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1、城市轨道交通项目系统设计研究 通过对中铁南方集团城市轨道交通项目的管理流程进行梳理与优化，提出了以数据流为核心的集团管理流程优化方案；基于BIM+GIS的集成技术对工程项目管理过程涉及的多源异构数据融合和模型轻量化处理，建立了集团工程数据跨层级、多要素、全过程的实时管理系统架构；根据集团所有工程项目的进度、成本、安全、质量、合同、计量、模型等各管理要素关系，开发完善了集团智慧管控系统平台。通过一年多的运行实践，该系统能够有效地减少集团在城市轨道交通项目管理过程中出现的协同管理难、可视化程度低、数据传递断层等问题。BIM；GIS；数据融合；模型轻量化；项目管理随着城市化进程的加快，城市交通拥挤问
2、题日益凸现。以地铁为代表的城市轨道交通凭借强大的运输能力及高效的节能减排等优势，成为解决城市交通拥堵问题的首选方式。根据国家轨道交通长期发展规划，城市轨道交通建设总规模在未来10年还将继续保持持续增长的势头。与此同时，城市轨道交通建设项目也面临线点多、线路长、建设环境复杂、利益相关者众多、影响范围广、建设周期长等诸多难题，其成本、质量、安全、进度等涉及项目建造管控的决策信息日益复杂，传统的项目管理方式已难以较好地实现工程相关信息的有效流转与协同工作。在国家大力推动建筑工业化和信息化的宏观背景下，如何发挥好GIS在宏观地理信息分析和BIM在工程技术层面的优势来解决好城市轨道交通项目在其建设过程中
3、相关信息的采集、存储、传递、共享，发挥项目数字资产的增值潜力，进而促进项目管理效率和效益的大幅提升，是当前轨道交通项目建设中面临的重大挑战。在上述领域，前期的研究已取得了十分有益的进展。例如，李元海等利用SuperMapObjects生成城市轨道交通监控地图，通过二次开发实现监测点数据管理查询和超出警戒值的异常数据报警。张广春等利用ArcIMS开发了城市轨道交通施工第三方监测WebGIS系统，辅助第三方监测单位完成监测和预警。钱意从BIM和GIS所属特点探讨了两者融合在城市轨道交通规划、设计、施工、竣工验收、运营维护等不同阶段所发挥的作用。林晓东等通过分析GIS数据管理与BIM数据标准，建立集
4、成GIS/BIM的盾构隧道全寿命期管理系统。谢雄耀建立了一个基于BIM平台的地铁车站设施维修管理框架，以期为地铁车站设施提供高效、可靠的数字化管理手段。但是，监管前期的研究表明BIM和GIS技术的集成能够使发挥各自的优势，但在具体的工程管理应用中，由于城市轨道交通传统的建造模式和管理流程难以较好实现工程相关信息的有效流转与协同以及地理信息和工程信息技术之间存在的技术壁垒，其成果在实践上仍处于探索性阶段，难以满足项目管理的实际需求。基于此，壁垒，其成果在实践上仍处于探索性阶段，难以满足项目管理的实际需求。基于此，本文以集团工程项目智慧管控云平台系统研发为背景，进行GIS和BIM技术的集成应用和探
5、索，成功地对集团管理中控平台进行了系统架构设计及系统升级改造，取得了较好的效果。1平台设计目标中铁南方投资集团系中国中铁股份公司旗下负责南方片区工程投资经营的集团级法人实体，主营城市轨道交通及市政基础建设，在深圳承担了地铁5号、11号、14号线及滨海大道下沉改造等重大轨道交通工程。其中，深圳地铁14号线全长50.34km，具有里程长、区域跨度大、沿线环境及线路穿越地质异常复杂等特点，在建设阶段需要综合考虑与周边建筑物、地面道路、地下环境之间的协调性，由于集团管理系统在建设初期未形成统一规划，缺乏整体可集成性，导致各利益相关者之间信息共享效率低下，不仅在UI界面设计上用户体验感缺乏，且缺乏项目周
6、边环境数据，地理、地质、地貌无法进行可视化展示与分析，影响使用者的工作效率与质量。为改善和解决上述问题，集团项目智慧管控云平台的架构设计以BIM+GIS技术集成应用为支撑，以项目管控数据流为主线，着重“平台+数据+应用+接口”的功能特性，有效解决工程项目管理过程中出现的协同管理难、可视化程度低、数据传递断层等问题，实现工程全要素的项目管理“数字化”、项目管控“可视化”、项目决策“智慧化”，大幅提升集团项目管控云平台的应用水平，推动集团的智慧建造产业升级，形成业内科技创新标杆并产生良好的示范效应。2平台设计内容根据深圳城市轨道交通绿色、科技、智慧建造理念，对集团内部及项目现场管理所需的相关信息资
7、源、流程、方法进行深入细致调研，包括施工信息传递与采集方法、施工信息组织与表达形式、施工信息集成与处理过程、施工信息交流与共享路径等，分析和整理工程项目的进度计划、安全质量、成本合同、BIM模型、风险监控等各管理要素的数据流和工作流，以目标导向、效率优先、面向平台、兼顾各方的原则，采用B/S结构、WebGIS、微服务、WebGL3D引擎、图形加载等先进的信息技术，打造数据采集数据处理数据分析数据展示一体化的地铁数据价值链，优化集团基于BIM+GIS项目智慧管控云平台的实施方案。平台管理内容和数据流向如图2所示。3平台数据架构基于BIM+GIS技术的智慧管控云平台依据深圳地铁14号线轨道交通项目
8、建造阶段管理体系进行规划，按照处理层、整合层、分析层和展现层进行总体设计，完善以数据为核心的指标管理体系和数据质量管理机制，建立以项目工地数据为基础、模型平台数据交换、项目应用层管控到集团管理层决策的数据流动规则和流程相匹配的平台数据架构，实现平台对项目合同、进度、计划、安全、质量、成本、风险等管理要素的分析和综合应用。（1）数据层：以获取项目GIS相关数据和BIM相关数据为主线，利用无人机、监控系统、智能监测、IOT、智慧工地、移动设备等硬件设施，按需采集并存储工程安全、质量、进度、资源、环境等相关的项目数据，形成伴随建设全过程的工程数据库。（2）模型平台层：通过BIM模型、GIS系统、工具
9、软件进行数据交互、集成、融合，对工程管理各要素进行时间、空间、资源等多维关系分析、模拟与展示，达到工程管理者信息共享与互通，促进工程的资源调度、监控指挥更高效。（3）项目应用层：从项目管理角度出发，通过收集的数据对工程的工料机法环与计划数据进行对比分析，实时掌控工程进展动态并相应制定控制措施，实现项目全过程和全要素的数字化和可视化管理。（4）集团管理层：通过集团所有项目工程数据的有效传递和汇集，结合集团战略、管控体系和业务流程，形成集团工程管理数据中心并运用大数据分析挖掘技术，与集团其他业务信息系统进行无缝集成和互通，实现集团对各工程项目和各业务模块的信息化管理。4平台关键技术依据中铁南方集团
10、的业务需求和前述的系统架构，从项目各要素、全过程、利益相关者等多维度特征，在原平台系统的基础上融入GIS技术，对集团基于BIM+GIS技术的城市轨道交通项目管理平台进行系统开发。具体而言，智慧管控平台采用Java、容器等技术，以斯维尔BIM5D管理平台作为基础开发平台，集成WebGL、微服务、SangforKVM虚拟化等信息技术，由4台超融合架构服务器组成集团虚拟化私有云平台，通过GPU虚拟化提供3D图形加速计算能力，在SuperMapGIS技术提供的导入机制下，实现BIM模型与地理、地质、地貌等多元空间数据的融合。本文仅对其中重点研究的GIS和BIM数据融合技术和BIM模型轻量化技术作简单阐
11、述。（1）数据融合技术BIM技术与GIS技术所采用的数据标准在语义表达、几何构造方式和属性类型等方面存在较大差别，为了实现BIM与GIS高效融合，主要应用SuperMapGIS的微服务架构、分布式、跨平台、导出插件和转换工具等技术体系，并充分发挥云平台计算能力。SuperMapGIS10i已分别为Revit、Bentley、AutodeskCivil3D、Tekla等模型数据提供了无缝衔接的数据接口，当BIM模型数据导入到GIS系统后，SuperMapGIS的BIM坐标转换和数据精确匹准功能，能将BIM数据、倾斜摄影数据、地质数据以及激光点云等数据统一到一个坐标系。最后再对数据进行操作和处理，
12、包括镶嵌、压平、裁剪等操作，以实现数据的平滑衔接和纹理的拼接自然。（2）模型轻量化技术BIM模型与三维地质模型在携带丰富信息的同时也增加了相应系统平台的模型显示负荷。出于加强平台总体的加载和显示能力，模型轻量化针对的对象主要包括BIM模型与三维地质模型。其中，BIM模型主要包括车站建筑模型及区间隧道模型，该类模型的轻量化主要从几何转换与属性信息简化两方面着手。几何转换指的是根据实际需求，采用外壳提取技术、三角网简化方法按层级构造显示精度不同的模型；属性信息简化指的是通过采用自动化方法对不必要的子对象及构件冗余属性进行删除。三维地质模型主要分为工程地质模型和区域地质模型。工程地质模型需要较为精细
13、的信息，而区域地质对模型精度要求相对较低。针对工程地质模型采用网格剖分、局部更新与无缝拼接、LOD多层次分辨率显示等技术进行模型轻量化；对于区域地质，则将原有模型转换为贴图模型，删除不必要的信息，只保留剖面的可视化内容。通过对模型进行轻量化处理，达到流畅可视化的目标。5平台功能实现中铁南方投资集团智慧管控云平台基于BIM+GIS集成融合开发，功能强大齐全，能够实现多项目、多层级的管理，主要功能包括项目管理、工程管理、安质管理、工经管理、工程资料、协同设计、智慧工地、系统管理等八大模块，工程项目信息的管理分指挥部、项目部、工区（工点）三级维度，工程数据依次传递和汇总统计，相应模块与集团现有的信息
14、系统对接，实现数据与流程互联互通，外接的安全监测与重大风险管理系统盾构TBM大数据平台施工监控云平台等信息系统分别通过WebAPI与云平台对接，有良好的安全性与稳定性。在各项目的建设和管理实践中，要积极做好应用操作的培训。主系统界面如图4所示。6结论通过对中铁南方集团城市轨道交通项目的管理流程进行梳理与优化，建立了以数据流为核心的管理流程优化方案，将信息技术与流程匹配拓展为数据流、信息流、工作流的微观匹配，实现了由传统的手工处理方式向信息管控平台方向过渡，充分发挥了项目信息资源的价值；通过对全集团所有工程项目的进度、成本、安全、质量、计量信息、模型合同等各管理要素进行全周期过程数据采集，实现了
15、集团工程数据跨层级、多要素、全过程的实时管理和控制；通过BIM+GIS的集成应用技术开发，在多源异构数据融合和模型轻量化的处理操作方面进行了创新性尝试，有效减少集团在项目管理过程中出现的协同管理难、可视化程度低、数据传递断层等问题；相信随着工程智慧管控平台的应用逐步深入，将极大地提高中铁南方集团的信息化管理水平和工作效率，增强中铁南方集团项目决策管理的核心竞争力，在业内科技创新方面产生良好的示范效应。但是，系统平台还处于应用的初步阶段，在BIM+GIS技术的集成开发深度应用方面，还存在不少亟待解决的难题，诸如GIS数据、BIM数据、IOT、地质数据等数据的加载与融合，数据融合程度和模型显示效率等方面仍有所欠缺，在后续的研究开发中还将继续进行优化与完善，不断形成新的技术优势。
