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高速公路建设参与方多、投资大、周期长，同时作为线型线性分散工程，社会和环境影响大，在项目建设过程中，面临数据采集融合共享难，数据挖掘应用少，协同管理效率低，质检、计量、质量、安全、进度等核心业务的智能管控手段缺乏等困难。近年来，BIM技术在公路行业得到广泛应用，应用BIM技术整合各类工程信息，可改善项目规划、进度控制和质量管理，但目前公路行业工程管理的数字化程度还不够。本文以提升项目核心业务管理水平为目标，以BIM技术为基础，融合GIS与物联网等技术，综合考虑高速公路项目建设质量、安全、进度、计量等核心业务，探究智慧建管平台的研发与应用。
高速公路项目拥有点多、线长、面广等工程特点，以往传统的项目管理平台多侧重在信息管理、进度管理、质量管理、计量管理等单点应用，多依托表格进行呈现，缺乏直观性。基于BIM技术的高速公路智慧建管平台的研发，充分考虑各管理过程的相互关系，整合高速公路行业各参与方业务及降低项目周期长而导致的管理难度，填补以往缺乏公路行业全生命周期建管平台的空白，为高速公路行业基于BIM等新型技术的3D可视化项目管理提供新思路。平台建设主要体现以下技术特点。平台支持Revit、3DMax、Tekla、SketchUP等多格式BIM模型上传，支持BIM模型在线轻量化浏览，支持模型构件树设置，按专业查看所需模型构件，可对BIM模型进行在线旋转、移动、缩放、剖切，对BIM模型在线审核并进行批注，参建人员通过系统客户端即可直接查看BIM模型的完整信息。如图1所示，平台支持创建数字化模型，并导入高清地形数据，通过平台完美展现实际地形，360度全方位观测，直观展示施工主体与周边地形关系，随时提取真实的GIS坐标数据及高程点；通过模型直观查看某个标段长度，桥梁、隧道数量，通过选择模型查看工程数据，直观便捷地操作施工主体模型，真实展示地形模型、施工设施模型。平台以BIM指挥中心为核心，整合多个业务模块。在BIM指挥中心系统里，既可以快速查询项目的概况，总览项目生产过程中的关键数据汇总，如：计量情况、工序质检、安全检查、现场监控、智慧管控等内容。并且针对单个构件，可查询构件的名称、类型、标高、几何尺寸等信息，查询该构件上挂接的资料、发生过的质量安全协同与整改等情况。为方便项目管理人员在日常工作中快速查询、录入相关数据，系统支持PC端、移动端两种浏览方式，数据信息完全同步。考虑到项目管理平台涉及的参与方众多、分布范围广，为提高平台的易用性和稳定性，减少各参与方的维护工作量，降低平台后期集成及与其他系统对接难度，整个平台体系采用基于B/S的框架设计，对后期集成设计标准的接口规范统一遵循，用户无需安装繁杂的客户端，直接通过浏览器输入用户名和密码即可登录使用、查看模型、存储数据和访问各项功能。平台支持mysql和mongodb等数据库，系统运行和维护效率高，同时具备从功能应用到数据库系统的多层安全控制机制，保障系统稳定运行，保障系统的开放性和扩展性。平台网络拓扑结构如图2所示。在系统总体设计时，结合高速公路工程项目信息化综合管理平台的特点和IT技术发展，为保持管理和技术上的先进，使系统未来有不断发展和扩充余地，平台技术上重点利用面向服务架构（SOA）理念、基于GIS的可视化技术、智能终端技术和离线客户端等，实现与BIM相关的信息集成。通过BIM信息集成技术，结合GIS和物联网，集成质检、计量、安全、智慧工地各项数据，施工过程中的质量检验和评定资料、计量支付和变更管理数据、安全网格化责任人和隐患清单、原材料信息、试验数据、隧道门禁信息、人员车辆管控信息等与BIM模型永久关联，形成工程模型大数据中心。平台功能架构如图3所示。
图3 高速公路智慧建管平台功能架构
平台应用于江西祁婺高速项目建设施工管理阶段。祁婺高速位于江西婺源，全长42公里，全线以山地丘陵地形为主。建管指挥中心系统针对公路工程项目地形条件复杂，工程体量大、综合性强等特点，搭建虚拟内容场景，体现对山区高速工序工法的适用性。祁婺高速智慧建管平台是以“BIM（建筑信息模型）+GIS（地形数据）+IoT（物联网）”三大技术为核心的智慧平台，是施工期整个信息化的大脑。通过互联网将公路工程项目所有数据集成在指挥中心系统，实现公路工程项目的万物互联、数据共享。从电子元数据和电子文件管控上，保障公路工程项目信息化综合管理过程电子文件和数据的安全性，真正意义上做到征地数据的“一数一源”，推进资源整合与共享，避免重复投资；做到数据、文件有据可循，信息和文件数据的不可抵赖性。基于BIM模型，平台开发了多个特色功能。通过“BIM+质检”数据面板，可掌握现场的质检资料工程量统计、质检资料填报情况、工序质检进展情况。并支持通过按钮跳转至质检模块，方便对关键质量数据进行反查、核实，大幅提高效率。功能逻辑如图4所示。通过“BIM+计量”数据面板，可查看各单位工程项目的总体计量、各期工程计量情况、各分部计量情况、各章节计量情况。并可对完成率进行快速分析，辅助管理人员对项目资金的应用情况进行全盘掌握，合理安排下一阶段的资金计划。功能逻辑如图5所示。通过“BIM+安全”数据面板，可全面掌握现场的安全检查实时情况和数据，包括特种作业人员统计、隐患统计、危险源统计。并可结合项目的安全数据进行安全预警趋势分析，将BIM与安全管理有效结合，实现安全的可视化管理。功能逻辑如图6所示。通过“BIM+进度”数据面板，可查询已施工构件部位的实时进度信息，支持在沙盘中进行进度的动态推演。BIM模型依托施工进度进行施工模拟，通过模型的色彩变化与施工现场形成动态化联动，监管人员可通过模型了解进度的超前与滞后情况，从宏观上对项目的整体进度进行把握。功能逻辑如图7所示。通过“BIM+智慧工地”数据面板，接入查询建造过程中试验室压力机、万能机采集数据，支持在线查看视频监控，查看隧道门禁、隧道环境、人员、车辆进出场数据信息，水泥拌合站、沥青拌和、张拉压浆数据信息，沥青混合料运输车辆身份识别、行程轨迹，路面摊铺温度、位置、速度等质量数据，压实轨迹遍数、温度、速度等质量数据。该功能展示如图8所示。经过祁婺高速公路智慧建管平台部署后三年的实践探索，总结经验如下。（1）智慧建管平台以BIM模型为中心，集成项目管理业务流程，可进行不同单位工程、分部分项工程在不同时间点、时间段的进度、质量、安全、计量等管理。初步形成一套集可视化、在线化、智慧化为一体的管理大数据中心，为项目管理提供更多的维度分析和决策支持。（2）利用云技术进行平台云端部署，能够有效减少软硬件开发成本，方便异地多单位协同工作。平台考虑高速公路工程单个项目特性，通过系列二次定制开发工作，可保证BIM、GIS、IOT、项目各业务管理功能之间的信息贯通和数据流转。（3）智慧建管平台不仅是管理手段的创新，更改变了传统管理流程。祁婺高速项目通过项目智慧建管平台，借助平台实时全面了解一线情况，通过对传统管理流程的优化，大幅提高管理效率和水平，初步实现业务管理信息化。可视化是基于BIM的数据分析的重要特性，高速公路基础信息可视化辅助决策旨在利用互联网自动化分析能力的同时，充分发掘管理者对于可视化信息的认知能力优势。项目在建设过程中，积累了大量的数据，形成了直接的质检数据、储量数据、计量指标、智慧工地等指导管理者进行项目决策。建立众多的“原始数据库”“基础数据库”“成果数据库”，同时发挥管理人员面对可视化信息时强大的感知认知能力，借助人机交互式分析方法和交互技术，辅助管理者更为直观和高效地洞悉大数据背后的项目建设情况。项目数字资产本质上是数字资源的资产化，信息化向深度发展必然要求信息资产化。随着项目信息化建设的不断推进，项目在计划、管理、科研等过程中产生并积累了越来越丰富的数字化信息资源，它们种类繁多、数据量巨大。祁婺项目发挥信息中心作用，规范整序信息，科学集成信息，开发利用信息，促进项目信息化向深度发展，推进项目信息资产化。科学数据共享在BIM指挥中心系统统一规划，应用现代信息技术，整合离散的项目数据资源，构建面向项目的网络化、智能化的管理与共享服务体系，实现对数据资源的规范化管理和高效利用。项目充分发挥项目技术和人才优势，积极主动地参与到数字资产的管理中，激发数据化的主体优势，成为数据资产的管理者。项目在建设过程及科研过程中，形成具有保存价值的文字、图表、数据、声像、电子文件等各种载体形式的记录。项目档案是项目建设的真实记录，本项目实行集中统一管理，确保完整、准确、系统和安全。基于BIM技术的高速公路智慧建管平台的研发与应用，通过打通模型与各业务数据映射关系，从而消除数据孤岛，提高公路工程管理各模块间数据互用、融合的效率，形成标准化可推广、可复制的BIM指挥中心大数据中心。项目参建人员依托平台可快速查询各项图纸、报表等资料，以及质检、计量、变更情况，模型轻量化处理后全线模型10s打开，较常规系统时间提高5～7s，大幅提高工作便捷性及效率。通过模型的色彩变化与施工现场形成动态化联动，可直观、准确地掌握现场施工的进度情况。通过对传统管理流程的优化，大幅提高管理效率和数字化水平，降低沟通成本；通过可视化辅助项目决策，深度应用过程数据形成数据资产，发挥价值。基于BIM技术的高速公路智慧建管平台的底层设计既要满足业务功能的需求，又要保障业务数据驱动，BIM模型的流畅性对平台本身搭建难度影响大；各业务系统逻辑结构复杂，如进度管理表达方式抽象，传统进度管理主要以甘特图或网络图为主，多以文字和工作箭线来反映工作进度，数据也相对分散，如何与BIM模型进行可视化融合具有较多的盲区。因此，提出如下展望。数据引擎性能需持续提高：平台产品需跟随数据引擎的更新迭代，优化数据引擎的支撑性，具体来说需考虑以下方面。对网页端的支持能力；对大数据量模型的承载能力；对主流BIM建模软件的数据格式识别能力；高速公路行业对地形、地质的空间分析能力；对大场景、大范围数字化模型的扩展能力；丰富的二次开发接口适用能力。以此来确保网页端主流建模软件模型数据无损传递和流畅运行，避免大量的二次开发和功能改造，在满足BIM模型信息完整度和要求精度的条件下，更能适应大区域场景。各业务系统功能需持续融合：BIM模型在可视化展示的基础上，需要更深层次、多维度地进行模拟分析，优化进度、质量、安全等各业务的数据采集、显示、分析、调整环节间的信息打通。平台研发需要开展大量的调研和适配工作，找到BIM模型与各业务系统更加契合的融合方式，在实现全数字化信息集成的总目标下，融合各业务系统的逻辑关系及数据自动传递。
