BIM+3DGIS技术在智慧城市基础设施及数字化管线运管系统中的应用与研究.docx

BIM+3DGIS技术在智慧城市基础设施及数字化管线运管系统中的应用与研究 刘百韬 潘艳艳 李梦培 马文新 沈辰楠摘 要：以智慧园区项目为背景，研究BIM+3D GIS在智慧城市基础设施及地下管线管理的应用及具体实现方案、技术、成果、可发展方向在研究过程中重点比对3DGIS平台系统构架、应用技术，并选择具有较好开放性的平台；研究BIM技术的利用及3DGIS信息模型的搭建流程，即智能化管理的数据基础建设及其流程；完成BIM模型与3DGIS平台的数据传递，确定信息模型所包含的信息参数，使系统平台满足市政设施管理部门、管线运营管理公司等用户的管理应用需求关键词：智慧园区；BIM；3DGIS；智慧城市：TP311.52 ：A ：1671-2064（2019）05-0037-05本文依托智慧园区项目研究了BIM+3D GIS技术在智慧城市基础设施及地下管线运维管理中的应用详细阐述了其技术路线及建设方案基于BIM+3D GIS技术的三维市政信息综合管理系统，可以对具备某一类标准形态、包含拓扑信息及资产信息的市政设施或企业设施进行科学化的地上、地下一体化管理1 技术背景随着我国经济的发展，工程项目趋于大型化和复杂化，工程监测的规模范围也趋于大型化，产生的监测信息数量巨大且类型复杂，给监测信息的采集、分析和管理带来了困难。

如何实现监测数据的可视化和高效管理，从而提高监测数据分析、应用和管理的效率，逐渐成为一种需求和趋势BIM（建筑信息模型）技术可进行工程化信息监测，可以实现对工程构筑物的质量和安全的实时管理通过三维GIS（地理信息系统）技术可实现工程全局的项目信息统筹和科学决策BIM与GIS通过数据集成、系统集成或应用集成来实现集成应用目前二者集成在城市规划、城市交通分析、城市微环境分析、市政管网管理、住宅小区规划、数字防灾、既有建筑改造等诸多领域有所应用，与各自单独应用相比，在建模质量、分析精度、决策效率、成本控制水平等方面都有明显提高BIM与GIS集成应用，可增强大规模公共设施的管理能力，拓宽和优化各自的应用功能，提高长线工程和大规模区域性工程的管理能力2 BIM+3DGIS技术在智慧城市基础设施中的 应用2.1 智慧城市与智慧园区智慧园区是智慧城市的缩影，是信息技术发展所带来的产物它是通过信息技术和各种各样的资源结合所形成的，有助于企业降低运营成本，提高工作效率，增强服务能力等多种优点园区的管理半径与管理纵深较大，做出准确决策的难度也较大因此必须建设一个强大的园区服务平台来进行支持，同时依托平台，促进园区的管理部门、企业、合作单位良性互动。

园区需要在战略、流程、资源三个层面进行很好的配合在战略目标的指导下，建立合理高效的组织架构，完善企业整体各项管理流程，创建并固化一套标准、科学的管理体系；充分利用人才、资金等内外部资源基于互联网及物联网技术的应用与发展，从更高的公共数据应用、异构网络的共享、多重数据的融合的层面出发，解决了大部分传统建筑智能化管理存在的问题通过智慧园区的建设，帮助园区在信息化方面建立统一的组织管理协调架构、业务管理平台和对外服务运营平台；建立统一的工作流程，通过云平台的整合，以云平台为枢纽，形成一个紧密联系的整体，获得高效、协同、互动、整体的效益；建立统一的应急管理与日常管理、对内与对外服务这四大体系2.2 BIM+3DGIS在智慧园区建设中的应用2.2.1 智慧园区建设背景本文依托项目规划占地面积约8.78平方公里，包括整车厂、零部件和物流园区等，建成后或将带动本市汽車整车生产、零部件配套、汽车金融等相关产业快速发展基地在设计理念、建设标准上以先进的绿色环保为首要原则，做到全方位节约资源：注重节约能源及合理利用能源，将采用先进、全面、系统地环境治理措施，结合城市配套的环保设施，对生产各个环节中产生的噪声、废气、污水及固体有害废弃物等进行综合、系统地治理。

2.2.2 智慧园区建设内容该项目以三维GIS平台为依托建设成以地形、二维矢量、地上场景、地下管线、室内三维结构、室内管线、各业务系统数据为主的空间信息管理平台，以此平台为入口实现智慧基地的目标智慧基地建设，以同一套基地三维数据库为核心，以三维数据库设计规范为基础，以标准化的三维数据库管理和更新机制为保证，为基地管理人员和公众提供高效、安全、可靠的三维空间数据应用服务，辅助基地部门直观、科学地决策，从而提高基地管理的效率初期平台建设实现BIM+GIS模型多媒体交互展示该平台通过多媒体交互等信息技术对片区内的地下管网、市政设施进行全方位展示项目中期完成三维市政信息综合管理系统的建设以初期建设成果为基础建设三维市政信息综合管理系统完成的系统各个模块之间是开放的、局内数据资源和信息在制度保障下自由流动并和其它政府专题GIS能顺利对接，构成一个开放的、易扩充的、稳定的，并具有统一软件平台、统一标准、统一数据的开放系统系统满足市政设施管理部门，大型企业园区、楼宇，管线运营管理公司等用户的管理应用需求为企业内部资产的优化管理和设施维护、检修提供服务，对各种可能发生的事故进行预警和为事故处理提供决策支持，从而达到加强设施的管理，实现为发展创造良好内部环境的目标。

3 智慧园区CIM模型搭建CIM（City Information Modeling）是以城市信息数据为基础，建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体从范围上讲是大场景的GIS数据+小场景的BIM数据+物联网的有机结合因此BIM模型+GIS数据可以统称为CIM模型为实现初期目标，首先需要进行CIM基础数据建设基础数据建设内容根据需求包含：（1）片区所有地下管线BIM设计建模2）片区市政设施、能源场站BIM设计建模，并包含市政设施内主要设施3）GIS平台地上要素三维数据建设，主要包括区域内部分建筑、道路及附属设施、绿化、水域等3.1 市政能源场站BIM建模3.1.1 BIM工作流程在BIM建模过程中，需要水、暖、电、建筑、结构、总图等多专业人员及项目负责人共同协作完成，ArchiCAD的团队工作功能为各专业设计人员提供了一个共同协作平台，根据时限要求合理安排工作流程如表1所示3.1.2 各专业建模各专业在建模过程中主要使用ArchiCAD自带的墙梁板柱、壳体、变形体等工具，并结合计算机工程师编制的符合设计规范和标准的图库部件联合构建模型3.1.3 碰撞检查，发现问题及时修正各专业人员在同一工作平台设计，每位设计人在自己的权限内完善模型，连接各单体的同时及时沟通交流，进行专业间的碰撞检查，生成碰撞检测报告。

之后通过交互软件进行批注，发送该信息给相关专业所属人，所属人据此可迅速定位到碰撞点，进行修改反馈，从而提高碰撞处理效率，使得设计瑕疵能够实时避免，如图1所示以污水厂为例，BIM模型如图2所示3.2 道路BIM建模需建模道路包含园区设计道路及部分园区外道路，且包含立交两座、高架桥一条设计道路严格按照图纸进行BIM建模，达到施工图设计深度；园区外道路建模满足与园区内道路的模型的对接，准确表达园区内外路网关系如图3、4所示针对项目实际情况，我方采取多软件结合应用的方式展开BIM工作，以下为道路专业BIM建模流程：（1）应用Roadleader软件进行地形建模及场地分析，搭建出后期道路BIM建模的基础2）在地形已搭建的基础之上，应用Roadleader进行道路BIM建模3）在道路BIM建模完成之后，将道路模型导出至Archicad软件，应用Archicad进行二次深化设计在Archicad中进行路灯、标志标线、路障、红绿灯及智能交通等交通设施的建模工作，并将交通设施严格按照图纸进行布设，高精度搭建道路系统全景BIM模型，三维还原设计师设计理念，精准表达道路及其周边设施排布3.3 GIS平台地上要素三维数据建设包含区域内驻区企业、商业、商务建筑、道路及附属设施、绿化、水域等建筑外形模型建设。

一种方式是应用无人机航拍，对项目现场进行倾斜摄影，采集数据建立实景模型另一种方式是根据相关CAD图纸、现场照片等资料，利用Sketchup、3DMAX等建模软件进行实景建模，再对模型进行贴图渲染通过以上两种方式，实现GIS平台地上要素的实景建模，达到现场区域的实景还原3.4 管网建设3.4.1 模型系统管网工程系统的模型内容在建模过程中一般分为三个级别如给排水管网系统的一级分类包括管道设备、给水排水管网、管道基础和接口；在二级分类中，管道设备分类包括计量设备、消防设备等；三级分类是在二级分类基础上进一步细分，例如阀门设备分闸阀、进排气阀等如表2所示为了保障信息有序而规范的传递，模型单元的描述方式关系到数据应用时能否进行数据定位，模型单元分实体、属性两个维度，在传递过程中应重点考虑：模型单元所处的模型系统、模型单元的视觉呈现效果、模型单元所承载的信息、属性值体现模型单元最终描述的结果3.4.2 模型信息粒度三维市政信息综合管理系统的数据结构分为管点数据和管线数据管点数据记录管线上的管井及设备的位置及属性信息，管线数据记录管线的位置、连接关系、属性信息等，结构参照表3管线数据属性结构（其中黑色粗体为数据驱动必要字段）。

如表4所示4 BIM数据到3D GIS平台的传递本项目采用CityMaker系列软件作为3DGIS平台，应用CityMaker Builder软件对BIM模型进行导入整理根据项目应用需求，规划数据库拓扑结构，分项导入BIM模型拓扑结构如图5所示交付物为*.FDB格式，可通过CityMaker系列软件浏览查看编辑，并应用于BIM+GIS三维多媒体展示系统4.1 创建数据库在CityMaker中，数据统一在FDB中进行保存，FDB分为大文件型（*.fdb）和数据库两种存储方式FDB为三层数據结构：数据源╚数据集╚要素类（1）创建数据源：数据源支持大文件、Oracle、SQLServer、MySQL等输入对应参数，软件会自动创建地理特征数据库2）创建数据集：数据集具有唯一的坐标系，即数据集中的要素类均采用相同且唯一的坐标系，该坐标系可以修改3）创建要素类：数据集中的要素类，类似于图层，将模型按照规则进行分类，如模型分为：建筑、交通、绿化、水系、市政等类型，就可以创建以上类型的要素类4.2 BIM数据入库（1）在CityMakerBuilder中新建工程导入模型；（2）在CityMaker Builder中加载三维地形场景（ted）；导入的ted、fdb、工程坐标系遵循【1.1坐标系说明】规则。

CityMaker Builder具有数据集合并、导出、加密等功能辅助数据库管理5 三维市政信息综合管理系统三维市政信息综合管理系统是一套以地下管线、管点设施为管理对象，实现二维地下管线数据三维化，并提供编辑、管理及分析功能的3DGIS系统5.1 设施管理功能三维市政信息综合管理系统实现了三维设施数据、管线数据、三维地表数据以及城市景观数据的一体化管理，提供全三维形式系统用户界面，具有全面的市政设施管理、查询、分析、出图等功能，满足管理部门及专业运营部门的管理需求5.2 设施分析功能三维市政信息综合管理系统实现了对市政设施的四大类分析功能：（1）综合分析，如横、纵断面分析、连通分析、流向分析；（2）工程分析，如周边检测、工程开挖；（3）规划分析，如管线比对、间距分析、埋深检测；（4）实现对设施事故的分析，如关阀搜索、事故影响范围检测、泄露扩散模拟5.3 三维设施编辑功能要想真正在三维系统中实现对数据的管理，三维数据的编辑修改是必要的功能三维市政信息综合管理系统可将设施类型库中。