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BIM+GIS是公路交通发展的大趋势吗?具体应用有哪些?

2021-04-29 14:29发布

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。

BIM的数据信息化

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,时效性准确性要求很高,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。 

交通运输部在近期多个信息化政策文件中也明确表示要大力推动以BIM(建筑信息模型)技术为核心的三维技术在交通设计、建设、运维等阶段的全面应用,实现精细化规划设计、动态化的施工管理和智慧化的运营养护,结合多源时空数据,建设BIM+GIS可视化平台,大幅提升交通基础设施建设和管理水平。基于GIS构建三维全要素场景的能力,BIM和GIS的结合能为公路规划设计提供更便捷的分析与展现技术,能为公路建设施工提供施工场地、施工过程的精细化管理能力,为运营养护提供更加智能和便捷的分析和管理能力。 

目前行业内各设计单位在重大工程项目中都已普遍采用BIM技术进行设计。BIM设计数据成果,结合GIS多源数据呈现与分析能力,可以在设计阶段为用户提供设计过程的分析计算能力和直观的设计成果呈现能力。BIM技术在公路设计中的优点:1)道路设计可视化:替代传统的CAD图纸,BIM技术可将这些信息以真实的场景展现在项目参与方面前,通过直观的方式将项目整体呈现出来,便于各方沟通,大大改善了交流环境以及工作效率;2)提高工程量计算的准确性:用BIM技术将工程量计算的数据纳入到模型中,从模型中可提取工程材料数量,进行项目成本及时分析;3)自动关联减少工作量:BIM技术可以使模型构件之间保持统一性和一致性,大大减少了人力、物力以及时间的浪费,提高了设计品质,为后期施工打下良好的基础;4)多领域协作:BIM 技术所建立的模型可以将各个专业所需的数据信息纳入其中,让大家在统一的环境下协同作业,道路工程师可以将纵断面、路线和曲面等信息直接传送给结构工程师,以便其在软件中设计桥梁、箱形涵洞和其它交通结构物。

但在公路路面施工、后期养护等方面,BIM+GIS又能做什么呢?

BIM+GIS与公路路面施工

 

公路施工现状:目前仍在延用着过去死板的交底教育模式,由安全和技术人员对现场作业层及管理层进行口述或纸质交底; 施工方案、技术交底的编制也一直是以施工图纸、技术规范和施工现场实际情况为依据。导致的直接问题有可能因为审图不清或个人表述等问题,导致交底不细、需要重复交底、交底后施工人员难以理解、印象不深刻等现象,进而导致施工进度缓慢,安全、质量问题频发、增高返工率、施工成本超支等通病。  

BIM虚拟施工

BIM技术可以给人展现一种直观、明了的施工过程控制,如果利用BIM技术的虚拟施工来展示,对安全隐患、施工难点提前反映,可视化的交底、教育等形式也更容易被施工人员所接受,直观形象的让施工人员了解施工意图和细节,就能使施工计划更加精准,统筹安排,提前做好安全布置及规划,以保障工程的顺利完成。同时,借助BIM的可视化模拟,对公路工程分部、分段的进行分析,将一些重要的施工环节、工艺等进行重点展示,提高管理人员和施工人员对施工工艺的理解和记忆,并利用BIM技术规划施工现场各类安全设施的布置进行模拟,提高施工的安全性和布置的合理性。项目管理人员也能非常直观地理解公路施工过程的时间节点和工序交叉情况,提高施工效率和施工方案的安全性。   

BIM技术对拌合站拆装、运作全过程的建模和模拟

由于各种因素的影响,公路工程的前期筹备过程比传统的土建项目周期要长、过程艰难、复杂,尤其对于公路路面施工而言更甚。但业主要求却可以用“苛刻”二字来形容,从公路路面项目部的组建到现场试验段的正式铺筑,这段施工准备期进行了近似于残酷的压缩,这就要求水泥稳定土拌合站和沥青拌合站需及时而又高效的建设起来,以便满足现场施工要求。  而“黑白”两个拌合站在公路路面施工中又起到了至关重要的作用,尤其沥青拌合站,被称为公路路面施工的“面子”,其各个功能区、相似部件纷繁芜杂,机械配合人工按图拼装时稍有不慎极易出现错误,造成返工现象时有发生,从而影响了施工生产的正常进行。  而BIM技术的应用与常规的拆装方式相比,将四维的拌合站模拟与建模信息相结合,通过它不仅可以直观地展现安装顺序,更能对机械配置、劳动力配置、安装时间进行调控,减少重复作业,节约机械使用和人力成本,缩短了大量安装时间。   

BIM技术在公路施工中的实践

在实际的应用过程中,BIM制作人员先进行详细的现场勘查,重点研究拌合站的整体规划、安装位置、料区位置、吊装位置及安装同时较易发生危险的区域等问题,确保吊装拌合站各类构件时的安全有效范围作业,利用建模模拟吊装过程、构件吊装路径、危险区域、构件摆放状况等,直观、便利的协助安全、技术人员分析场地的限制,排除潜在的隐患,及时调整可行的拆装方法,这样有利于提高效率、减少出现安全漏洞的可能,及早发现拆装方案、安全、技术交底中存在的问题,极大的提高了吊装安全性。并且将四维的拌合站模拟与建模信息相结合,通过它不仅可以直观地展现安装顺序,更能对机械配置、劳动力配置、安装时间进行调控,使各项工作的安排变得最为有效和经济。

另外,将拌合站的运转流程等建立三维的信息模型后,对新进拌合站员工也起到了二维图纸和口教不能给予的视觉效果和认知角度,使得学习更直观、理解更容易、印象更深刻。

BIM+GIS与公路预防性养护 

目前的公路养护系统应用一般采用传统的二维地图显示方位信息,无法全面表示立面目标之间准确的相对关系,这样就不能通过信息系统对立面设施进行查询、观察和分析。同时,在我们国内的具体应用中,由于公路系统内包括运营、路政、养护等多个部门,各个部门有各自的信息系统,彼此之间的数据也是由各自部门维护。因为采用不同的数据格式和交换格式,导致无法整合到统一的地理数据平台上进行统计分析和数据挖掘,不能有效实现业务数据共享,从而使得各个部门之间难以实现高效协同,决策者难以通过统一的数据展示平台及时全面地掌控整体的公路运营状态。 

随着高速公路建设的不断发展,公路运营质量的要求越来越高。多年来,国内外学者陆续将BIM技术及GIS技术引入到公路信息化管理,在公路建设、路政执法和资产管理方面取得较好的效果。美国联邦公路局将GPS、GIS及多媒体视频等技术应用到公路资产管理,可以迅速的定位查看损坏的公路资产视频,保证了道路的安全性。新西兰ROMDAS集成GPS和Video,用GPS中心线实现了可视化的公路管理。对比国外的BIM应用,我国的BIM应用则是刚起步,结合最新信息技术手段和建筑信息模型的思想,相关专家也提出一种基于BIM+GIS技术的公路预防性养护方法。利用移动数据采集系统提供道路养护检测所需要的数据,再通过利用统一的数据标准,实现地理设计和BIM相结合,在此基础上建立基于BIM的交通设施资产及运营维护管理系统。利用整合后的BIM模型信息,将公路资产管理与养护集成到三维可视化平台,同时基于BIM模型,提出预防性养护决策模型,为公路资产管理、道路养护管理等提供管理决策平台。其优势在于:基于数据库的管理系统,调用的是逻辑关联的信息,如公路基础设施三维模型与设施使用手册、运行参数、保养周期等关联,消除查阅纸质文件的不便;并实现管理上的联动,提高运营可靠性,为公路运维及养护监测带来新的思路和方法。

移动数据采集和集成 

为了能快速的查询道路且制定维护养护计划,采集的三维全景影像资料能及时、准确地掌握道路目前状况 ,也能够有效地获取道路养护专题信息并重建道路三维场景。以将每一公里道路、每个立交、隧道、桥梁、收费站、服务区、停车区、边坡、涵洞、上跨下穿管线,乃至任何你要关注和管理的构造物、设备都采集到你的路段、路网GIS数据库。同时,利用公路任意桩号360度的“可视”影像信息通过和高精度激光点云融合又实现了“可测”,进一步分析又可以提取公路纵横断面、计算平整度、车辙以及路况破损数据。  

公路BIM模型的建立和管理

 公路参数化自动BIM建模首先根据公路工程设计资料划分公路结构,其次准确地提取公路平面和纵断面参数及桥涵构造物和公路其他附属设施设计参数,最后利用自动化构建公路三维模型工具软件快速自动地生成公路BIM三维模型。 

按照公路设计资料创建公路BIM模型,依据公路建设规范将模型组装起来,并通过三维GIS平台展现。通过搜集交通工程设计图纸,或者通过现场实际道路调查,获取交通工程道路附属设施种类、数量、位置等情况,批量构建所需要的单个道路附属设施模型。然后利用系统以独立模型或沿道路走向布置方式自动或半自动添加到真三维道路场景中。 

为了有效集成格式不同、来源不同的数据,系统可设计能定义的智能化数据导入接口,将各类数据导入资源整合数据库及文件系统并建立相互之间的关联关系,多元数据有效的集成起来,形成一个有机的、合理的、关联的数据整体,使资源整合平台的数据更加丰富、全面。

基于BIM模型的预防性养护决策

 建立公路路况数据采集与技术状况评定系统,实现公路路况数据的多种方式采集,实现公路技术状况的计算、分析与评定。系统提供路基、路面、构造物及沿线设施评价单元损坏调查表的人机界面录入功能和批量数据导入功能,系统提供检测明细数据的导入接口,明细数据直接更新到按公里路段统计的各类损害调查表中,明细数据导入接口包括路况自动化检测设备数据接口和人工检查数据接口等。  

路面养护决策分析系统的构建,能实现较为全面和智能的养护决策分析功能,为合理计划和科学实施公路养护提供决策支持。可根据路面技术状况和使用性能,分析未来1~10年的路网养护需求,进行资金约束条件下的路网养护优化决策,结合最终调整后的养护对策,生成养护计划明细数据。根据公路养护管理需要,按路线行政等级、路线技术等级、路线车道分类、涵洞分类、养护经费来源、交通量等指标进行查询统计与数据汇总,分别以信息列表或是图形的方式表现。

目前在国内,BIM技术还是主要处在设计阶段为主的情况,没有大范围的进入运维阶段,但BIM技术的价值已经渐渐的展现出来,它的前景是广阔的,BIM在公路工程中的应用也会探索出更明朗的方向。


文章来源:https://www.bimsq.com
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