6-8］（見(jiàn)圖1），掌握工程對(duì)象與征地拆遷對(duì)象之間的空間關(guān)系［9］。為項(xiàng)目征地拆遷及相關(guān)工作提供全過(guò)程快速、高效、準(zhǔn)確、形象、共享的平臺(tái)服務(wù)，以此為基礎(chǔ)可以拓展項(xiàng)目建設(shè)管理服務(wù)內(nèi)容，乃至運(yùn)營(yíng)期項(xiàng)目資產(chǎn)管理等。

圖1 BIM+GIS虛實(shí)結(jié)合直觀反映工程與地理環(huán)境相對(duì)關(guān)系

1 總體框架

基于BIM+GIS的鐵路征地拆遷系統(tǒng)不僅需要與已建成的系統(tǒng)進(jìn)行集成，還應(yīng)滿足未來(lái)建設(shè)信息化系統(tǒng)的需求［10］。系統(tǒng)采用基于微服務(wù)架構(gòu)的SpringCloud技術(shù)，分離每個(gè)獨(dú)立的業(yè)務(wù)功能，通過(guò)HTTP協(xié)議進(jìn)行REST服務(wù)間通信。區(qū)別于傳統(tǒng)面向服務(wù)（SOA）的集中式管理多層架構(gòu)模式［11］，微服務(wù)模式不僅具有自治性管理的特點(diǎn)，還具有適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的高并發(fā)、高可用自由伸縮和負(fù)載均衡的特點(diǎn)。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體架構(gòu)分為訪問(wèn)層、呈現(xiàn)層、微服務(wù)層和存儲(chǔ)層（見(jiàn)圖2）。其中，訪問(wèn)層即終端應(yīng)用層，支持PC端和移動(dòng)端設(shè)備；呈現(xiàn)層采用主流的前后端分離技術(shù)，基于VUE+ElementUI實(shí)現(xiàn)前端頁(yè)面的展示與交互；微服務(wù)層是對(duì)業(yè)務(wù)邏輯的獨(dú)立封裝，主要包括計(jì)劃進(jìn)度服務(wù)、文件管理服務(wù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表服務(wù)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)等；存儲(chǔ)層包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)（MySQL）、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)（MongoDB）、分布式文件存儲(chǔ)系統(tǒng)（Hadoop）及資源緩存（Redis），負(fù)責(zé)響應(yīng)服務(wù)層對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)根據(jù)鐵路征拆的業(yè)務(wù)功能進(jìn)行劃分，形成7個(gè)子模塊，主要包括征拆實(shí)景、計(jì)劃進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、驗(yàn)工計(jì)價(jià)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、數(shù)據(jù)管理和權(quán)限管理。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

圖3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2 應(yīng)用實(shí)踐

2.1 征拆信息綜合展示

通過(guò)BIM+GIS可視化手段，實(shí)現(xiàn)二、三維場(chǎng)景下的征拆區(qū)域總體情況展示，通過(guò)餅圖、柱狀圖等數(shù)據(jù)可視化方式，實(shí)現(xiàn)征拆進(jìn)度、費(fèi)用情況的總體展示；通過(guò)對(duì)土地、房屋等征拆對(duì)象的空間化信息管理，實(shí)現(xiàn)空間交互查詢、地學(xué)輔助計(jì)算和對(duì)比分析。

信息綜合展示是通過(guò)集成行政區(qū)劃信息、紅線區(qū)域與里程樁號(hào)信息、三維實(shí)景模型、周邊環(huán)境信息、項(xiàng)目竣工信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以展板的方式對(duì)征拆進(jìn)度、征拆對(duì)象、征拆工作量進(jìn)行可視化展示和信息綜合分析，并提供測(cè)量和管理的基礎(chǔ)工具，如量測(cè)工具（包含面積、距離量測(cè)）、圖例圖層工具（包含地圖服務(wù)、影像服務(wù)、地圖要素和實(shí)景數(shù)據(jù)服務(wù)）、線路里程定位工具、視圖工具（包含方向指北、放大縮小、漫游拾取、二三維切換、視角鎖定等功能）。征拆信息綜合展示見(jiàn)圖4。

圖4 征拆信息綜合展示界面

2.2 計(jì)劃進(jìn)度管理

通過(guò)制定計(jì)劃批次，根據(jù)里程范圍、行政區(qū)劃或三維場(chǎng)景中選定區(qū)域來(lái)設(shè)定征拆區(qū)域的時(shí)間點(diǎn)，對(duì)影響工期的關(guān)鍵對(duì)象單獨(dú)制定征拆計(jì)劃。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)征拆計(jì)劃進(jìn)度管理，主要功能包括計(jì)劃下達(dá)、計(jì)劃管理、單項(xiàng)進(jìn)度上報(bào)、區(qū)域進(jìn)度上報(bào)、進(jìn)度可視化管理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)征拆進(jìn)度計(jì)劃的創(chuàng)建、修改、查詢和詳情信息，對(duì)重點(diǎn)征拆對(duì)象實(shí)行單獨(dú)管理，記錄其主要征拆信息（見(jiàn)圖5）。

圖5 計(jì)劃進(jìn)度管理界面

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)《征拆協(xié)調(diào)部管理辦法》和《鐵路公司征地拆遷驗(yàn)工計(jì)價(jià)實(shí)施細(xì)則》完成對(duì)征用土地信息表、“三電”改遷工程數(shù)量、用地界樁、紅線附近結(jié)構(gòu)物數(shù)量、征用土地?cái)?shù)量、拆遷構(gòu)筑物數(shù)量、拆遷完成數(shù)量等內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)提供統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成、詳情和導(dǎo)出等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)分析功能界面見(jiàn)圖6。

圖6 統(tǒng)計(jì)分析界面

2.4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包含地理信息數(shù)據(jù)、紅線數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、調(diào)查數(shù)據(jù)。其中基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)主要包括點(diǎn)、線、面等矢量要素?cái)?shù)據(jù)、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、三維實(shí)景數(shù)據(jù)、圖層要素?cái)?shù)據(jù)，其中面狀要素以行政區(qū)劃為主，主要包括坐標(biāo)范圍、名稱(chēng)等屬性，點(diǎn)狀要素以地名、道路名、名稱(chēng)注記為主；線狀要素主要是線位和紅線數(shù)據(jù)，包括紅線數(shù)據(jù)的范圍、版本；圖層要素?cái)?shù)據(jù)是對(duì)GIS數(shù)據(jù)的分組，便于對(duì)主題相關(guān)的要素信息進(jìn)行分類(lèi)和查看；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以線位數(shù)據(jù)為主，實(shí)現(xiàn)對(duì)線位數(shù)據(jù)的版本和參數(shù)進(jìn)行管理；調(diào)查數(shù)據(jù)主要包含標(biāo)段數(shù)據(jù)、責(zé)任區(qū)域管理數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、土地統(tǒng)計(jì)類(lèi)型數(shù)據(jù)、土地用地類(lèi)型數(shù)據(jù)、構(gòu)筑物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、“三電”管線遷改統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、土地權(quán)屬類(lèi)型數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入工具，實(shí)現(xiàn)地理信息、紅線、設(shè)計(jì)與調(diào)查數(shù)據(jù)的入庫(kù)存儲(chǔ)和可視化展示，便于進(jìn)行空間分析統(tǒng)計(jì)?；A(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)錄入操作示意見(jiàn)圖7。

圖7 基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)錄入

2.5 移動(dòng)端APP

通過(guò)開(kāi)發(fā)安卓移動(dòng)端APP，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的錄入、存儲(chǔ)、分析和統(tǒng)計(jì)，如地塊數(shù)據(jù)（包含征拆對(duì)象名稱(chēng)、類(lèi)型、權(quán)屬、對(duì)應(yīng)工程、所屬區(qū)劃、補(bǔ)償類(lèi)型、用地類(lèi)型、實(shí)際面積、征拆單位等信息）、房屋數(shù)據(jù)、構(gòu)筑物數(shù)據(jù)、“三電”管線遷改數(shù)據(jù)、青苗補(bǔ)償數(shù)據(jù)、補(bǔ)償信息、價(jià)格字典等。

移動(dòng)端主要功能包括離線地圖緩存［12］、地理標(biāo)記數(shù)據(jù)同步、征拆對(duì)象信息同步、征拆地圖查看及對(duì)象交互、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)錄入等（見(jiàn)圖8）。

圖8 移動(dòng)端APP功能界面

3 結(jié)束語(yǔ)

以鐵路工程為基礎(chǔ)，借助BIM、GIS、互聯(lián)網(wǎng)+等主流技術(shù)，建立以項(xiàng)目、實(shí)景環(huán)境及征拆對(duì)象為核心的實(shí)景征拆系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路全線征拆對(duì)象虛擬場(chǎng)景的高效可視化、參數(shù)化和信息化，滿足各級(jí)征地拆遷部門(mén)統(tǒng)一管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的同時(shí)達(dá)到協(xié)作共享的終極目標(biāo)，為鐵路工程征地拆遷工作提供科學(xué)決策和支持。