城市轨道交通BIM-GIS融合技术
来源: | 作者:leadhang | 发布时间: 2019-07-23 | 1871 次浏览 | 分享到:

摘要:分析了城市轨道交通BIM-GIS融合技术的研究路线、数据分类、建模标准、模型构建、多源异构数据标准化处理, 并通过实例研究了BIM-GIS数据库平台的实现目标、技术路线、系统构架和功能。实践证明,融合BIM和GIS技术进行平台实现,提升了城市轨道交通系统复杂数据信息的智能化应用水平。 

关键词:BIM;GIS;融合;城市轨道交通;数据库平台


目前,BIM技术在我国已广泛应用于建筑行业,尤其是在民用建筑领域、BIM标准、基础软件及管理平台均较成熟。城市轨道交通工程因属于线性工程,不仅跨线长、跨区多、涉及专业多、协调难度大,而且周边环境复杂,安全要求高,因此其建设运营一体化应用的需求较为集中。但现阶段,城市轨道交通工程应用BIM技术还存在诸多问题:

① 城市轨道交通工程的基础BIM软件尚不成熟,未能形成统一的数据标准;

② 城市轨道交通工程建设涉及的环境因素多、条件复杂,传统的 BIM技术无法集成所有的数据信息;

③ BIM模型数据量大,模型轻量化技术和移动互联技术落后,限制了其在设计、施工中的便捷应用。为此,笔者借助GIS技术的空间数据管理、大场景调度等优势,将BIM与其融合开发了基础的BIM-GIS数据库平台,进行了基于BIM的建设、运维、管理的技术应用研究DT。 


1、BIM-GIS融合技术研究


1.1 研究路线 

BIM-GIS融合技术的研究路线是:首先,分析城市轨道交通工程建设过程中的BIM数据种类及来源;其次,确定BIM模型数据的构建标准;最后,研究模型数 据处理工具,将BIM模型标准化处理为GIS数据,以便于基础数据库平台加载。BIM-GIS融合技术研究路线见图1。


1.2 BIM数据分类

城市轨道交通工程涵盖的BIM数据按应用场景可分为空间基础数据和业务专题数据2类,其具体分类见表1。

 


同类型的数据具有不同的采集方法和技术要求,具体情况见表2。

1.3 BIM建模标准

BIM建模的标准包括一般规定(总体要求、建模目标、建模依据、软硬件资源配置)、基本要求(基本原则、 建模范围、模型拆分原则、命名规则、模型配色)、建模方法(项目基点设置、标高系统设置、模型绘制、附加信息的录入、模型绘制注意事项、模型深化)、模型自检(模型检查方法与要点、模型检查内容)、模型轻量化处理(清除外部链接文件、清除多余的内部构件、清除多余视图样板)等几方面内容。BIM 建模采用了 Autodesk Revit 2015/2016 系列、 NavisWorks 2015/2016 系列和 Autodesk 3D Max 2015/ 2016系列等基础软件,同时对项目文件夹、模型文件、 模型构件、构件材质等均提出了命名要求。其中,项目 文件夹的命名要求见图2。 

1.4 BIM模型构建

根据BIM建模标准制定城市轨道交通工程的专业项目样板,所有专业的BIM工程师均需在统一的项目样板下工作,以确保所有构件信息统一。BIM模型构 建工作流程见图3。

1.5 多源异构数据标准化处理

为了使不同来源、不同格式、不同时期的结构化和非结构化的多源异构数据能够融合、集成,数据调度采用虚拟空间数据引擎的方式实现多源异构数据的直接访问。数据处理工具可使不同类型、不同格式的原始数 据在进入数据库之前即被转化为数据库平台支持的 统一格式数据,并能够根据勘测数据展现三维地质模 型,不仅保证了数据的一致性和准确性,而且经过处理 的数据可以方便地直接导入数据库平台。数据处理工 具介绍见表3。


2、BIM-GIS数据库平台实现


2.1 实现目标

该平台实现的总体目标是建立基于BIM-GIS的 基础数据库平台,以使城市轨道交通工程的多源数字模型及相关数据能够更好地融合,实现三维可视化集成展示及快速浏览查看。

1) 支持多源模型数据的三维融合展示,能够对合并的模型数据进行检查,支持具有真实感的大场景动态调度; 

2) 支持PC端、移动端、大屏幕等多种方式的模型漫游浏览; 

3) 支持三维可视化漫游浏览、属性查询及大数量的查询调度; 

4) 可集成视频监控、实时监测等外部业务系统, 并可在三维场景中对施工建设过程进行实时监测,积极防范安全风险。 


2.2 技术路线

数据库平台的总体技术路线包括模型数据采集和数据库平台建设。针对不同类型的模型数据采用不同的采集方法,最终导入数据库中,实现多源数据的融合,并构建基于三维GIS引擎的数据库平台。BIM-GIS数据库平台实现的技术路线见图4。 

基于空间数据库、业务数据库和外部业务系统数据,采用三维GIS技术构建数据库平台,实现了以三维可视化的方式提供模型数据的漫游浏览、信息检索、视频监控、实时数据监测等功能。该数据库平台支持C/S结构和B/S结构混合模式,其中C/S结构可实现模型数据的采集和编辑,B/S结构可实现模型数据的浏览、 查询和监测。 

2.3 系统架构

数据库的建设不仅要满足当前项目的模型数据和应用功能要求,而且还要满足后续地铁线路模型数据和应用功能的拓展,因此该平台的体系架构要具有较好的灵活性、扩展性和开放性。BIM-GIS数据库平台采用分层模块化的SOA架构思想,实现了跨系统、 跨平台、跨语言的信息互联互通。BIM-GIS数据库平台的体系架构见图5。

2.4 功能设计

2. 4.1 漫游浏览

B1M-GIS数据库平台可以进行工程实施范围内的模型浏览和地形浏览。BIM-GIS数据库平台场景浏览见图6。

2. 4.2 分解结构树

分解结构树(Subway Breakdown Structure,以下简 称SBS)是以树形结构的方式展示场景模型的组织结构,可用线路、专业、类型、构件名称等渐进式层级结构来展现。该树形结构的每个节点均具有复选框,以此来控制该构件的显示或隐藏。SBS的浏览方式见表4。

2. 4.3 图档浏览

可以快速浏览与工点、部位相关联的文档、 DWG图纸和视频资料等。BIM-GIS数据库平台的视频资料在线浏览见图7。

2. 4.4 二、三维联动

BIM-GIS数据库平台中的二维DWG图纸可与BIM模型进行联动操作。BIM-GIS数据库平台的二、三维联动操作见图8。

2. 4.5 空间分析

可以在BIM-GIS数据库平台的三维模型中对构件的空间信息进行分析,包括计算空间距离、实时操作面剖切和体剖切等。BIM-GIS数据库平台的实时面剖切见图9。


3、工程实例


某地铁工程线路全长22.4km,全部为地下线。该工程共设10座车站,车辆段1座,计划于2020年底建成通车。该工程现已全线开工,正在进行场地临建和临时结构的施工,包括竖井、横通道开挖、基坑、围护结构等。该工程全线采用BIM-GIS融合技术,并进行了平台实现。

3.1 全线模型构建

根据勘察资料、地形图、地下市政管线图等资料, 该工程采用了统一的坐标系构建全线环境模型。其建模范围为车站边界200m范围内、区间边界外100m范围;其建模精度为车站周边建筑模型精度0.1m,区间周边建筑模型0.2m。 

3.2 全线数据集成

该工程集成各标段工程自身的土建模型、周边环境模型、施工场地模型共计245个,经轻量化处理后, 将模型信息分解为几何空间信息和业务属性信息,实现了同一场景中漫游浏览,为后续BIM技术应用提供了基础数据。 

3.3 BIM-GIS数据库平台实现

该工程的BIM-GIS数据库平台具有以下功能:

①数据集成和大场景显示功能;

②在线剖切、测量、标 注、出图功能;

③强大的构件库调用和编辑功能;

④重点关注点的设置与管理功能;

⑤交通导改、管线改移、 征占地、地上物移除、房屋拆迁、园林伐移、周边风险分析、周边建筑分析等8项汇总分析能力;

⑥换乘路线、交通接驳和线路巡游等分析能力;

⑦关键、复杂节点的模拟能力;

⑧工程4D进度辅助管理能力;

⑨移动端接入,辅助现场巡视功能。该工程BIM-GIS数据库平台移动端访问辅助质量管理见图10。

该平台较好地实现了工程全线数据的集成化和数字化、前期环境分析、方案在线研讨、现场复杂和关键节点方案分析、虚拟现场快速构建、进度和现场状态掌控、质量和安全辅助管理等。

结语:

BIM-GIS数据库平台采用工程级数据模型技术、 多源异构模型数据融合技术和大场景动态调度技术进行BIM和GIS的融合,实现了数据精度分级管理、 空间索引和LOD算法优化,并可在数据库平台中进行三维场景数据动态组织、三维地形地貌数据动态简化, 使该平台具备了长线、大区域、大数据量空间信息的 处理能力。

通过某地铁工程的实际应用,证明BIM-GIS数据库平台不仅较好地实现了各工点BIM模型数据的集成处理,而且可以流畅地漫游浏览,完成基础性操作,为后续工程建设管理的应用、开发打下了坚实基础。


作者简介:


作者简介:

高钱鹰,女,高级工程师,硕士,北京市轨道交通建设管理有限公司&城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室,主要从事城市轨道交通规划设计管理及新技术研究应用工作。

王辉,城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室

宋宗霞,北京市轨道交通设计研究院有限公司

赵爽,兰州市轨道交通有限公司

路清泉,北京市轨道交通建设管理有限公司&城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室


作者简介:


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