文章来源：辽宁省公路学会

    《大数据与智慧公路应有技术交流会》论文

    2019年12月，由辽宁省公路学会主办，辽宁新发展交通集团、辽宁省高速公路运营管理有限公司、辽宁省交通建设管理有限责任公司、辽宁省交通规划设计院有限责任公司、辽宁北四达集团、徐工集团道路机械事业部（沈阳）协办的《大数据与智慧公路应用技术交流会》在沈阳召开。现将会上交流的论文陆续刊发，以便广大会员学习借鉴和参考。

    0.引言

    1964~2003年这40年间美国非农业行业的劳动生产率增长超过一倍，建筑业同期劳动生产率不升反降。研究表明此40年间正是信息技术从起步到迅速发展的时期。美国非农行业利用信息技术发展成果促进了本行业进步，而建筑业却未能与时俱进，依然用传统的手段来建设日益宏大的项目，因而每况愈下。英国和德国的同期资料也反映出建筑业劳动生产率远远落后于总体经济发展的步伐。

    我国信息技术起步较晚，虽然目前在人工智能、5G等新一代信息技术发展中表现出良好的发展势头，但公路工程建筑行业等传统建筑业的信息化发展水平一直滞后于其他行业。日趋增多的事实表明，造成公路建设行业低效的众多原因中，信息处理手段的落后是突出原因。一是信息采集手段的落后，公路行业大量依靠人工、手工的信息录入，各个阶段一直重复进行非常初级冗余的工作。二是信息交换手段的落后，工程中需要共享、交换的信息量庞大，时效性准确信要求很高，但公路行业各参建部门及相关信息化系统长期处于“信息孤岛”的状态。三是信息表达手段的落后，公路行业依旧采用平面纸质文件作为信息的表达手段，用二维信息来表达三维实体，存储量小、共享性差、传播速度慢。面对这些问题，BIM和GIS的出现，给出了很好的解决方案，

    1.BIM+GIS技术融合理念

    建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）作为工程技术与信息技术交叉融合的时代产物，已经从一项新兴技术开始升华为新的理念，并正在引领一场工程行业革命。

    有别于单点建筑工程，GIS技术为高速公路等长线带状工程的信息化管理引入了空间信息的维度，扩展了空间信息分析的能力。

    BIM+GIS的作用是使工程项目信息在规划、勘察、设计、施工以及运营养护的全过程充分共享、无损传输，使工程技术人员和管理人员能够对工程信息作出高效、正确理解和应对，为多专业、多参与方在项目各阶段的协同工作提供坚实基础，并为工程从概念到运营养护全生命周期中各方决策提供可靠依据。其具有可视化、可计算、可分享、可管理的特点。如将高速公路视为建筑产品，建设、设计、施工及运营养护单位等各参建方的工作都是围绕这些建筑产品展开的。而BIM+GIS则是将这些实体的建筑产品和地理信息抽象成了数据模型，不止包含了可直观展示的三维模型，还可以附加材料、造价、进度、施工等各类信息。因此，BIM+GIS在具备三维模型和地理信息可视化的基础上，拥有了强大的数据承载能力和业务协同能力。进而，原有的设计、施工、管养工作，都可以从围绕传统的二维图纸、数据表格等离散信息转变成围绕集中统一的数字模型展开。当BIM的M由Modeling（模型）向Management（管理）转变，GIS的S由System（系统）向Service（服务）转变时才能充分发挥BIM+GIS的价值。

    2.总体实施方案

    经过审慎调查和研究，课题研创团队确立了“一个平台，两条主线，三个层次”的BIM+GIS总体实施方案。以“信息整合、虚实结合”为目标，以“依托工程建设项目，紧贴实际需求”为宗旨。“一个平台”即建立一个以BIM+GIS为核心，集中统一的多项目建设管理平台，涵盖工程建设的全阶段；“两条主线”为按照BIM+GIS应用特点进行划分的技术应用和管理应用两条主线；“三个层次”即结合应用需求和应用场景，模型创建的三个不同深度的层次。

    3.“一个平台”

    “一个平台”即建立一个以BIM+GIS为底层，集中统一的多项目建设管理平台，涵盖建设管理业务流程及现场项目管理。包含BIM底层平台、施工智能监管系统、现场移动端交互系统、建设管理系统和决策支撑系统：施工智能监管系统作为原材料试验检验、混合料生产、现场摊铺碾压及视屏监控等施工一线数据的自动采集来源，通过设备自动采集实现；现场移动端交互系统作为一线管理人员的质量检验等过程数据录入端以及信息发布端，通过Android（或IOS）系统的移动终端APP实现；上述数据通过结构化的数据库，在BIM+GIS底层平台形成与模型与WBS的关联。在BIM+GIS底层平台上架构建设管理系统，包含项目级系统及公司级系统两个层级；最后利用数据分析、图形展示等构建决策支撑系统。

    4.“两条主线”

    “两条主线”即BIM+GIS的技术应用和管理应用两条主线，因图纸审核、深化设计等应用需要在专业的模型、场景设计软件（或二次开发平台）中进行处理甚至修改。因此对人员的软件技能水平、硬件设备的性能都提出了较高要求，目前需要相关专业团队执行。而且该类应用短期内也难以在网页和移动端进行处理，暂时缺乏依靠开发平台大范围覆盖各级管理人员的条件。对于此类应用，目前划归为技术应用。

    而除此类技术应用以外的管理应用，均是借助BIM和GIS的信息承载能力以及直观展示能力，不需要对模型或场景本身进行专业化操作或者修改。因此，可以通过建立与模型构件存在对应关系的数据库承载业务数据，实现业务管理流程。并结合宏观、中观和微观等不同细度的模型，通过模型轻量化后可在网页及移动端进行渲染展示。

    5.“三个层次”

    “三个层次”即结合公路工程点多线长特点以及应用场景侧重点，将模型分为整体线路的宏观模型、工程标段的中观模型和桥隧/路段的微观模型3个层次[1]。其中，整体线路的宏观模型用于支持高速公路工程整个线路及工程标段的形象进度展示，工程标段中观模型用于支持各标段的线路布局展示以及施工管理和过程模拟，桥隧/路段的微观模型则用于桥隧/路段的精细化施工管理，通过分节段、异步加载等实现网页端、移动端的模型渲染显示。

    6.依托工程项目情况

    本项目路线全长24.640km，采用四车道高速公路标准,设计速度为100km/h、路基宽度26.0m。全线互通式立交4座，特大桥2座，大中桥5座，1处服务区。

    7.技术应用点

    7.1图纸审查

    目的及意义：利用BIM模型设计软件的二次开发工具，快、全、准、省地检查出设计图纸中错、漏、碰、缺等各种设计问题，从设计源头最大限度降低施工返工，节约成本。

    应用对象、模型深度：重难点桥梁构造物，微观模型。

    7.2深化设计

    目的及意义：解决钢混组合梁桥等特殊构造物在制造、安装工艺中由于深化设计复杂、信息传递不及时和现场管理混乱等问题，提升钢桥建设典型示范工程精细化建设水准。

    应用对象、模型深度：钢混组合梁桥，微观模型。

    7.3精确算量

    目的及意义：对钢梁等实体工程量进行快速精确计算，核准工程量清单。

    应用对象、模型深度：钢梁，微观模型。

    7.4变更设计

    目的及意义：对设计院的变更设计合理性等进行复核，减少建设单位、设计单位及施工单位间信息传递障碍，缩短交互时间，有助于变更管理效率的提高（此处非指变更审批流程，该流程通过平台功能模块实现）。

    应用对象、模型深度：重点结构物等变更，微观模型。

    7.5方案优化

    目的及意义：对复杂程度高、施工协调要求高的工程节点，发现施工过程中的技术和安全风险，寻找最优施工方案，加快施工进度，给施工管理提供便利。

    应用对象、模型深度：重难点工程节点，微观模型。

    7.6技术交底

    目的及意义：结合VR、AR等技术，通过关键施工工艺展示及关键节点安装方案演示，实现重难点工程节点的三维可视化交底，确保技术要点准确传达至一线施工人员。

    应用对象、模型深度：重难点工程节点，微观模型。

    7.7风险识别

    目的及意义：利用BIM模型高度的形象仿真优势，辅助进行危险源辨识、风险评估，以及基于模型进行防护设施方案设置。

    应用对象、模型深度：危险性较大工程，微观模型。

    7.8安全教育

    目的及意义：使安全教育更生动形象，贴近实际施工现场，通过身临其境的感官冲击加深安全警示效果。

    应用对象、模型深度：危险性较大工程，中观模型。

    7.9漫游展示

    目的及意义：发挥BIM模型的三维直观性能，便于方案论证、各类宣传及演示。

    应用对象、模型深度：整体或局部，宏观或中观模型。

    8.管理应用点

    根据“两条主线”的应用划分原则，管理应用基于BIM+GIS的建设管理信息化平台予以实现。

    8.1图纸管理

    目的及意义：增加图纸的存储、查询、流转及变更提醒的便利程度，避免现场管理人员携带大批量纸质图纸，提升一线施工进展顺利程度和现场管理质量。

    8.2知识库建设

    目的及意义：利用BIM技术对传统模式下离散的建设知识进行集成管理，提供多维度的检索。

    8.3征地动迁核量及管理

    目的及意义：利用倾斜摄影、正射影像等数据，结合平台GIS系统对征地面积等进行在线量算

    8.4场地布设优化

    目的及意义：利用BIM模型的可视性进行三维立体施工规划，可以更便捷、准确的进行施工布置策划，解决二维施工场地布置中难以避免的问题。

    8.5梁场管理

    目的及意义：对梁场构造物按照一物一码管理，记录材料、制造、检验信息，实时反馈生产进度，确保养生到位，避免存梁超期，实现质量和责任溯源。

    9.结语

    高速公路的各参建方若能以建设项目为依托，以BIM+GIS为技术手段进行业务流程优化，进而实施基于BIM+GIS的项目管理系统，并加以认真贯彻实施，必将提升管理效率，降低工程成本，从而促进精细化管理水平提高，为打造高速公路品质工程奠定坚实基础。

    辽宁省交通建设管理有限责任公司  高玉波   周骁    高扬

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