基于BIM+GIS技術(shù)的公路工程可視化管理平臺
摘要：
本文研究了BIM技術(shù)在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并探索了BIM與GIS技術(shù)的關(guān)鍵融合方法，研發(fā)了BIM+GIS可視化管理平臺，并通過實際項目應(yīng)用驗證方案的可行性。研究表明，BIM與GIS的融合技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用價值，可以提升項目管理能力，體現(xiàn)了其在交通基礎(chǔ)設(shè)施項目中的技術(shù)價值。
關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；GIS;交通基礎(chǔ)設(shè)施；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；可視化管理
一、引言
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為各行各業(yè)的必然趨勢。在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的融合應(yīng)用已經(jīng)逐漸成為一種趨勢。本文旨在研究BIM技術(shù)在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并探索BIM與GIS技術(shù)的關(guān)鍵融合方法，以及研發(fā)BIM+GIS可視化管理平臺，為交通基礎(chǔ)設(shè)施項目的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考依據(jù)。
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二、BIM技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀
BIM技術(shù)在公路行業(yè)的應(yīng)用方向較廣泛，主要包括以下幾個方面：
方案比選和交底：通過建模和可視化工具表達設(shè)計意圖，實現(xiàn)多個設(shè)計方案的對比，分析得出最優(yōu)方案。
深化設(shè)計：通過精細建模和數(shù)量核算，提前發(fā)現(xiàn)施工圖紙中的問題，并進行碰撞檢查和風險識別，減少變更成本，縮短工期，提升設(shè)計質(zhì)量。
復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計：利用BIM軟件的三維可視特性，解決大型復(fù)雜橋梁設(shè)計中空間結(jié)構(gòu)表示的難點，提高設(shè)計效率和準確性。
施工工藝和工序模擬：通過BIM技術(shù)在時間和空間維度上同步模擬施工進度情況，預(yù)演施工方案，評估施工工序科學合理性，結(jié)合VR/AR設(shè)備進行工法模擬和安全培訓。
三、GIS技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀
GIS引擎能夠?qū)⒐饭こ讨械母鞣N數(shù)據(jù)（如BIM模型、傾斜攝影模型、激光點云等）融合顯示在三維場景中，并結(jié)合周邊環(huán)境、交通樞紐、水文保護區(qū)等提供基礎(chǔ)功能如地理標注、信息表現(xiàn)、空間分析等，為公路行業(yè)的路線設(shè)計、規(guī)劃和決策提供服務(wù)工具和技術(shù)手段。
四 BIM+GIS可視化關(guān)鍵技術(shù)
為克服這些問題，本研究采用Bentley系列軟件作為建模平臺，以圖新地球工程BIM+GIS平臺作為GIS數(shù)據(jù)處理和發(fā)布軟件，在關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了基于BIM+GIS技術(shù)的公路工程可視化管理平臺，并將其應(yīng)用于高速公路建設(shè)項目。該平臺解決了BIM技術(shù)從設(shè)計到運維全過程應(yīng)用的技術(shù)壁壘，延續(xù)了BIM模型的生命周期；另一方面，提升了項目建設(shè)管理水平，降低了運營管理成本。
（一）傾斜攝影建模技術(shù)
傾斜攝影是公路工程BIM應(yīng)用中廣泛使用的技術(shù)之一。它利用同一個飛行平臺上的多個傳感器，從不同角度（包括垂直和傾斜）采集影像，以獲取更完整準確的地面物體信息。通過地面坐標控制點來確保模型運算的精度和質(zhì)量。傾斜攝影建模的主要流程包括傾斜攝影數(shù)據(jù)處理、自動生成實景模型、實景模型細化、修飾和質(zhì)量檢查等步驟。
（二）模型文件與GIS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換
本文基于OGDC標準和Mstn軟件開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中間件，采用抽殼和LOD技術(shù)提取幾何模型、材質(zhì)和屬性，減少三角面片數(shù)并去除非必要信息。最后利用圖新地球工程BIM+GIS平臺實現(xiàn)DGN文件轉(zhuǎn)udb/udd數(shù)據(jù)源，打破BIM與GIS數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和交換。
（三）坐標系配準
為了實現(xiàn)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成，我們需要構(gòu)建一個統(tǒng)一的平臺。然而，這些數(shù)據(jù)可能存在坐標系不一致或無坐標的情況，因此精準匹配所有數(shù)據(jù)到同一個地理坐標系下是必要的，這樣才能正確反映工程實際和位置環(huán)境。
工程構(gòu)造物模型的坐標通常基于CAD圖紙中的路線工程坐標確定。在三維建模軟件中進行建模時，需要將CAD圖紙參考進去，從而確定了工程自帶的坐標系。傾斜攝影模型的坐標則是根據(jù)項目實際配置的坐標系來確定的。
BIM模型在建模時則基于平面坐標系，而圖新地球三維地理環(huán)境則是球面坐標系，因此需要將平面BIM模型轉(zhuǎn)化到球面坐標系中。但由于平面BIM模型到球面中必然會出現(xiàn)模型錯岔和斷裂情況，因此需要通過坐標投影轉(zhuǎn)換將構(gòu)造物模型的工程獨立坐標系轉(zhuǎn)為WGS84坐標系。
另外，基于控制點的傾斜攝影能夠直接生產(chǎn)出WGS84坐標系下的實景模型。地形影像數(shù)據(jù)可以調(diào)用谷歌、天地圖等基于WGS84坐標系的公共資源服務(wù)來實現(xiàn)坐標校準，從而統(tǒng)一所有數(shù)據(jù)的坐標系。
（四）模型輕量化
模型輕量化需要處理工程構(gòu)造物模型和傾斜攝影模型。通過圖新地球工程BIM+GIS軟件進行簡化、去除重復(fù)點、提取外殼、模型拆分、合并等操作，減少模型體量。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的減面算法可大幅減少幾何面數(shù)，實現(xiàn)復(fù)雜場景網(wǎng)絡(luò)端加載，解決BIM大場景渲染性能問題。
五 BIM+GIS可視化項目應(yīng)用
基于關(guān)鍵技術(shù)研究，開發(fā)了BIM+GIS可視化管理平臺，實現(xiàn)了BIM與GIS的完美結(jié)合。利用傾斜攝影技術(shù)搭建三維場景，并結(jié)合傳統(tǒng)二維地形，實現(xiàn)多維場景一體化展示。首先，通過BIM設(shè)計軟件建立項目全線構(gòu)造物設(shè)計模型，并將大體量模型在地理信息系統(tǒng)中與地形影像、三維場景進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化和GIS處理。發(fā)布至瀏覽器中實現(xiàn)模型信息、地理場景信息、施工業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的深度融合。最后，開發(fā)基礎(chǔ)地理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、BIM數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成，并在公路建設(shè)項目中應(yīng)用。
BIM+GIS可視化管理平臺解決了復(fù)雜地形條件下遠端項目管理功能，將BIM模型、傾斜攝影模型、激光點云等多元異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，在瀏覽器中提供三維場景應(yīng)用和施工業(yè)務(wù)管理。
應(yīng)用價值
本文研究了BIM和GIS在公路工程行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，解決了技術(shù)障礙，實現(xiàn)了多信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)集成，提供了一個平臺實現(xiàn)三維可視化管理。通過實踐可以看出，BIM和GIS的融合技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用價值，是公路工程項目精細化、數(shù)字化、智慧化、可視化管理的基礎(chǔ)。
