BIM+GIS三维模拟在水利项目施工中的应用

3/2020青海水力发电
BIM+GIS三维模拟在水利项目施工中的应用
趙關辗稼茨勇杨单蕾
(中国水利水电第四工程局有限公司轨道交通工程公司湖北武汉430000)
内容提要BIM+GIS三维模拟技术是基于真实地形建模环境下用于工程建设管理的系统平台，是建筑信息模型BIM和地理空间信息GIS技术先进性的体现，可以为工程管理提供一种全新的数字化、可视化、可量化的管理工具，同时也是推动工程管理从传统的宏观管理方式向现代化、智能化、微观化管理方式的迈进。

BIM+GIS三维模拟技术已在多个水利工程项目实施，大大提升了管理效率，提高了工程管理的针对性和有效性。

1概述
综合应用BIM+GIS技术，逼真的展现施工总体及局部布置、施工工艺及施工场景模拟、可视化安全技术交底等内容，具有较高的应用价值。

因此三维BIM+GIS数据的集成能产生无限的可能，对于项目的施工管理意义重大。

2应用方式
建设全生命周期的BIM+GIS管理系统平台，首先利用BIM技术将整个施工的过程进行模型的建立,通过模型向建设单位、监理单位及施工单位提供相应的信息，将BIM模型与GIS模型相融合，实现可视化管理。

用3D技术把整个建筑施工过程的进度、安全、质量及所需的施工材料给模拟出来，针对施工中的实际情况进行管理。

其次利用数字信息化系统，把现场真实场景以数据形式汇总到BIM+GIS管理系统平台，并在已建立的模型上反映出来，通过三维全景电子沙盘展示，实现三维线路导览、整体面貌把控、关键指标查询、施工资源清点等功能，对现场施工进度、安全、质量等达到可视化管理的目的。

3主要内容
3.1数字化工地
数字化工地围绕人、机、料、法、环、测等六大关键要素建设，利用物联网技术，实现工程现场的实时化监管。

首先建立现场的各类感知系统，获取实时数据信息；再通过监控中心将数据归集分析，发送至远程终端，并导入BIM+GIS建管平台；同时，通过建模技术呈现本工程智慧工地总览，搭建三维全景电子沙盘。

数字工地感知系统是工地建设、管理的重要的数据信息来源，是实现智慧工地建设的基础，也是建设施工管理系统的前提。

人员定位系统采用UWB定位技术，通过工人佩戴装载智能芯片的安全帽，现场安装数据采集和传输装置，清楚了解工人现场分布，实现施工人员的定位监控管理。

门禁管理系统实现了施工人员出入管理，一是严格落实施工区分级管理，二是完成人员实名制考勤记录，三是防止非施工人员非法闯入，四是实现访客管理，对来访人员数量、时间进行记录。

视频监控系统做到施工现场“全覆盖，无死角”监控，根据视频人员动作，制定行为分析、报
收稿日期：2020-2-27
作者简介：张朋银男(1985-)高级工程师中国水电四局轨道
程公司
陈发勇男(1985-)工程师中国水电四局轨道交通
工程公司
杨草蕾男(1991-)助理工程师中国水电四局轨道交程公司
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警展示规则，进行违法行为判断，并通过手机移动端实时进行查询及回放，及时制止不安全行为或违法行为。

环境监测系统通过无线网络连接，对施工环境进行实施监测，发出预警及时进行处理。

如对有害气体监测、氧气含量监测等，确保人员生命安全。

搅拌站监测系统对混凝土生产过程、运输过程及卸料过程进行全程监控，在混凝土生产过程中投料与配合比数量有差别时能及时进行报警，并及时做出处理，保证混凝土质量合格，使用部位正确。

运输车辆管理系统实施查看车辆位置、状态，对车辆运行线路、时间等进行全方位监控，保证原材料及混凝土运输质量、数量可控。

还有如盾构机监测系统、起重机监测系统、施工用电监测系统和车辆进出管理系统等等数字感知系统。

通过全方位数字感知系统与BIM+GIS三维管理平台相结合，能更宜观的对施工现场进行全方位管理，并有利于管理者在决策的时候的更加准确的进行决策。

3.2施工管理应用
基于BIM模型+三维GIS,形成系统的BIM-5D （三维空间模型+工期时间进度+立体动态造价）施工管理平台，采用”云+端+移动互联”的设计理念,将建筑全生命周期中各阶段产生的数据统一归集存储在云平台上，为各终端提供数据共享和施工服务。

在后方管理平台实现施工资源清点、施工技术管理、施工进度管理、施工质量管理、施工安全管理和施工成本管理等目标。

施工资源清点可在电子沙盘中展示本项目中各施工部位所使用的人、材、机等施工资源，并进行统计汇总，能够使管理者宜观掌握本项目目前的资源投入和匹配情况，以作为判断是否增加或减少资源投入的根据。

（1）施工技术管理
一是通过建立BIM模型，进行三维审图，提前发现并解决图纸中存在的问题;二是利用三维模型进行可视化技术交底，对施工项目工序、工艺有一个直观认识，避免施工错误;三是对关键方案提前进行模拟，验证方案的可行性，提前预测专项方案在实际施工过程中可能会存在的问题，间接的压缩工期、减少安全事故的发生，并减少施工中产生的成本浪费；四是复杂节点模拟，通过BIM技术让复杂的钢筋节点变成三维可视化的模型，指导现场钢筋绑扎施工;五是利用BIM技术，将多张CAD图纸的设计信息（结构尺寸、结构定位、管线预留、设计图预算工程量等）融合为一张BIM综合图，从而提升施工质量、加快施工进度。

（2）施工进度管理
将BIM模型与施工进度计划相链接，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D（3D+Time）模型中，可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。

通过模型的显隐来动态模拟施工过程，对系统实时了解到现场的施工进度进行分析，对已经做好的施工计划进行调整。

利用中心图纸的模型数据，结合软件,可以准确快速得到施工进度的材料使用情况，从而做到精准计价，并可以将数据上传至控制中心，由现场施工人员以及物资部进行提取使用。

（3）施工质量管理
按照项目划分（单位、分部、单元工程）的方式进行BIM模型构建，并完善质量关联信息（质量标准、原材料、资源投入、技术方案、质量中间控制信息等），及时将现场施工信息录入系统平台。

对质量管控要点设置相关标识标签分类管控，定期形成报告。

（4）施工安全管理
安全管理与三维电子沙盘结合，通过三维模型能够实时查看各施工部位的安全状态，系统提供对危险源进行分类统计功能，能够快速查看各危险源的详细信息和位置。

在BIM模型基础上,利用风险监管（数字工地视频监控系统和各类感知系统凍集到的数据，驱动模型显示风险，实现风险的3D展示与预警。

施工管理平台通过对各风险源信息进行实时监测分析,对存在安全隐患的情况进行上报并作出应对决策，对问题的整改情况及时通过施工管理平台手机端拍照上传整改信息进行闭环管理。

（5）施工成本管理
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通过四维施工模拟与施工组织方案的结合，能够使设备材料进场、劳动力配置、机械排班等各项工作的安排变得最为有效、经济，实现工程成本信息的收集与分析。

可以通过将财务系统与BIM系统对接,通过读取中心图纸的施工进度安排以及物资部、计划部的相关安排，处理物资部、计划部的账务信息，从而有效获知在本工程中已投入的成本和剩余需求成本，协助提升施工成本管理。

4结论
随着时代和科技的大力发展，人们的生活越来越离不开科学技术。

在建筑行业中我们也在运用各种不同的技术来提高我们的效率，而BIM+GIS三维技术便是其中的一种。

BIM+GIS技术是未来我们进行可视化管理工作的重要组成部分，我们需要培育出大量的人才对这些技术熟练的应用，提高未来建筑工程的管理水平，并广泛的推广。

（上接第60页）5.4.1边坡坡脚或中部预加固桩通过增设锚固桩（可以是圆形钻孔灌注桩，以便于施工），来提高边坡的稳定性。

5.4.2坡脚设格宾墙
设置格宾墙，可以增强边坡坡脚部位渗排水效果。

6建议及结论
（1）由于膨胀土特性的复杂，建议对中、强膨胀土路堑边坡，以及部分段落较长和堑顶有较为明显裂缝的弱膨胀土路堑边坡，在坡面及堑顶8~12m 范围喷洒（或采取浅孔灌注方式加强改性效果）CMA 膨胀土改性剂，以保证膨胀土路堑边坡的稳定性。

（2）加强施工期膨胀性核查，尤其是路堑开挖揭示灰绿色、灰白色、紫红色（红色发亮）的土体时,应加强重视。

膨胀土路堑边坡开挖过程中，遇地下水出露时，应及时按照变更设计管理办法增设有效的疏排水措施。

（3）膨胀土路堑施工期，应高度关注天气变化。

路堑边坡开挖后，应及时施工坡面防护措施、及时封闭；路堑挡墙应分段跳槽施工，挡墙基坑开挖后，原则上应立即浇筑基坑混凝土，并尽快完成墙身混凝土的施工。

（4）开展信息化施工，对于高度大于6m的膨胀土路堑边坡增设变形监测桩，路堑边坡发生3〜5cm 的水平变形时，施工单位及时通知建设单位、监理单位、设计单位，四方确定处理对策进行病害整治。

7总结
膨胀土是一种严重影响铁路工程的土质，一旦处治方法不当就会产生严重的质量问题。

需要通过采取施工前地质核查、现场排查，施工过程中严格控制顺序、规范施工，及时、有效完成膨胀土路基施工及运营过程中出现的病害治理等措施，才能多渠道保障膨胀土地区施工及运营安全。

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