基于BIM+GIS技术的轨道交通工程信息化管理研究

　　摘要：针对轨道交通工程建设过程中各参建方缺乏沟通，信息传递不畅以及工程建设单位无法对项目整体进行有效管控的问题。以济南轨道交通为研究背景，通过Webservice技术搭建BIM+GIS工程建设信息共享平台，并结合各类业务应用系统实现信息的集成，实现对工程档案、隧道管片、管线碰撞检测等业务的有效把控，创造了以BIM+GIS为平台的各参建方协同工作模式，达到轨道交通工程智慧化、轻量化管理的效果。

　　关键词：轨道交通;BIM技术;GIS技术;业务管理

　　引言我国大约有接近40个城市已运营轨道交通，运营里程超过5800公里，如此大范围隧道建设产生的海量数据的储存、共享、分析等一系列问题，在工程勘查、设计、施工、监测、维护管理等方面造成不少困难。因此，需要研究通过BIM、GIS等信息化技术的手段有效收集和处理工程数据和信息。目前国内外众多学者在BIM和GIS信息化技术应用方面已开展了大量研究。

　　轨道交通论文范例：阐述轨道交通运营过程中影响安全的危险源及解决措施

　　黄廷等[1]人构建了以BIM为基础的工程建设管理系统，达到隧道运维可视化的效果;林晓东等[2]人依据BIM的数据标准扩展，提出适用于盾构的信息模型，把BIM技术应用于盾构隧道工程。陈光等[3]人根据道路工程信息化特征，提出基于LandXML的道路信息模型与三维GIS数据的集成方式。本文以济南轨道交通R1线为工程背景，结合轨道交通BIM的结构模型和GIS的空间信息地理模型，研发出济南轨道交通R1线工程建设信息化平台，实现了基于BIM+GIS平台的轨道交通工程信息化管理。

　　1轨道交通工程信息化分析

　　1.1轨道交通工程信息化必要性

　　工程项目具有复杂性和非标准化的特点，随着建设参加单位的增多，各单位之间的沟通协调难度也相应增加，而各单位相互之间的协同效应对工程建设的效果也有非常重要的影响。在项目实施过程中各单位实时得到项目的海量数据难度较大，不能抓取实时准确的现场数据，只能根据之前的相关经验。各种原因共同造成工程项目进度滞后、资源浪费现象严重[4-6]。

　　针对此类工程特点，BIM和GIS技术的应用可以在很大程度上解决该类问题。GIS以直观的地理图形方式获取、储存、管理、计算、分析和显示与地球表面位置有关的各类信息和数据[7-8];BIM技术具备数字化、可视化、真实化的特征，对于工程项目的可视化管理、信息共享以及决策支持具有极大的帮助[9-10]。在充分研究分析传统轨道交通工程管理模式的基础上，总结归纳BIM+GIS工程信息化管理方法的优点：

　　(1)促进不同参与单位、不同层级之间关于项目数据信息的共享，提高了不同单位、层级之间沟通效率;(2)将GIS和BIM的分析特点和工作模式融入到工作中，对外在工具和手段的依赖程度降低;(3)工作流程和显示效果简单明了，方便业主和外部人员等非专业人士查看和理解。

　　1.2轨道交通信息化建设总体框架

　　轨道交通信息化总体建设思路是以互联网为传递平台，以信息化为手段，通过引入BIM、GIS等技术，实现能够保证各参建方对于信息有效共享的工程管理系统。系统总体架构如图1所示，架构层次从下往上依次为数据层、服务层以及功能层，数据层以数据库为基础，运用系统优化技术综合处理BIM数据、GIS数据、工程资料信息等。服务层包含BIM模型服务、地图应用服务、操作日志服务等。功能层结合轨道交通业务以界面模块的形式展现给用户，包含碰撞检测、工程档案管理、设计管理、进度计划管理等功能。

　　2BIM+GIS与轨道交通融合技术

　　2.1BIM与GIS融合建立工程建设场景

　　三维GIS以数据库技术为依托，能够实现对宏观场景的综合管理，其中包含海量三维地理信息相关基础数据，为BIM模型的构建与展示提供有力支持[11]。首先，结合项目内容与现有GIS平台构建全线地理信息场景，同时在该基础上与BIM模型相对应搭建高精度数字高程模型，形成三维地理信息数据库，并添加附近建筑物、河流、地形以及区域名称等信息。然后在平面坐标系下转换BIM模型坐标参数，并根据调整完毕后的BIM模型偏移以及方位数据，将BIM模型批量添加至GIS里。

　　2.2基于BIM的工程业务数据管理

　　BIM技术在轨道交通工程项目应用时，需要根据项目情况对BIM模型所涉及的数据进行重新编排，并从勘察、设计阶段开始不断完善丰富数据信息，实现工程建设业务数据对象和模型对象的统一。通过工程建设模型结构分解、属性编码及生成结构树，实现业务数据的关联及应用。按照轨道交通项目工程的设计、施工等计划对BIM模型进行充分、细致的单元分解，直到能够到达BIM建模管理精度的要求。以轨道交通隧道工程作为示范，轨道交通建设过程会涉及多个隧道工程的开挖、支护等，隧道工程往往又包含多个隧道区间，隧道区间由初支、洞门、管片等不同对象构成，每一个对象又能够按照相关文件更近一步的划分。

　　2.3BIM模型轻量化技术

　　对于大型工程而言其BIM模型体量也十分庞大，需要高配置的计算机进行渲染、处理，存在加载速度慢、占用资源多等问题，故需要对BIM模型进行轻量化处理。

　　(1)数模分离一个完整的BIM模型通常包括几何数据和非几何数据，几何数据为二维、三维数据等;非几何数据包括构件属性等数据。通过对模型中的几何数据和非几何数据进行拆分，将非几何数据剥离出去，导出为JSON、IFC等格式，供BIM应用开发使用。

　　(2)几何数据优化一个BIM模型中往往存在较多尺寸大小相同的结构，若这些结构在模型中都逐一生成，难免会增加模型的数据量，如果只保留一个结构数据，其它通过引用+空间坐标相结合的方式进行调用，避免相同数据重复加载，提高模型生成及渲染效率。

　　(3)模型数据实时渲染利用电脑内存和GPU实现模型边下载边渲染的效果，通过自动计算视点与模型的距离，系统自动进行动态的轮廓模型和精细模型的加载与渲染，节省模型下载到本地的时间，提高系统对模型的渲染效率。

　　3R1线工程信息化平台建设

　　3.1工程背景

　　济南市轨道交通R1号线正线全长26.1公里，其中高架线16.2公里，地下线7.9公里。共设11座车站，其中换乘车站4座，拥有车辆基地1座。

　　3.2碰撞检测及设计优化

　　目前轨道交通相关设计技术已经较为成熟，但不同专业的设计内容可能会产生冲突。济南轨道交通1号线全部专业的模型整体出来后，根据三维模型本身的特点进行相关碰撞检测，并采用漫游方式对已经做出的模型进行逻辑规则检测，预先对管线开展碰撞检测，提早暴露问题既能够帮助在之后的工作过程中改善效率，也能够把其当做2D向3D变化的过程。在设计变更阶段，当某一环节发生改变，能够一目了然的发现该环节对其它环节在工程进度以及造价方面的影响。

　　4结束语

　　在该轨道交通项目建设中融合BIM+GIS技术，保证项目整体建设过程能够实现信息的关联、互通，全方位、多角度的表达了R1线路整体和局部内容，实现了技术集成下轨道交通的信息协同，大大提交了工程管理的效率，也为以轨道交通为代表的长线项目以及大规模区域性工程建设提供了良好的示范，主要解决了以下两方面的问题：

　　(1)BIM+GIS技术能够解决传统工程建设时单体工程与整体项目信息管理无法有效兼顾的问题。通过融合BIM和GIS技术构建轨道交通工程项目场景，系统用户能够直观、全面的了解项目建设情况，为管理者决策提供有力支持。(2)以互联网为搭建基础，实现项目参建各方信息共享、协同办公，为各单位提供一个协同处理项目工作的平台，实现工程建设信息的及时共享与高效传达。

　　参考文献：

　　[1]黄廷，陈丽娟，史培新，等.基于BIM的公路隧道运维管理系统设计与开发[J].隧道建设，2017，37(1)：48.

　　[2]林晓东，李晓军，林浩.集成GIS/BIM的盾构隧道全寿命管理系统研究[J].隧道建设(中英文)，2018，38(06)：963-970.

　　[3]陈光，薛梅，刘金榜，等.一种市政道路BIM设计模型与三维GIS数据集成方法[J].地理信息世界，2018，25(3)：82-86.

　　[4]王志军.信息化技术在铁路工程建设项目管理中的应用研究[J].科技风，2019(31)：89+107.

　　[5]蔡雪峰，杨尊煌，郑莲琼，等.基于BIM的建设工程电子文件与电子档案管理体系研究[J].土木建筑工程信息技术，2019，11(04)：54-62.

　　[6]闫慧文.济宁市某工程基于BIM的建设工程质量安全信息化监管[D].青岛理工大学，2016.

　　作者：路林海1，胡冰冰1，李志国2，韩祥军2，韩林1，杨小凤1

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