BIM融合GIS协助城市道路桥梁管理信息化转型

本文刊登于2018年6月第57期《超图通讯》

成都市二环路高架桥是成都市中心城区建设的第一条全高架快速通道，全长50余公里，设施体量巨大，结构类型复杂多样。由于信息不透明、资产信息散乱经常存在查找困难、信息查阅不方便、数据展示不直观等问题，且未能有效使用信息化方式管理整个道路桥梁运维管养过程和管养数据。

为了实现二环路的“现代化、国际化、专业化、信息化”管理要求，成都市城市道路桥梁管理处（下称：道桥处）急需实现二环路高架桥及底层道路管养和海量竣工资料的信息化管理转型，并在此基础上实现资料与实体设施的准确对应，提升管理的精准性。

为此，道桥处和成都软易达信息技术公司合作建设了成都市城市道路桥梁管理系统这一大型城市基础设施维护管理平台。

平台提供了完整的建筑信息模型（BIM）与地理信息系统（GIS）技术融合的解决方案，用以提高各有关业务科室的协调作业能力，减少沟通成本，实现二环路高架桥的信息化和精细化管理。

系统总体设计

市道桥管理系统是围绕道路桥梁管养的业务流程而建立的大型工作平台，引入了大量的系统以及工具，以支撑整个业务执行过程。系统建立在完善的标准规范体系和信息安全体系基础上，自下而上构筑了基础层、数据集成层、文档管理层、支持平台层、信息采集层、业务应用层，各层都以其下层提供的服务为基础。

▲ 图 1 系统总体功能架构

业务应用层：是系统的客户端，与用户直接交互，是各功能实现的端口。本系统业务模块包括日常维护管理、道桥检测管理等功能模块。

信息采集层：主要为监控数据的集成，服务于业务应用层。

支持平台层：为业务应用层各功能的实现提供支撑，实现设计文档等在本系统和设计工具间传送。

文档管理层：核心为文档协同管理，包括数据管理层、业务逻辑层以及终端引用层。

数据集成层：管理整个系统的数据信息，是一套统一的全方面资产信息模型，为业务应用层各模块提供运行数据的数据源建立关联关系。

基础层：为系统实现的服务端基础配置，主要包括系统软件（数据库等）、硬件设备（数据库服务器等）及网络架构。

安全防护体系：安全技术防范是以安全防范技术为先导、以人力防范为基础、以技术防范和实体防范为手段所建立的一种具有探测、延迟、反应有序结合的安全防范服务保障体系。

标准规范体系：系统中的构件可实现应用需求，并能将任意复杂度的功能封装在一起；所有构件之间的通讯是通过以连接件为中介的异步消息交换机制来实现的；构件相对独立，构件之间依赖性较少。系统中不存在某些构件将在同一地址空间内执行，或某些构件共享特定控制线程之类的相关性假设。

经过多方比选，最终采用CATIA电脑三维建模软件作为BIM建模工具，GIS基础软件采用SuperMap GIS 9D系列产品进行开发，并在此基础上实现了BIM和GIS融合。

▲ 图 2 清水河立交模型

GIS技术应用亮点

成都市城市道路桥梁管理系统通过三维实景模型将现场情况逐一再现，并将BIM模型与三维实景模型进行拼装，能够最大限度地模拟建成后的情景，为方案决策中提供技术支持。

•BIM模型的构件管理

系统建立了完整的BIM模型编码规则，实现了构件编码与构件的一一对应。通过构件编码，可对构件位置进行快速定位，同时也为图文档与构架挂接奠定基础。

▲ 图 3 BIM模型编码规则

•“骨架+模板”三维建模思路

市道桥管理系统已完成二环路清水河立交桥、双楠立交桥、杉板桥、双桥子立交桥以及永丰立交桥的BIM模型建设。在模型建设过程中，系统利用“骨架+模板”的三维建模思路，成功解决了二环路高架桥的建模问题。同时，系统以桥梁总体布置图为主导，以构建模板为核心，结合CATIA的参数化功能，有效地搭建了桥梁模型。

▲ 图 4 成温立交桥“骨架”控制线

由于二环路高架桥BIM模型的桥墩类型繁多，各构件间差别大，模型复用率低，系统采用了PC（POWERCOPY，即：超级副本）和UDF（User Feature Definition，即：用户特征定义）的方式进行模型参数化。通过使用UDF模板使建模更加方便、灵活。

运用CATIA的“知识工程”模块，对桥梁的桩基承台、桥墩、泄水管和水篦子、支座、垫石、7.5M小箱梁、28.5M小箱梁等构件建立模板。通过模板库可首先保证模型的规范和统一，在保证模型质量的前提下实现BIM模型的快速搭建。

▲ 图 5 构件模板

对不同类型的桥墩，系统都能够通过更改参数来实现与桥墩的完美配合，支持将多个类型的桩基承台合并到同一模板下，可通过修改参数和与平面线射线夹角方向来确定类型以及参数。

▲ 图 6 合并承台模板

“骨架+模板”建模方法的实践，提高了BIM建模的灵活性，缩短了建模周期。

•基础地图操作

系统提供基础地图操作功能，实现了地图缩放、地图平移和模型的旋转等。

地图操作功能：通过菜单可快速切换地图，使用鼠标可在地图视窗中对图形进行实时平移、放大、缩小、全图等操作，从而更加方便地浏览信息。同时，系统将显示当前鼠标位置坐标及比例尺。

图层控制功能：由于模型数据量极大，系统采用片状加载的方式以提高地形图加载速度，提升加载流畅度和用户使用体验。系统提供可视化的操作，控制视图的显示。

•构件信息查看

通过选择筛选条件，实现在列表中点取查询，可实现各区域地图的快速切换。系统显示查询到的结果，并支持点击构件查看其图纸、病害、构件详情。

▲ 图 7 查看构件详情

•专题图查看

专题图支持各业务模块数据的统计功能，可统计各状态下的病害、违章、大中修项目数量等，通过权限设置限制各角色的可视范围。地理信息专题图支持通过复合条件查询，在地图中可显示筛选结果。

▲ 图 8 专题图查看

•人员位置管理

基于位置服务系统接口接收手机GPS信号，经过空间坐标处理，在电子地图上定位，并在图中高亮显示人员实时位置、统计在线人数，并且支持查看人员历史轨迹。

▲ 图 9 人员轨迹查看

小结：系统应用三大亮点

首先，系统实现了从传统的管理模式向现代化、国际化、专业化和信息化的管理模式的转变。

其次，系统可协调设计管理，快速查看二环路高架桥各构件的图纸和相关文档、病害信息和图纸等。通过GIS专题图，提高了业务数据的可视化程度，方便决策层快速制定相应计划，同时也缩短了执行层的响应时间，大大缩短了各部门间的沟通成本，实现了数据共享。

最后，系统实现了工作资产的数字化管理。系统对历史资料进行了整理和存档，支持提交、更新、查找、下载资料，提高了资料查阅、共享、管理的便利性，解决了资料散杂存放、容易丢失、查找困难的问题。

作者 | 成都软易达信息技术有限公司 元子婴

责编 | 王静静

【近期回顾】

▼

欢迎转载~