公路选线设计中BIM系统与GIS技术的运用探析,职称论文.docx

公路选线设计中BIM系统与GIS技术的运用探析,职称论文内容摘要：场内外交通是水利水电工程建设的重要组成部分，而公路是场内外交通最主要的形式。近年来，BIM技术在我们国家工程建设行业得到了深切进入应用和发展，为工程规划、设计、施工、管理都带来了便利，结合相关应用经历体验，我们在公路选线设计中也采用了该技术。另外，针对公路工程这种与地形及周边环境关系密切的建设项目，GIS技术可更好的将边界条件呈如今图纸上，有利于内业设计与现场实际贴合的更严密。因而，BIM系统与GIS技术在公路设计经过中的结合势在必行，本文对其应用方式进行了探寻求索，为今后类似工程的应用提供根据，以促进BIM技术的长足发展。 本文关键词语：BIM; 水电工程; GIS; 公路; 1 概述 1.1 BIM技术 BIM是指建筑信息模型Building Information Molding，其理论基础主要来源于制造行业集CAD,CAM于一体的计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing System理念和基于产品数据管理的PDM与STEP标准的产品信息模型。BIM除了对工程对象进行3D几何信息和拓补关系的描绘叙述，还包括完好的工程信息描绘叙述，如构造类型、建筑材料等设计信息；成本质量、材料资源等施工信息；安全性能、材料耐久性能等维护信息；对象之间的逻辑关系信息等。 在我们设计行业，BIM技术可实现三维建模、实现不同专业之间的信息分享、实现虚拟设计和智能设计、实现设计的碰撞检测、工程量自动统计甚至造价分析等。 当前，公路工程设计常用的BIM软件有Bentley公司的Openroads Designer,Autodesk公司的Infroworks及Civil 3D，同豪土木公司的公路工程设计BIM系统等。 1.2 GIS技术 GIS是地理信息系统Geographic Information System，是一种特定的特别重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层包括大气层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描绘叙述的技术系统。 公路工程设计时主要利用GIS相关软件提供航空影像、卫星数据、数字高程模型等信息源，建立个性化的三维地理信息系统，通过三维交互的方式集成、展示工程区域的空间地理场景数据，并在这里基础上整合相关三维设计模型。GIS相关软件主要有ARCGIS,Map Info,Skyline,Global mapper,Super Map,Map GIS等。 2 BIM与GIS的结合 BIM系统是用来整合和管理建筑物本身全生命周期信息的，GIS技术则是整合及管理建筑物外部环境信息的，二者并无可替代性，而是更倾向于一种互补关系，把微观领域的BIM信息和宏观领域的GIS信息进行交换和互相操作，知足查询与分析相关信息的功能，是将来BIM与GIS技术的发展方向。Google Earth中的 3D建筑图层 功能就是二者结合的重要实例之一。 公路是一种线性工程，地理空间跨度大，线路所经区域环境变化多样，不仅包含城镇乡村，还可能穿越湖泊河流、高山峡谷，实地定线往往由于人力、物力及经济因素难以全线覆盖，传统的纸上定线又不够直观。而GIS技术可较为写实的获取城乡整体布局、线路周围地物地类、已有建筑物等信息，为虚拟环境下的选线设计提供了良好的基础数据，再结合BIM技术进行联动交互设计，可到达公路选线设计省时高效、技术可行、经济合理、环境融合的满意效果。 3 BIM与GIS结合的实际应用 某水电站的进场公路长约3 km，根据地形地质条件情况，全线含隧洞、桥梁及明线公路。 在选线设计时，采用了同豪土木公司的 公路工程设计BIM系统 的 总体设计子系统 ，同时利用ARCGIS,Bentley公司的Geopak模块、Autodesk公司的Infroworks等软件作为辅助。 3.1 GIS基础资料准备 对于一条公路的边界三维数据场景，基础数据主要包括数字高程模型信息DEM与遥感影像DOM以及各类地物矢量、属性、行政区位图等数据。DEM数据表示地形的高低起伏形态，可通过实地测量法、无人机拍摄法、DEM数据软件导出法、勘察测绘主管部门或设计单位购买的方式获取。DOM数字正射影像数据可较为真实的展现地面形态和植被等地物环境，为三维地形的纹理数据，可通过无人机实景拍摄，还可从Google卫星地图、Infroworks等软件获取，精度可到达1 m，精度越高、效果越好、成本越大。 在 公路工程设计BIM系统 中，有关地形的数据分为DEM和DOM采用.tif格式；而有关地物矢量数据如河流、既有道路等建筑物等使用的是Shapfile(.shp文件。 常用的DWG格式地形图可通过TGIS客户端提供的转换工具转换成.shp文件，还可进一步将转换完成文件中的等高线XXXPOLYLINE.shp及高程点XXXPOINT.shp转换成.tif文件，以便 公路工程设计BIM系统 辨别。 另外，DOM影像数据往往采用的是经纬坐标，与常用的地形文件无法对位匹配，需要采用GIS软件如ARCGIS、Skyline等的配准工具通过人工辨别参考试点进行配准，参考试点选取越多，配准越精到准确，一般应多于4个。配准完成后保存新的DOM(.tif文件以便后续使用。 3.2 数据导入 公路工程设计BIM系统 支持GIS数据服务器下载GIS数据或本地文件导入、GIS显示效果设置、生成GIS缓存。若无本地缓存文件，需依次导入本地 高程文件 影像资料 地物矢量 行政区划图 ，然后生成缓存文件.xml并保存，以后可直接导入此缓存文件。导入后效果如此图1。 图1 GIS数据导入后效果 假如有之前用公路二维软件如纬地设计的道路成果，可以导入。当然，根据各工程实际可导入地质、水文、土地拆迁建筑物、青苗补偿、砍树、拆迁电力、公路用地、限界、行政区划、汇水区域、河道沟渠等背景资料，便于在公路设计经过中系统实时呈现和调用。 3.3 平面设计 在总体设计子系统中平面的设计支持导线法、线元法。可根据情况分别采用不同的设计方式方法完成道路的布设；对于复杂线形设计的，可以将导线法与线元法穿插使用。设计时人机交互性很强，并可直观的发现公路路基边坡和周边环境的关系，减少道路调整的工作量。 3.4 纵断面设计 总体设计子系统支持动态交互式纵断面设计。可实时修改变坡点的位置、标高、竖曲线半径、切线长、外距等参数。平面和纵断可实现双窗口同步显示。根据地形填挖的高差情况，可按桩号添加桥梁、隧洞、涵洞等构造物，并设计构造物的相关参数。 3.5 横断面设计 总体设计子系统内置了不同设计速度下所对应的路基标准横断面，设计时能够直接调用内置的标准横断面模板，亦可根据实际项目进行标准横断面的定制。 3.6 局部路段特殊处理 如高边坡路段牵涉不同岩层的开挖，各岩层风化或完好程度不一致，且岩面高低起伏，对开挖边坡稳定坡比均有不同要求，公路工程设计BIM系统无法实现该开挖方式，此时可借助Bentley公司的Geopak模块进行不同岩层的开挖放坡，能比拟准确的反映开挖情况，并较精到准确的自动计算工程量。 3.7 三维模型查看和输出 设计初步完成后，可查看任何桩号的三维模型信息，并可调出相应桩号的横纵断面图，便于发现与自个设计想法有出入的路段，并进行更改。还能以遨游视角观看全线设计，到达动画效果。 场内外交通只是水利水电工程枢纽的一部分，假如需要将设计成果融合到枢纽的相关BIM设计平台，能够从系统导出道路、路基、路面、桥梁、隧道、涵洞、交安模型，模型格式为?.ive，?.osgb，?.osgt，?.3ds，?.r3d，?.fbx，?.obj，以供在BIM平台导入，并进一步赋予相关建筑物的属性信息。 3.8 二维图表输出 根据出图习惯，可自动输出平纵横布置图、曲线要素表、技术经济指标表、公路及各构造物工程量表、公路用地表图，图纸格式可分为.dwg和.pdf，表格格式可分为.xlsx和.pdf，根据需要系统可自动将设计成果汇编成册。 4 结束语 文章阐述了BIM设计系统在某水电站进场公路中的实际运用情况，系统将BIM与GIS技术进行了充分的结合，设计时可到达因地制宜、经济合理、成果直观、快速高效的效果，经与常规的二维设计手段相比，同等工作量可节约时间30%左右。但也发现了华而不实缺乏，如无法适应不同地层边坡开挖等情况，相信在不久的将来，随着BIM与GIS技术愈加深切进入的结合、BIM系统更广泛的应用，相关难题会得到圆满的解决。