从设计到运营：BIM+GIS在公路工程全生命周期的管理应用
摘要：
本文研究了BIM技术在交通基础设施领域的应用现状，并探索了BIM与GIS技术的关键融合方法，研发了BIM+GIS可视化管理平台，并通过实际项目应用验证方案的可行性。研究表明，BIM与GIS的融合技术具有广泛的应用价值，可以提升项目管理能力，体现了其在交通基础设施项目中的技术价值。
关键词：BIM技术；GIS;交通基础设施；数字化转型；可视化管理
一、引言
随着信息技术的不断发展和应用，数字化转型已经成为各行各业的必然趋势。在交通基础设施领域，BIM技术和GIS技术的融合应用已经逐渐成为一种趋势。本文旨在研究BIM技术在交通基础设施领域的应用现状，并探索BIM与GIS技术的关键融合方法，以及研发BIM+GIS可视化管理平台，为交通基础设施项目的数字化转型提供参考依据。
图新地球BIM+GIS可视化管理解决方案咨询+V：1855 0595 297
图新地球 www.tuxingis.com
二、BIM技术及其应用现状
BIM技术在公路行业的应用方向较广泛，主要包括以下几个方面：
-
方案比选和交底：通过建模和可视化工具表达设计意图，实现多个设计方案的对比，分析得出最优方案。
-
深化设计：通过精细建模和数量核算，提前发现施工图纸中的问题，并进行碰撞检查和风险识别，减少变更成本，缩短工期，提升设计质量。
-
复杂结构桥梁设计：利用BIM软件的三维可视特性，解决大型复杂桥梁设计中空间结构表示的难点，提高设计效率和准确性。
-
施工工艺和工序模拟：通过BIM技术在时间和空间维度上同步模拟施工进度情况，预演施工方案，评估施工工序科学合理性，结合VR/AR设备进行工法模拟和安全培训。
三、GIS技术及其应用现状
GIS引擎能够将公路工程中的各种数据（如BIM模型、倾斜摄影模型、激光点云等）融合显示在三维场景中，并结合周边环境、交通枢纽、水文保护区等提供基础功能如地理标注、信息表现、空间分析等，为公路行业的路线设计、规划和决策提供服务工具和技术手段。
四 BIM+GIS可视化关键技术
为克服这些问题，本研究采用Bentley系列软件作为建模平台，以图新地球工程BIM+GIS平台作为GIS数据处理和发布软件，在关键技术研究的基础上，实现了基于BIM+GIS技术的公路工程可视化管理平台，并将其应用于高速公路建设项目。该平台解决了BIM技术从设计到运维全过程应用的技术壁垒，延续了BIM模型的生命周期；另一方面，提升了项目建设管理水平，降低了运营管理成本。
（一）倾斜摄影建模技术
倾斜摄影是公路工程BIM应用中广泛使用的技术之一。它利用同一个飞行平台上的多个传感器，从不同角度（包括垂直和倾斜）采集影像，以获取更完整准确的地面物体信息。通过地面坐标控制点来确保模型运算的精度和质量。倾斜摄影建模的主要流程包括倾斜摄影数据处理、自动生成实景模型、实景模型细化、修饰和质量检查等步骤。
（二）模型文件与GIS数据格式转换
BIM设计软件众多，文件格式各异。Bentley平台数据格式封闭，导致数据对接易出错。本文基于OGDC标准和Mstn软件开发数据转换中间件，采用抽壳和LOD技术提取几何模型、材质和属性，减少三角面片数并去除非必要信息。最后利用图新地球工程BIM+GIS平台实现DGN文件转udb/udd数据源，打破BIM与GIS数据壁垒，实现数据传递和交换。
（三）坐标系配准
为了实现多元异构数据的集成，我们需要构建一个统一的平台。然而，这些数据可能存在坐标系不一致或无坐标的情况，因此精准匹配所有数据到同一个地理坐标系下是必要的，这样才能正确反映工程实际和位置环境。
工程构造物模型的坐标通常基于CAD图纸中的路线工程坐标确定。在三维建模软件中进行建模时，需要将CAD图纸参考进去，从而确定了工程自带的坐标系。倾斜摄影模型的坐标则是根据项目实际配置的坐标系来确定的。
BIM模型在建模时则基于平面坐标系，而图新地球三维地理环境则是球面坐标系，因此需要将平面BIM模型转化到球面坐标系中。但由于平面BIM模型到球面中必然会出现模型错岔和断裂情况，因此需要通过坐标投影转换将构造物模型的工程独立坐标系转为WGS84坐标系。
另外，基于控制点的倾斜摄影能够直接生产出WGS84坐标系下的实景模型。地形影像数据可以调用谷歌、天地图等基于WGS84坐标系的公共资源服务来实现坐标校准，从而统一所有数据的坐标系。
（四）模型轻量化
模型轻量化需要处理工程构造物模型和倾斜摄影模型。通过图新地球工程BIM+GIS软件进行简化、去除重复点、提取外壳、模型拆分、合并等操作，减少模型体量。数据转换的减面算法可大幅减少几何面数，实现复杂场景网络端加载，解决BIM大场景渲染性能问题。
五 BIM+GIS可视化项目应用
基于关键技术研究，开发了BIM+GIS可视化管理平台，实现了BIM与GIS的完美结合。利用倾斜摄影技术搭建三维场景，并结合传统二维地形，实现多维场景一体化展示。首先，通过BIM设计软件建立项目全线构造物设计模型，并将大体量模型在地理信息系统中与地形影像、三维场景进行数据转化和GIS处理。发布至浏览器中实现模型信息、地理场景信息、施工业务数据的深度融合。最后，开发基础地理系统数据库、BIM数据库、业务系统数据库，实现各业务数据集成，并在公路建设项目中应用。
BIM+GIS可视化管理项目应用
BIM+GIS可视化管理平台解决了复杂地形条件下远端项目管理功能，将BIM模型、倾斜摄影模型、激光点云等多元异构数据融合，在浏览器中提供三维场景应用和施工业务管理。
应用价值
本文研究了BIM和GIS在公路工程行业中的应用现状，解决了技术障碍，实现了多信息化系统数据与模型数据集成，提供了一个平台实现三维可视化管理。通过实践可以看出，BIM和GIS的融合技术具有广泛的应用价值，是公路工程项目精细化、数字化、智慧化、可视化管理的基础。
