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城市軌道交通BIM-GIS融合技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

發(fā)表于：2019-08-13

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摘要：分析了城市軌道交通BIM-GIS融合技術(shù)的研究路線、數(shù)據(jù)分類、建模標(biāo)準(zhǔn)、模型構(gòu)建、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，并通過(guò)實(shí)例研究了BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、技術(shù)路線、系統(tǒng)構(gòu)架和功能。實(shí)踐證明，融合BIM和GIS技術(shù)進(jìn)行平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，提升了城市軌道交通系統(tǒng)復(fù)雜數(shù)據(jù)信息的智能化應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：BIM；GIS；融合；城市軌道交通；數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)

目前，BIM技術(shù)在我國(guó)已廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，尤其是在民用建筑領(lǐng)域、BIM標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)軟件及管理平臺(tái)均較成熟。城市軌道交通工程因?qū)儆诰€性工程，不僅跨線長(zhǎng)、跨區(qū)多、涉及專業(yè)多、協(xié)調(diào)難度大，而且周邊環(huán)境復(fù)雜，安全要求高，因此其建設(shè)運(yùn)營(yíng)一體化應(yīng)用的需求較為集中。但現(xiàn)階段，城市軌道交通工程應(yīng)用BIM技術(shù)還存在諸多問(wèn)題：

① 城市軌道交通工程的基礎(chǔ)BIM軟件尚不成熟，未能形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；

② 城市軌道交通工程建設(shè)涉及的環(huán)境因素多、條件復(fù)雜，傳統(tǒng)的 BIM技術(shù)無(wú)法集成所有的數(shù)據(jù)信息；

③ BIM模型數(shù)據(jù)量大，模型輕量化技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)落后，限制了其在設(shè)計(jì)、施工中的便捷應(yīng)用。為此，筆者借助GIS技術(shù)的空間數(shù)據(jù)管理、大場(chǎng)景調(diào)度等優(yōu)勢(shì)，將BIM與其融合開(kāi)發(fā)了基礎(chǔ)的BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，進(jìn)行了基于BIM的建設(shè)、運(yùn)維、管理的技術(shù)應(yīng)用研究DT。

1、BIM-GIS融合技術(shù)研究

1.1 研究路線

BIM-GIS融合技術(shù)的研究路線是：首先，分析城市軌道交通工程建設(shè)過(guò)程中的BIM數(shù)據(jù)種類及來(lái)源；其次，確定BIM模型數(shù)據(jù)的構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn);最后，研究模型數(shù) 據(jù)處理工具，將BIM模型標(biāo)準(zhǔn)化處理為GIS數(shù)據(jù)，以便于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)加載。BIM-GIS融合技術(shù)研究路線見(jiàn)圖1。

1.2 BIM數(shù)據(jù)分類

城市軌道交通工程涵蓋的BIM數(shù)據(jù)按應(yīng)用場(chǎng)景可分為空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)2類，其具體分類見(jiàn)表1。

同類型的數(shù)據(jù)具有不同的采集方法和技術(shù)要求，具體情況見(jiàn)表2。

1.3 BIM建模標(biāo)準(zhǔn)

BIM建模的標(biāo)準(zhǔn)包括一般規(guī)定（總體要求、建模目標(biāo)、建模依據(jù)、軟硬件資源配置）、基本要求（基本原則、建模范圍、模型拆分原則、命名規(guī)則、模型配色）、建模方法（項(xiàng)目基點(diǎn)設(shè)置、標(biāo)高系統(tǒng)設(shè)置、模型繪制、附加信息的錄入、模型繪制注意事項(xiàng)、模型深化）、模型自檢（模型檢查方法與要點(diǎn)、模型檢查內(nèi)容）、模型輕量化處理（清除外部鏈接文件、清除多余的內(nèi)部構(gòu)件、清除多余視圖樣板）等幾方面內(nèi)容。BIM 建模采用了 Autodesk Revit 2015/2016 系列、 NavisWorks 2015/2016 系列和 Autodesk 3D Max 2015/ 2016系列等基礎(chǔ)軟件，同時(shí)對(duì)項(xiàng)目文件夾、模型文件、模型構(gòu)件、構(gòu)件材質(zhì)等均提出了命名要求。其中，項(xiàng)目文件夾的命名要求見(jiàn)圖2。

1.4 BIM模型構(gòu)建

根據(jù)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)制定城市軌道交通工程的專業(yè)項(xiàng)目樣板，所有專業(yè)的BIM工程師均需在統(tǒng)一的項(xiàng)目樣板下工作，以確保所有構(gòu)件信息統(tǒng)一。BIM模型構(gòu) 建工作流程見(jiàn)圖3。

1.5 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了使不同來(lái)源、不同格式、不同時(shí)期的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)能夠融合、集成，數(shù)據(jù)調(diào)度采用虛擬空間數(shù)據(jù)引擎的方式實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的直接訪問(wèn)。數(shù)據(jù)處理工具可使不同類型、不同格式的原始數(shù) 據(jù)在進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)之前即被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)支持的統(tǒng)一格式數(shù)據(jù)，并能夠根據(jù)勘測(cè)數(shù)據(jù)展現(xiàn)三維地質(zhì)模型，不僅保證了數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性,而且經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)可以方便地直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。數(shù)據(jù)處理工具介紹見(jiàn)表3。

2、BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

2.1 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的總體目標(biāo)是建立基于BIM-GIS的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，以使城市軌道交通工程的多源數(shù)字模型及相關(guān)數(shù)據(jù)能夠更好地融合，實(shí)現(xiàn)三維可視化集成展示及快速瀏覽查看。

1）支持多源模型數(shù)據(jù)的三維融合展示，能夠?qū)喜⒌哪Ｐ蛿?shù)據(jù)進(jìn)行檢查，支持具有真實(shí)感的大場(chǎng)景動(dòng)態(tài)調(diào)度；

2）支持PC端、移動(dòng)端、大屏幕等多種方式的模型漫游瀏覽；

3）支持三維可視化漫游瀏覽、屬性查詢及大數(shù)量的查詢調(diào)度；

4）可集成視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并可在三維場(chǎng)景中對(duì)施工建設(shè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，積極防范安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 技術(shù)路線
數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的總體技術(shù)路線包括模型數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)建設(shè)。針對(duì)不同類型的模型數(shù)據(jù)采用不同的采集方法，最終導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合，并構(gòu)建基于三維GIS引擎的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線見(jiàn)圖4。

基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用三維GIS技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了以三維可視化的方式提供模型數(shù)據(jù)的漫游瀏覽、信息檢索、視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等功能。該數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)支持C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)混合模式，其中C/S結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的采集和編輯，B/S結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢和監(jiān)測(cè)。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)不僅要滿足當(dāng)前項(xiàng)目的模型數(shù)據(jù)和應(yīng)用功能要求，而且還要滿足后續(xù)地鐵線路模型數(shù)據(jù)和應(yīng)用功能的拓展，因此該平臺(tái)的體系架構(gòu)要具有較好的靈活性、擴(kuò)展性和開(kāi)放性。BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)采用分層模塊化的SOA架構(gòu)思想，實(shí)現(xiàn)了跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)、跨語(yǔ)言的信息互聯(lián)互通。BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的體系架構(gòu)見(jiàn)圖5。

2.4 功能設(shè)計(jì)

2. 4.1 漫游瀏覽

B1M-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)可以進(jìn)行工程實(shí)施范圍內(nèi)的模型瀏覽和地形瀏覽。BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)場(chǎng)景瀏覽見(jiàn)圖6。

2. 4.2 分解結(jié)構(gòu)樹(shù)

分解結(jié)構(gòu)樹(shù)（Subway Breakdown Structure,以下簡(jiǎn) 稱SBS）是以樹(shù)形結(jié)構(gòu)的方式展示場(chǎng)景模型的組織結(jié)構(gòu)，可用線路、專業(yè)、類型、構(gòu)件名稱等漸進(jìn)式層級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)展現(xiàn)。該樹(shù)形結(jié)構(gòu)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有復(fù)選框，以此來(lái)控制該構(gòu)件的顯示或隱藏。SBS的瀏覽方式見(jiàn)表4。

2. 4.3 圖檔瀏覽

可以快速瀏覽與工點(diǎn)、部位相關(guān)聯(lián)的0伍ce文檔、 DWG圖紙和視頻資料等。BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的視頻資料在線瀏覽見(jiàn)圖7。

2. 4.4 二、三維聯(lián)動(dòng)

BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)中的二維DWG圖紙可與BIM模型進(jìn)行聯(lián)動(dòng)操作。BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的二、三維聯(lián)動(dòng)操作見(jiàn)圖8。

2. 4.5 空間分析

可以在BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的三維模型中對(duì)構(gòu)件的空間信息進(jìn)行分析，包括計(jì)算空間距離、實(shí)時(shí)操作面剖切和體剖切等。BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的實(shí)時(shí)面剖切見(jiàn)圖9。

3、工程實(shí)例

某地鐵工程線路全長(zhǎng)22.4km,全部為地下線。該工程共設(shè)10座車站，車輛段1座，計(jì)劃于2020年底建成通車。該工程現(xiàn)已全線開(kāi)工,正在進(jìn)行場(chǎng)地臨建和臨時(shí)結(jié)構(gòu)的施工，包括豎井、橫通道開(kāi)挖、基坑、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。該工程全線采用BIM-GIS融合技術(shù)，并進(jìn)行了平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

3.1 全線模型構(gòu)建

根據(jù)勘察資料、地形圖、地下市政管線圖等資料，該工程采用了統(tǒng)一的坐標(biāo)系構(gòu)建全線環(huán)境模型。其建模范圍為車站邊界200m范圍內(nèi)、區(qū)間邊界外100m范圍；其建模精度為車站周邊建筑模型精度0.1m，區(qū)間周邊建筑模型0.2m。

3.2 全線數(shù)據(jù)集成

該工程集成各標(biāo)段工程自身的土建模型、周邊環(huán)境模型、施工場(chǎng)地模型共計(jì)245個(gè)，經(jīng)輕量化處理后，將模型信息分解為幾何空間信息和業(yè)務(wù)屬性信息，實(shí)現(xiàn)了同一場(chǎng)景中漫游瀏覽，為后續(xù)BIM技術(shù)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3 BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

該工程的BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)具有以下功能：

①數(shù)據(jù)集成和大場(chǎng)景顯示功能;

②在線剖切、測(cè)量、標(biāo) 注、出圖功能;

③強(qiáng)大的構(gòu)件庫(kù)調(diào)用和編輯功能;

④重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)的設(shè)置與管理功能;

⑤交通導(dǎo)改、管線改移、征占地、地上物移除、房屋拆遷、園林伐移、周邊風(fēng)險(xiǎn)分析、周邊建筑分析等8項(xiàng)匯總分析能力；

⑥換乘路線、交通接駁和線路巡游等分析能力;

⑦關(guān)鍵、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的模擬能力；

⑧工程4D進(jìn)度輔助管理能力；

⑨移動(dòng)端接入，輔助現(xiàn)場(chǎng)巡視功能。該工程BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)移動(dòng)端訪問(wèn)輔助質(zhì)量管理見(jiàn)圖10。

該平臺(tái)較好地實(shí)現(xiàn)了工程全線數(shù)據(jù)的集成化和數(shù)字化、前期環(huán)境分析、方案在線研討、現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)方案分析、虛擬現(xiàn)場(chǎng)快速構(gòu)建、進(jìn)度和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)掌控、質(zhì)量和安全輔助管理等。

結(jié)語(yǔ)：

BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)采用工程級(jí)數(shù)據(jù)模型技術(shù)、多源異構(gòu)模型數(shù)據(jù)融合技術(shù)和大場(chǎng)景動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)進(jìn)行BIM和GIS的融合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)精度分級(jí)管理、空間索引和LOD算法優(yōu)化，并可在數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)中進(jìn)行三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)組織、三維地形地貌數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)化，使該平臺(tái)具備了長(zhǎng)線、大區(qū)域、大數(shù)據(jù)量空間信息的處理能力。

通過(guò)某地鐵工程的實(shí)際應(yīng)用，證明BIM-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)不僅較好地實(shí)現(xiàn)了各工點(diǎn)BIM模型數(shù)據(jù)的集成處理，而且可以流暢地漫游瀏覽，完成基礎(chǔ)性操作，為后續(xù)工程建設(shè)管理的應(yīng)用、開(kāi)發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)介：

作者簡(jiǎn)介：

高錢鷹，女，高級(jí)工程師，碩士，北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司&城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要從事城市軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)管理及新技術(shù)研究應(yīng)用工作。

王輝，城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

宋宗霞，北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司

趙爽，蘭州市軌道交通有限公司

路清泉，北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司&城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

作者簡(jiǎn)介：

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以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于城市軌道交通的知識(shí)技巧了，學(xué)習(xí)以上的城市軌道交通BIM-GIS融合技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)知識(shí)，對(duì)于城市軌道交通的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)交通土建所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問(wèn)題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會(huì)有專業(yè)的人士來(lái)為您解答。

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