【智慧城市】BIM融合GIS協助城市道路橋樑管理信息化轉型

成都市二環路高架橋是成都市中心城區建設的第一條全高架快速通道,全長50餘公里,設施體量巨大,結構類型複雜多樣。由於信息不透明、資產信息散亂經常存在查找困難、信息查閱不方便、數據展示不直觀等問題,且未能有效使用信息化方式管理整個道路橋樑運維管養過程和管養數據。

爲了實現二環路的“現代化、國際化、專業化、信息化”管理要求,成都市城市道路橋樑管理處(下稱:道橋處)急需實現二環路高架橋及底層道路管養和海量竣工資料的信息化管理轉型,並在此基礎上實現資料與實體設施的準確對應,提升管理的精準性。

爲此,道橋處和成都軟易達信息技術公司合作建設了成都市城市道路橋樑管理系統這一大型城市基礎設施維護管理平臺。

平臺提供了完整的建築信息模型(BIM)與地理信息系統(GIS)技術融合的解決方案,用以提高各有關業務科室的協調作業能力,減少溝通成本,實現二環路高架橋的信息化和精細化管理。

系統總體設計

市道橋管理系統是圍繞道路橋樑管養的業務流程而建立的大型工作平臺,引入了大量的系統以及工具,以支撐整個業務執行過程。系統建立在完善的標準規範體系和信息安全體系基礎上,自下而上構築了基礎層、數據集成層、文檔管理層、支持平臺層、信息採集層、業務應用層,各層都以其下層提供的服務爲基礎。
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▲ 圖 1 系統總體功能架構

業務應用層:是系統的客戶端,與用戶直接交互,是各功能實現的端口。本系統業務模塊包括日常維護管理、道橋檢測管理等功能模塊。

信息採集層:主要爲監控數據的集成,服務於業務應用層。

支持平臺層:爲業務應用層各功能的實現提供支撐,實現設計文檔等在本系統和設計工具間傳送。

文檔管理層:核心爲文檔協同管理,包括數據管理層、業務邏輯層以及終端引用層。

數據集成層:管理整個系統的數據信息,是一套統一的全方面資產信息模型,爲業務應用層各模塊提供運行數據的數據源建立關聯關係。

基礎層:爲系統實現的服務端基礎配置,主要包括系統軟件(數據庫等)、硬件設備(數據庫服務器等)及網絡架構。

安全防護體系:安全技術防範是以安全防範技術爲先導、以人力防範爲基礎、以技術防範和實體防範爲手段所建立的一種具有探測、延遲、反應有序結合的安全防範服務保障體系。

標準規範體系:系統中的構件可實現應用需求,並能將任意複雜度的功能封裝在一起;所有構件之間的通訊是通過以連接件爲中介的異步消息交換機制來實現的;構件相對獨立,構件之間依賴性較少。系統中不存在某些構件將在同一地址空間內執行,或某些構件共享特定控制線程之類的相關性假設。

經過多方比選,最終採用CATIA電腦三維建模軟件作爲BIM建模工具,GIS基礎軟件採用SuperMap GIS 9D系列產品進行開發,並在此基礎上實現了BIM和GIS融合。
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▲ 圖 2 清水河立交模型

GIS技術應用亮點

成都市城市道路橋樑管理系統通過三維實景模型將現場情況逐一再現,並將BIM模型與三維實景模型進行拼裝,能夠最大限度地模擬建成後的情景,爲方案決策中提供技術支持。

•BIM模型的構件管理

系統建立了完整的BIM模型編碼規則,實現了構件編碼與構件的一一對應。通過構件編碼,可對構件位置進行快速定位,同時也爲圖文檔與構架掛接奠定基礎。
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▲ 圖 3 BIM模型編碼規則

•“骨架+模板”三維建模思路

市道橋管理系統已完成二環路清水河立交橋、雙楠立交橋、杉板橋、雙橋子立交橋以及永豐立交橋的BIM模型建設。在模型建設過程中,系統利用“骨架+模板”的三維建模思路,成功解決了二環路高架橋的建模問題。同時,系統以橋樑總體佈置圖爲主導,以構建模板爲核心,結合CATIA的參數化功能,有效地搭建了橋樑模型。
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▲ 圖 4 成溫立交橋“骨架”控制線

由於二環路高架橋BIM模型的橋墩類型繁多,各構件間差別大,模型複用率低,系統採用了PC(POWERCOPY,即:超級副本)和UDF(User Feature Definition,即:用戶特徵定義)的方式進行模型參數化。通過使用UDF模板使建模更加方便、靈活。

運用CATIA的“知識工程”模塊,對橋樑的樁基承臺、橋墩、泄水管和水篦子、支座、墊石、7.5M小箱梁、28.5M小箱梁等構件建立模板。通過模板庫可首先保證模型的規範和統一,在保證模型質量的前提下實現BIM模型的快速搭建。
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▲ 圖 5 構件模板

對不同類型的橋墩,系統都能夠通過更改參數來實現與橋墩的完美配合,支持將多個類型的樁基承臺合併到同一模板下,可通過修改參數和與平面線射線夾角方向來確定類型以及參數。

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▲ 圖 6 合併承臺模板

“骨架+模板”建模方法的實踐,提高了BIM建模的靈活性,縮短了建模週期。

•基礎地圖操作

系統提供基礎地圖操作功能,實現了地圖縮放、地圖平移和模型的旋轉等。

地圖操作功能:通過菜單可快速切換地圖,使用鼠標可在地圖視窗中對圖形進行實時平移、放大、縮小、全圖等操作,從而更加方便地瀏覽信息。同時,系統將顯示當前鼠標位置座標及比例尺。

圖層控制功能:由於模型數據量極大,系統採用片狀加載的方式以提高地形圖加載速度,提升加載流暢度和用戶使用體驗。系統提供可視化的操作,控制視圖的顯示。

•構件信息查看

通過選擇篩選條件,實現在列表中點取查詢,可實現各區域地圖的快速切換。系統顯示查詢到的結果,並支持點擊構件查看其圖紙、病害、構件詳情。
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▲ 圖 7 查看構件詳情

•專題圖查看

專題圖支持各業務模塊數據的統計功能,可統計各狀態下的病害、違章、大中修項目數量等,通過權限設置限制各角色的可視範圍。地理信息專題圖支持通過複合條件查詢,在地圖中可顯示篩選結果。
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▲ 圖 8 專題圖查看

•人員位置管理

基於位置服務系統接口接收手機GPS信號,經過空間座標處理,在電子地圖上定位,並在圖中高亮顯示人員實時位置、統計在線人數,並且支持查看人員歷史軌跡。

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▲ 圖 9 人員軌跡查看
小結:系統應用三大亮點

首先,系統實現了從傳統的管理模式向現代化、國際化、專業化和信息化的管理模式的轉變。

其次,系統可協調設計管理,快速查看二環路高架橋各構件的圖紙和相關文檔、病害信息和圖紙等。通過GIS專題圖,提高了業務數據的可視化程度,方便決策層快速制定相應計劃,同時也縮短了執行層的響應時間,大大縮短了各部門間的溝通成本,實現了數據共享。

最後,系統實現了工作資產的數字化管理。系統對歷史資料進行了整理和存檔,支持提交、更新、查找、下載資料,提高了資料查閱、共享、管理的便利性,解決了資料散雜存放、容易丟失、查找困難的問題。

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