浅析GIS+BIM技术在公路工程施工中相对传统技术的优势
唐舸
【摘 ?要】随着信息技术的飞速发展，以信息技术为基础衍生出的新技术正不断涌现。BIM技术及GIS逐渐为各类工程项目的建设提供全新的方案与理念。近年来，越来越多的建设单位、勘察设计单位、施工单位使用GIS+BIM技术为工程项目解决了大量传统技术方案无法解决的难题。论文以公路工程为背景，通过在实际工程中尝试使用GIS+BIM技术，分析了该技术与传统施工技术相比具有的优势，并对其发展前景作出展望。
【Abstract】With the rapid development of information technology， new technologies based on information technology are constantly emerging. BIM technology and GIS gradually provide a new scheme and concept for the construction of various engineering projects. In recent years， more and more construction units， survey and design units and construction units use GIS + BIM technology to solve a lot of problems that traditional technical solutions cannot solve for engineering projects. Based on the background of highway engineering， by trying to use GIS+BIM technology in actual engineering， the paper analyzes the advantages of this technology compared with traditional construction technology， and makes a prospect for its development.
【关键词】BIM;GIS;优势
【Keywords】BIM; GIS; advantages
【中图分类号】U415.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2020）09-0178-02
1 引言
辽宁某公路工程包含路基、桥梁、隧道及附属工程。其中，某特大桥工程全长2.8km，高架桥上部桥跨ZK1+020.10～ZK1+140.10为4×30m等高度预应力混凝土连续箱梁，ZK1+205.10～ZK1+345.10为4×35m等高度连续钢桁梁，ZK1+385.10～ZK1+485.10为2×50m连续钢箱梁，2×50m钢箱梁对应墩台号为14#～16#，14#～15#桥跨上跨5条既有铁路线，下穿12kV高压线，16#桥墩为转体墩。受既有高架桥、高压线及周边建筑物的影响，本工程空间位置关系复杂，地质条件复杂，地下水丰富，施工难度极大。因此，利用GIS与BIM技术辅助现场施工，为施工前期的大临小临工程设计，包括工程项目选址与场地布设、临时便道工程设计施工、征地拆迁区域的定位与设计施工、取弃土场选址及堆砌体积的计算、施工方案编制与优化等提供信息支持。
2 GIS+BIM技术的应用思路
GIS是利用计算机建立的地理数据库，ArcGIS是一个地理信息系统系列软件的总称，具有强大的空间分析、地图制作、空间数据管理能力。BIM是建筑信息参数化的集成，所集成的信息可以进行关联与使用，当模型中某个参数发生改变时，模型实体能实现自动更改，为工程施工精细化、可视化管理提供了新的管理思路。由于公路工程具备地理信息等属性，这就可以借助地理信息的空間分析技术，将GIS与BIM技术有效融合，建立一个具备空间场景的三维工程模型，能够对施工环境和施工现场进行有效的监督与管理，为工程管理提供了一个既可全局把控又可精细管理的全新技术手段。同时，利用BIM技术弥补了GIS技术在项目信息模型精度上存在的不足，基于GIS技术对各项目零散的建筑信息模型数据进行整合、补充及完善，再通过对既有建筑信息模型进行数据分析，获得工程项目范围内外部作业的限界要求，为施工期间各区场地平面布置方案、大小临时工程规划设计、土石方量精确计算、基坑开挖分区分块、基坑降水工程施工指导、基坑施工监测等施工提供依据和载体。
3 GIS+BIM技术在前期征地拆迁及临时工程规划中的应用
利用无人机航拍技术对整个现场地形进行航拍，本工程采用大疆经纬m600与精灵4pro+两款无人机结合航拍方案进行施工。首先，根据所选用无人机的续航能力等参数进行施工架次的规划，确保无人机在续航时间内能够顺利完成来、回两次的航拍施工;其次，在架次首尾位置设置了像控点，利用RTK测出像控点中心坐标并记录坐标值，为施工内业提供辅助;最后，将倾斜摄影成果文件和平面地形图导入GIS平台，在GIS平台中能够查询桥涵及路基位置原地面高程，校核施工图的数据准确性。与传统的现场测量方法调查相比，该方法调查结果更为直观，而且效率更高。在策划时，采用BIM+GIS技术，充分利用倾斜摄影三维实景数据，根据实际现场施工需求合理进行便道工程设计，整体考虑并确定工程施工便道的走向及方位。在设计规划施工过程中，充分考虑了既有的道路、拟新建的构筑物、改路等环境因素，进行了全面统筹规划布设，有效地解决了临时便道的选址问题以及减少便道工程数量，切实达到节约施工成本的目的。同时，在规划过程中，利用倾斜摄影成果数据，科学合理选择钢筋加工场地等的位置及范围，再根据工程项目实际需要，采用BIM软件建立1∶1的信息建模，模型涵盖了功能区划分、房屋布置、材料堆放等具体内容，在BIM软件内完成场地布设后，进一步进行了方案论证及综合比选，最终敲定后进行三维出图以及工程量输出与统计，大幅度提高了规划的针对性和方案的可行性。
4 GIS+BIM技术在土方工程中的应用
在施工过程中，通过施工进度模拟提高施工项目各方之间协调管理工作的质量和效率。运用BIM技术生成原始地形数字模型并在此基础上进行土方量计算，不但计算结果更加准确，时间上也仅仅需要几天即可完成，各种土方量计算结果能够以表格或报表方式输出。
土方开挖工程量的计算流程：①依据地质勘察报告，创建地下土层模型，真实反映地下土层状况（见图1）;②根据施工方案建立土方开挖的BIM模型;③将土方开挖的BIM模型与地质土层模型进行对比;④生成各土层开挖土方量清单表，土方模型与地质模型重叠对比计算。
通过结合BIM技术与三维激光扫描技术，用三维激光扫描现场的施工状态建立实测实量的模型，基于该模型与BIM施工模型的对比，可以分析挖方与施工方案的一致性，可以直观地显示问题和偏差，方便对潜在的问题进行及时监控和解决。
检测土方施工误差的过程：①根据施工方案建立土方開挖的BIM模型;②使用Revit软件的导入点云数据的插件，根据点云模型自动生产施工现状模型;③使用三维激光扫描仪，扫描现场的土方施工状态，形成点云模型（见图2）;④通过模型的对比，直观地显示出现场施工状态与设计方案的对比情况（见图3）。
5 GIS+BIM技术在降水过程中的应用
转体墩位处基坑具有施工面积大、基坑开挖深、开槽标高多、排水范围广、支护形式多样等特点，迫切需要在降水施工前，利用GIS系统进行数值分析和BIM手段对降水方案进行监测、仿真和预测，以及时掌控基坑核心区、基坑周边在施工过程中的降水面和降水井抽水量。
5.1 渗透系数的数值分析与反演
本项目在通用GIS软件及数值分析软件的基础上，建立降水的数值分析模型，对基坑降水设计方案进行数值仿真模拟。在施工过程中，根据实际降水监测数据与模拟效果对比，反演和修正渗透系数等降水关键参数。
5.2 地下水施工的动态预测与超前控制
降水施工过程中，建立数值计算模型，依据反演修正后的渗透系数等参数，对设计中的降水方案进行模拟分析，对可能存在的如由承压水导致的坑底隆起和暴雨等异常工况，通过数值模拟进行事先预测。这个分析过程随着降水过程多次进行，以实现降水过程中的动态分析，提前采取有效措施，指导后续降水。
6 结语
综上，GIS+BIM技术在公路工程施工前期可以起到极大的作用，能够直观准确感知、迅速掌握、减少沟通成本、避免施工问题。无论是从对于现场施工的帮助角度还是展示角度都具有明显的优势。以空间分析和三维可视化为核心技术的GIS提供了研究地理实体要素的手段和方案，以GIS为技术基础的平台可以满足项目人员对工程全局性表达的需求。而高精度的BIM模型不仅为GIS提供重要的数据源，其本身整合了建筑的几何、非几何信息，将信息进行参数化集成，实现数据驱动模型，满足整个项目的精细化管理要求。因此，BIM和GIS的融合可以深化多领域的协同应用，为公路工程以及其他专业工程建设的信息化、可视化管理提供一种崭新的技术手段，拥有极为广阔的应用前景。
