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摘要：近年来，随着我国高速公路规划新建及改扩建总里程数的不断增加，国家对公路三维BIM信息化的推动力度也不断加大，深入研究高速公路设计、施工、运维信息化对施工运维效率提升具有重要意义。本文根据对BIM和3DGIS技术特点分析，进一步阐述BIM+3DGIS集成技术方案以及全过程数据管理理念在高速公路信息化过程中的应用。
关键词：高速公路；BIM；三维GIS平台；信息化
引言
目前高速公路建设设计，施工和运营分离的现状，以及传统二维设计给信息量的限制和施工过程信息的缺乏，给后期的运维管理带来了很大的挑战。BIM在设计阶段建立项目的三维建筑模型，然后输入施工过程管理数据，移动采集数据和其他数据，有效解决信息记录和继承问题。利用精细化的模型和丰富的业务数据，充分发挥BIM+3DGIS信息集成和共享的优势，创建项目整个生命周期的数字化，可视化和集成化系统信息管理平台，进而真正实现运行和维护的信息化是未来新公路建设和改造工程的发展方向。
一、BIM+3DGIS的技术特点
（一）BIM的技术特点
1、突破二维局限到三维
BIM是一种参数化的实体建模技术，可重现未来建筑物的空间布局，管道方向和位置，使设计师，业主和工程师能够通过建筑信息模型直接表达和交换信息。【1】
2、参数化建模
模型参数化包括参数化模型建立和参数化修改，参数化模型建立时设计人员根据工程关系和几何关系的要求，考虑尺寸或工程参数的初值及尺寸之间的约束关系；参数化的修改是用户改变可变参数，系统根据约束关系自动维护不变参数；进而提高模型的生成和修改速度。
3、高度精确
BIM单体精细化模型，信息全面，每个几何体均以独立要素存在，与传统模式相比，从宏观到微观，从外到内，实现精细化表达。
4、全过程结合
BIM是一个共享的资源，为设施全生命周期中的决策提供依据【2】；施工，运营和维护的不同阶段，不同利益方通过改变BIM信息，实现协调运作。
（二）3DGIS的技术特点
1、用户权限可定
可方便的进行用户创建，并可以为不同角色赋予不同权限。
2、基于服务器-关系数据库
数据存储在标准的关系型数据库中，地理信息存储有通用框架，可以利用框架定义和操作不同的用户模型。
3、文件和web服务自由交换，数据集成灵活
数据文件以WebService形式进行共享。多源数据可集成到一个平台。
4、可支持较大范围的数据
GIS数据存储技术在数据传输，查询等方面支持大数据的快速处理，如将数据存储在数据库中的BSON格式，省略数据传输序列化和反序列化的步骤，建立空间索引更好的数据库，提高数据查询和访问效率。
5、网络、客户端、移动端并存
除了客户端，随着互联网技术的发展，Web和移动GIS也迅猛发展。
6、二三维一体化
二三维GIS数据可以在“一张图“中进行展示，并且在二三维一体化体系下，二维查询分析功能均可在三维系统中使用。
7、特有的分析功能
GIS中有空间分析的基本功能，包括空间定位、查询、量算，叠加分析、缓冲区分析等【3】，也有三维分析，如开挖分析、日照分析等。
（三）BIM+3DGIS的技术结合
BIM存在问题
1、数据格式不统一
以公路设计为例，航测专业人员提交高精度的数字地形模型（tif、img等格式）；地质专业人员使用Civil3D建立三维地质模型（.dwg格式）；其他专业多采用Revit软件（.rvt格式）。涉及软件、专业较多，整合时出现问题相对较多，如坐标不一致，模型不能导入，数据丢失等【4】。
2、注重单体，缺乏宏观
BIM是针对单体精细化模型的，脱离周围的地理环境要素。大部分BIM软件对于大范围的公路线路支持存在系统卡顿问题。
3、缺少GIS特有的分析功能
模型信息全面，但是缺少用于规划决策、施工管理需要的分析功能，如开挖分析、方案比选、拆迁分析等。
4、注重设计、缺乏运维
专注于设计，缺乏后期运维管理。
GIS提供解决办法
1、多种数据导入
定制BIM导出插件（Revit、Bentley等），保留顶点信息和属性信息，并进行坐标转换。
2、BIM+3DGIS的展示方式
精细的BIM模型数据+非精细的场景数据（地形影像数据、倾斜摄影数据等）叠加展示。
3、GIS分析
集成的BIM数据，具有普通三维模型的几何信息，可进行基本查询、量测功能，也可进行开挖分析等业务相关分析功能；根据BIM数据丰富的属性信息还可完成其他高级分析功能。
4、搭建BIM运营管理平台
搭建基于BIM技术的施工和运维系统，支持施工模拟、视频监控等管理功能。
二、高速公路工程中BIM+3DGIS的关键技术
（一）数据整合
不同类型数据到3DGIS平台的转换，需要根据系统提供的API进行二次开发；转换需要保留模型几何信息、属性信息及拓扑关系；图元的材质信息及贴图纹理需要读取原始参数信息后转换成新的数据结构。数据转换是BIM到GIS信息传递重要的一步。
（二）轻量化处理
复杂的BIM模型数据将给计算机显示分析，存储计算和数据传输带来负担，特别是对于高速公路模型。因此，BIM数据轻量化是解决BIM和3DGIS在结合过程中的关键问题。入库的模型需要利用三角网优化算法，减少BIM数据的三角面数目，降低绘制的复杂性，从而加快绘制速度。
（三）场景匹配
BIM数据进入3DGIS后，等同于普通模型数据，可以任意修改和编辑。但由于缺少坐标系和必要的位置信息，加载到球面上的位置会有偏差，需要一种快速显示方法来精确匹配BIM模型和场景。
三、基于BIM+3DGIS技术的高速公路信息化应用
（1）辅助规划设计
辅助设计主要运用点是方案（即路线选线）和出图。对变更前后的方案，或者多个方案进行对比分析，更好的辅助规划决策。如图1所示：
图1方案比选
（2）工程信息管理
实现工程建设管理，项目计划管理，进度管理，现场监控管理，工程档案管理，利用工期设定进行施工进度模拟等。
（3）运营管理
实现隐患排查、视频监控、安全预案功能。
结语
利用公路BIM模型，可以实现公路建设精细化管理。3DGIS为公路建设提供分析和与场景匹配支持。推动BIM与3DGIS的完美融合，是实现公路建设信息化的必要条件。
参考文献
[1]《BIM与物联网融合前景分析》[C].莱辛.中国工程图学学会.2010（7）
[2]《加快BIM普及应用》[J].建设科技编辑部.建设科技.2017（3）ISSN：1671-3915
[3]《地球空间信息学基础》.何勇，冯雷.浙江大学出版社.2010（12）
[4]http：//www.uibim.com/43528.html