|
Research on Application of Digital Management and Control System Based on BIM+GIS
张毅 ZHANG Yi；朱聪 ZHU Cong
（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）
（China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China）
摘要：近年来国家对工程建设项目相关质量、安全、进度的要求越来越高，同样对企业的管理和项目管控提出了更高要求，如何利用数字化手段实现企业各项目的数据采集、信息共享、远程监控、风险预警和综合分析尤为迫切。通过建立基于BIM+GIS的数字化管控系统，以企业经营管理和项目综合监控内容为关注点，利用物联网、BIM、GIS、大数据、视频监控等技术手段，将现场设备感知数据和经营管理数据汇聚到平台，进行全面分析和可视化展示，可有效实现企业项目信息的及时采集与在线监控、经营数据的共享与分析，为企业高层的项目管理、综合研究和决策指挥提供数据支持。
Abstract: In recent years, the country has higher and higher requirements for the quality, safety, and progress of construction projects. It also puts forward higher requirements on the management and project control of enterprises. How to use digital means to realize data collection, information sharing, remote monitoring, risk early warning and comprehensive analysis of enterprise projects is particularly urgent. By establishing a digital control system based on BIM+GIS, focusing on the content of enterprise management and project comprehensive monitoring, and using the Internet of Things, BIM, GIS, big data, video surveillance and other technical means, the perceived data of field equipment and business management data are gathered to the platform for comprehensive analysis and visual display, which can effectively realize the timely collection and online monitoring of enterprise project information and the sharing and analysis of business data, and provide data support for the project management, comprehensive research and decision-making command of enterprise seniors.
关键词：BIM；GIS；数字化；管控系统
Key words: BIM；GIS；digitization；management and control system
中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2021）01-0226-03
0 引言
近年来，随着物联网、大数据、BIM和GIS技术的广泛应用及计算机软硬件技术的发展，促进了工程建设行业项目管控的智能化转型。凭借强大的数据获取、数据综合、工程全周期管控、地理空间分析能力，为处理具有时空特征的工程信息提供了新的手段，使工程项目的基础数据及动态信息共享、资源整合、精准管控及智慧决策成为可能。
通过建设企业数字化管控系统，运用物联网、BIM、GIS、大数据和视频监控等技术，以企业和项目管理内容为关注点，进行管理和技术应用创新，有效实现企业项目信息的及时采集与在线监控，进而实现进度、风险、问题、质量、项目分布、资源分布、工程详情等数据的共享与大数据分析，为企业高层决策提供数据支持。解决目前企业管理和项目管控中存在的相关质量、安全和资金风险等问题。全面掌握大型工程企业对项目组合管理和具体施工项目现场管理的需求，探索满足企业经营以及多项目管控的解决方案、系统架构和系统实现方法。
1 整体架构设计
基于BIM+GIS的数字化管控系统，建设的整体思路是通过引入物联网、大数据、BIM、GIS、视频监控等技术，通过对企业既有业务系统的基础数据实现接口自动采集、存储、清洗和分析模型建立，再运用商务智能可视化图表来展示企业在经营、生产、管理、财务等宏观状况，及时对企业各种运营数据指标进行趋势分析和辅助决策。系统采用C/S+B/S混合模式，以BIM建筑信息模型为中枢，自上而下划分为用户访问层、业务应用层、应用服务层、数据管理层和基础设施层。（图1）
1.1 基础设施层
基础设施层是系统整体架构的底层技术基础，基于多种软件、硬件、网络和信息安全技术之间的相互作用支撑整个管控系统的正常应用，包括信息感知设备、网络传输设备和存储设备资源。
1.2 数据资源层
依托工程建设管理过程中采集、存储和处理的各类数据资源及公用基础编码体系，实现对工程建设的工程业务数据、BIM数据、GIS数据及基础公共数据的综合管理，并为BIM数字化管控提供标准规范的项目、组织、机构、人员、文档以及模型构件等基础数据信息。
1.3 应用服务层
为工程项目的勘察设计期、施工建设期和运营维护期项目参建各方搭建BIM+GIS 技术的应用架构，实现技术部署、服务组合和流程管理，完成对基于BIM+GIS的数字化管控系统中各业务功能模块及信息集成的“一张图”综合展示。
1.4 业务应用层
向上与用户访问层交互，向下调用应用服务层的服务，实现工程建设领域的数字化综合管控、工程建设管理和现场施工管理应用。
1.5 用户访问层
用户访问层的用户有建设单位、设计单位、监理单位、施工单位、监测单位和运维单位，实现基于展示大屏、PC电脑和移动设备等方式对基于BIM+GIS的数字化管控系统的访问，满足参建各方业务需求。
2 关键技术研究
考虑工程建设项目涉及专业广、参建单位多、项目管理信息量大的特点，实现BIM+GIS技术与项目数字化管控的深度融合需要重点解决如下关键技术。
2.1 BIM协同建模技术
BIM协同设计主要指在项目的实施过程中，每个参与者在协同工作的模式下，利用BIM模型的模式来表达信息、交流信息和确定校核信息。鉴于工程建设项目涉及专业广，通过对主流的三维设计平台奔特力、欧特克和达索比较，最终选择了奔特力平台作为建模软件。以Bentley ProjectWise为核心建立协同工作环境，对协同的任务、权限进行控制，各专业采用Bentley提供的专业软件模块和自主开发的模块进行设计，主要实现的功能如下：
①对各专业间的三维设计标准流程进行定制和管理。
②为各专业提供通用组件服务，解决专业设计软件与软件支撑平台的通信接口。
③实现对设计项目的整体进度监控，对项目各专业参与资源和进度等信息进行统计，生成报告。
④对各类项目实现互提资料的管理，进行查询、统计和历史数据查询。
⑤对各专业三维设计成果的集成管理，运用虚拟漫游技术实现各专业的三维设计成果漫游、四维虚拟施工和碰撞检测，直观形象的展现专业之间的设计合理性。（图2）
2.2 BIM与GIS融合技术
三维GIS对于宏观场景的管理具有得天独厚的优势，其基于空间数据库技术，面向从微观到宏观的海量三维地理空间数据的存储、管理和可视化分析应用，能有效支撑大范围的BIM数据展示。利用数据库系统对GIS进行高效管理，从而支持对大规模工程的协同分析和共享应用[4][5]。
从BIM实体模型到GIS地理信息模型转换入手，将BIM标准数据模型及典型BIM数据格式转换为三维GIS平台可识别的数据模型，联合DEM及DOM数据实现无缝整合，进而实现BIM模型到三维GIS可视化软件的数据融合、数据管理、数据可视化，最终实现工程建设三维可视化场景的建立。（图3）
2.3 BIM与数字化工程管控体系融合
BIM协同建模技术提供了模型数据基础，BIM与GIS融合技术提供了工程建设三维可视化场景，集成工程建设过程中的进度、风险、问题、质量、项目分布、资源分布、工程详情等数据，将各项信息与BIM模型绑定实现工程建设的进度三维可视化、项目协调化和质量可控化，提高建设项目在质量、安全、进度和物料等各方面的管理效率及水平，形成基于BIM技术的数字化工程管控体系体系。
该体系主要解决以下几方面问题：
①通过建立统一的信息平台，实现项目信息的一次采集、多方共享，确保项目建设过程中数据的一致性、准确性；②以GIS引擎为基础，实现项目BIM模型的形象展示和有效管理；③以BIM模型为载体，实现项目在质量、安全、进度、物料、文档等方面的信息综合管控，进一步提升工程质量和效率。
3 系统功能
系统功能模块分为大屏端、PC端和移动端。
3.1 大屏端
①项目综合管控：项目综合信息分析。②具体项目管理：项目的人、材、机、法、进度、安全、质量等全方位管控。③机械设备管理：设备分布及设备工况展示④现场视频监控：现场视频监控分布及实时画面回传。⑤企业经营开发：企业人力、财务、成本、项目、科研、营销等信息汇总、分析和展示。⑥企业生产管控：对项目物资、劳务、安全、质量、风险、进度等生产信息综合展示。⑦应急指挥调度：调取现场画面，对重大事件发生区域周边项目的人员、机械设备等方面资源进行统一调动。
3.2 PC端
①项目信息填报：项目管理信息进度、安全、质量等信息输入。②项目综合管控：项目的人员、机械、进度、质量、安全等方面的管理。
3.3 移动端
①企业综合信息展示：人力、财务、成本、项目、科研、营销等信息展示。②项目总体情况展示：项目地图分布、项目综合分析、项目查询及定位、项目信息查看等。
4 现场应用
本系统从2018年起，以中国中铁股份有限公司3000多个项目为对象开展项目管控。典型应用场景包括：①项目综合管控。（图4）②具体项目管理。（图5）③项目数据分析。（图6）④三方信息接入。（图7）⑤应急指挥调度。（图8）⑥移动端应用。（图9）
5 结论
依托BIM和GIS技术，研发基于BIM+GIS的工程数字化管控系统，采用物联网、GIS、BIM和大数据等技术手段，结合工程现场数据采集的多样性与多维数据融合技术，实现对工程项目的立体管控，从而达成工程项目数字资产的精细化管理。为企业以及项目具体业务提供了强大的数据支撑，提升了企业经营以及项目管理效率。不仅可满足工程建筑行业生产管控、经营管控、应急指挥、施工组织、节点目标、风险防范、安全生产等信息化监管要求，也可满足具体施工项目的工程概况、进度、安全、质量等信息的管理，机械设备和现场施工画面的定位监控，最终实现工程项目管控与信息化的深度整合，提高工程管理效率，为企业高层的项目管理、综合研究和决策指挥提供数据支持。
参考文献：
[1]王同军.基于BIM技术的铁路工程建设管理创新与实践[J].铁道学报，2019（01）：2-8.
[2]曹政国，吴刘忠球，李致，邵国霞.BIM在铁路施工组织设计中的应用探讨[J].铁道工程学报，2018（12）：99-102.
[3]张毅，黄从治，朱聪.基于BIM的铁路工程项目管理系统应用研究[J].铁道工程学报，2019（9）：98-103.
[4]范登科.BIM与GIS融合技术在铁路信息化建设中的研究[J].铁道工程学报，2016（10）：106-110.
[5]Implementation of Prototype for Interoperability between BIM and GIS. Jung-Rae H，Chang-Hee H，Hyun-Sang C. 7th IEEE International Conference on Research Challenges in Information Science (RCIS).2013:9-10.
[6]智鹏.基于BIM的铁路建设管理平台及关键技术研究[D]. 中国铁道科学研究院，2018. |
