BIM+GIS技术在高速公路临建工程中的应用_贾生平.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202209055开放科学（资源服务）标识码（OSID）BIM+GIS 技术在高速公路临建工程中的应用贾生平，谢显龙，穆树元（中铁二局第一工程有限公司，贵阳550002）摘要：为提高临建工程设计效率，以玉楚高速公路土建 11 标临建工程为依托，通过卫星地形与卫星影像建立三维 GIS 模型，结合线路的走向和红线用地情况，基于 GIS 模型进行面域、高差及坡度分析，筛选拟选临建工程区域，结合临建工程建设标准，定义出红线范围；利用 BIM 技术开展三维正向设计，并将其 BIM 模型与 GIS 模型整合，指导现场实施。关键词：临建工程；BIM 技术；三维 GIS；正向设计；可视化中图分类号：U412.22文献标志码：B文章编号：1003 8825(2023)01 0171 04 0 引言目前，国内大部分项目的驻地、拌合站、钢筋加工场等大临设施的建设通常以人工现场踏勘确认地块后，采用 RTK 或全站仪实地测量出地块的地形图，根据现场地形的起伏，结合临建工程的建设标准，在 CAD 软件中开展二维设计，再指导现场施工。其场地选择效率低、方案设计慢、表达效果差，无法针对复杂地形实际情况布置，现场施工容易出错。本文提出基于 BIM+GIS 的全三维正向设计技术，采用卫星地形数据与卫星影像建立大场景的三维 GIS 模型，根据 GIS 空间分析能力，合理选择出项目驻地、拌合站、钢筋加工场、施工便道等区域的位置，利用 BIM 技术开展临建工程的全三维正向设计；在 GIS 平台上，将 BIM 模型和 GIS 模型进行精确整合，并指导项目驻地、拌合站、钢筋加工场等临建工程的实施1-5。1 工程概况玉楚高速公路土建 11 标段位于易门县绿汁镇和铜厂乡境内，全长 5.57 km，包括隧道 1.5 双幅座、路基 173 m、箱涵 108.91 横延米/2.0 座，倒虹吸 59.45 横延米/1.0 座，隧道 10 799 单延长米/1.5 座（芭蕉箐隧道 0.5 座，左幅 1 867 延长米，右幅 1 880延长米）。2 BIM 族库建立结合各临建模型组成所需要的构建类型，在revit 软件中，选择公制常规模型样板，建立参数化族库，每个族库应包含必要的几何信息和非几何信息，模型精细度 LOD 应大于 300 以上。每个族库模型的几何尺寸和材料属性都应设置成实例参数或几何参数，模型表达信息包括型号、材质、参数等，便于提高族库模型的使用效率。在项目驻地模型中，累计新建墙柱、大门、会议桌、旗台等族库的参数化族库 22 个，满足了本项目驻地的设计需求。项目驻地部分新建族库模型，见图 1。图1项目驻地部分新建族库模型 结合本工程加工场建设所需要的设备类型，根据厂家提供的相关加工设备图纸信息，在公制常规模型样板中，建立钢筋加工场参数化族库。模型属性需包含设备型号、几何信息、材质信息等。新建钢筋弯曲机、型钢弯拱机、钢筋切断机等族库模型 20 个，部分新建族库模型，见图 2。建立 180拌合站机组所需要的族库模型 12 个，部分新建族 收稿日期：2022 11 10作者简介：贾生平（1981），男，四川成都人。高级工程师，主要从事公路工程项目施工管理工作。E-mail：。贾生平，等：BIM+GIS 技术在高速公路临建工程中的应用 171 库模型，见图 3。图2钢筋加工场部分新建族库模型 图3拌合站部分新建族库模型 项目驻地受现场征地影响，有效的土地使用几何尺寸不规则，为提高驻地设计效率，将驻地各个功能房创建成独立的单体化模型，如会议室、办公楼、员工宿舍等；根据临建标准的面积要求，分别设计不同活动人数的单体化模型。部分项目驻地单体化模型和内部设计效果，见图 4、图 5。图4部分项目驻地单体化模型效果 图5部分项目驻地内部设计效果 3 基于 BIM+GIS 的临建设计GIS 模型能展示施工区域周边的三维空间信息，包括地形起伏、高差、坡度，但不能表达施工主体模型信息；BIM 模型能可视化展示施工主体的几何信息，但不能表达其所在的地理关系。为此，结合 BIM 与 GIS 的互补优势，能有效提升项目驻地、拌合站等大临工程的设计质量和建设标准。3.1 项目驻地设计 3.1.1 GIS 环境建立结合线路正线的范围，在 bigmap 软件中，定义地形数据的下载区域，分别获取高精度地形数据和高分辨卫星影像，将其导入到 GIS 平台上，同时加载两类地理数据，建立三维 GIS 模型，见图 6。图6三维 GIS 模型 3.1.2 BIM 模型设计在 GIS 地形上，通过空间分析，定义临建工程建设所需的红线。在 revit 项目样板文件中，导入红线 CAD 图，根据项目人员规模，采用全三维正向设计建立项目驻地的 BIM 模型，见图 7。图7驻地模型设计 3.1.3 BIM+GIS 融合在三维 GIS 地形模型上，导入交互格式的 BIM模型，采用坐标旋转和平移法，将 BIM 模型精确整合到 GIS 模型上，并对 BIM 模型和 GIS 模型联合导出，采用可视化渲染工具，对驻地的材质、绿化等区域进行渲染，使其与实际建设效果更为逼真。BIM+GIS 融合效果，见图 8。图8BIM+GIS 融合效果 路基工程 172 Subgrade Engineering2023 年第 1 期（总第 226 期）3.1.4 驻地模型优化设计当驻地建设位置发生变化，功能房需要调整时候，重新导入用地红线图，通过单体化模型进行调整，并同步对比设计效果。两种项目驻地设计模型效果，见图 9。项目管理人员不需实地到达现场，通过 BIM 模型进行分析，能够快速掌握驻地的设计效果，整个效果为全三维可视的，有效提升了沟通渠道，避免了现场来回的踏勘。（a）方案一（b）方案二图9两种项目驻地设计模型效果 3.1.5 工程量计算方案定稿后，根据施工交底需求，将 BIM 模型的工程量导出，见表 1。表1工程量统计工程名称材料工程数量工程名称材料工程数量办公楼生活区C20混凝土（基础）/m377.11雨篦子混凝土预制/m1036.10A级防火板/m23425.91围墙基础砖/m335.22吊顶/m22504.63防护栅栏高1.5/m391.30地板/m22504.63旗台砖/m32.28晾衣房C20混凝土/m33.25花台砖/m38.05彩钢棚/m2217.76砖砌路面混凝土预制砖/m21245.39篮球场C20混凝土/m354.60停车位六棱转/m2163.80塑胶地板/m2546.00彩钢棚/m2163.80水沟砖/m3141.75 3.2 钢筋加工场设计钢筋加工场设计需综合考虑施工生产中钢材最大用量、现场征地拆迁难易程度、生产线的合理性等因素。本项目拌合站设计尺寸为 38.5 m50.0 m，内部设置两条生产线，4 台龙门吊进行吊装。根据已建立的钢筋加工场的族库模型，加工场内部设计和内部效果，见图 10、图 11。图10钢筋加工厂三维设计 图11钢筋加工厂内部效果 3.3 拌合站设计拌合站建设用地的高差较大，根据现场地形特点，将场坪设置为两个台阶。第一级台阶为粉煤罐基础区，第二级台阶为料场区域，两个台阶高差为3.5 m。拌合站三维设计效果，见图 12。图12拌合站三维设计效果 3.4 三维场布设计根据里士隧道进、出口施工红线与正线间的位置关系，利用 BIM 技术设计三维施工场地布置模型，将模型转化为交互格式导入 GIS 平台，将其精确整合到对应的地理位置上，真实直观地预知现场布置效果。依托 GIS 强大的空间几何分析功能及 BIM 三维可视化性，查询场布设计的合理性，不断优化场布方案。里士进、出口三维施工场地布置效果，见图 13、图 14。图13里士进口三维施工场地布置效果 贾生平，等：BIM+GIS 技术在高速公路临建工程中的应用 173 库房空压机房办公房图14里士出口三维施工场地布置效果 3.5 施工便道设计基于三维 GIS 模型，结合地形高差起伏，地貌纹理，为了确保车辆通行，最大坡度小于 10%。初步设计施工便道走向，在道路属性中，查看线路的纵断面坡度值，不断优化设计道路。施工便道三维设计效果，见图 15。图15施工便道三维设计效果 4 结语通过高精度地形数据和影像数据建立施工现场的三维真实 GIS 模型，在叠加线路矢量文件后，通过空间几何分析，能直观展示工程所处的周边三维地形信息。在 GIS 模型上能快速筛选出项目驻地、拌合站等大临设施的位置，结合临建建设标准，实现对各临建工程的三维正向设计。该技术已在玉楚高速公路土建 11 标进行了全面推广应用，有效提升了项目临建工程选址及设计效率，减少了外业人员工作量，提高了临建建设标准和质量，加快了施工进度，其技术路线成熟可靠，潜在应用价值广阔。参考文献(References)：1 杨冬雁.高速公路工程建设中 BIM 技术的应用意义及优势 J.黑龙江交通科技,2021,44（10）:163,165.DOI:10.3969/j.issn.1008-3383.2021.10.083.2 王嘉伟.BIM 技术在高速公路施工生产中的运用 J.智能建筑与智慧城市,2021（12）:171 172.WANG J W.Application of BIM technology in expressway constructionand production J.Intelligent Building&Smart City,2021（12）:171 172.3 曹珊.谈 BIM 技术在公路工程中的应用 J.砖瓦,2021（3）:71 72.DOI:10.3969/j.issn.1001-6945.2021.03.022.4 王维高,朱明,赵见,等.BIM 和 GIS 技术在某高速公路施工建设管理中的应用 J.山西建筑,2020,46（23）:114 116.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2020.23.045.WANG W G,ZHU M,ZHAO J,et al.The application in the projectmanagement of a freeway based on the BIM&GIS technology J.Shanxi Architecture,2020,46（23）:114 116.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2020.23.045.5 唐舸.浅析 GIS+BIM 技术在公路工程施工中相对传统技术的优势 J.中小企业管理与科技,2020（9）:178 179.TANG G.Analysis of the advantages of GIS +BIM technology inhighway engineering construction compared with traditional technologyJ.Management&Technology of SME,2020（9）:178 179.ApplicationofBIM+GISTechnologyinExpresswayTemporaryConstructionJIA Shengping，XIE Xianlong，MU Shuyuan（China Railway Erju Engineering Group No.1 Engineering Co.,Ltd.,Guiyang 550002,China）Abstract:In order to improve the design efficiency of temporary construction projects,relying on the temporaryconstruction project of YuxiChuxing expressway civil engineering section 11,a 3D GIS model is established bysatellite terrain and sat