一种基于BIM和GIS的公路工程施工信息化管理系统及方法与流程

本发明涉及建筑信息化管理，具体为一种基于bim和gis的公路工程施工信息化管理系统及方法。

背景技术：

1、“数字交通”在公路工程信息化管理方面已有较多研究，但是制约公路工程信息化和工业化管理的施工不确定问题依旧存在。“不确定性”是基建工程建设监管调度的最大难题。质量、安全风险难以有效监控和杜绝。进度、投资失控现象层出不穷。具体表现在：一是，不当的决策，事实依据不充分、忽视经验与依据之间的关系、责任边界不清晰；二是，对信息的未知，想要获取的信息获取不到、信息不能第一时间获取到、信息的传递流程长、信息衰减严重、获取的信息人为加工、信息失真、有用的信息难以分辨和信息价值低等。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于bim和gis的公路工程施工信息化管理系统及方法，包含模型层、分析层和应用层，通过模型层获得有效信息、利用分析层挖掘信息价值、经由应用层实施施工决策和调度，以解决公路工程长距离多点统筹施工调度难的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于bim和gis的公路工程施工信息化管理系统，包括模型层、分析层和应用层；所述模型层通过提取建立道路、桥梁和预制梁场的建筑信息化模型bim和地理信息系统模型gis的几何和非几何信息构成，模型层的几何和非几何信息通过公路工程ifc数据转换规则流入分析层；所述分析层是基于盈亏平衡分析、土石方平衡计算方法和射频识别技术，对互通立交桥的最优机械架设方案、施工便道设计方案和预制箱梁生产计划进行分析；所述应用层是基于分析层的分析结果，从而做出施工决策部署，用于公路工程长距离多点统筹施工的调度。

4、进一步地，所述模型层包括公路全线道路模型、互通立交桥模型、箱梁预制场模型和施工便道地理信息模型。

5、进一步地，所述应用层做出的施工决策部署包括：互通立交的最优机械选取方案、施工便道优化方案、箱梁预制生产计划。

6、本发明提供另一种技术方案：一种基于bim和gis的公路工程施工信息化管理的方法，包括以下步骤：

7、s1：建立公路全线道路、互通立交桥和箱梁预制场bim模型以及施工便道地理信息gis模型，并提取模型的几何和非几何信息，形成本文系统的模型层；

8、s2：基于盈亏平衡分析、土石方平衡计算方法和射频识别技术，对互通立交桥的最优机械选取方案、施工便道设计方案和预制箱梁生产计划进行分析，形成本文系统的分析层；

9、s3：基于分析层的输出结果，确定互通立交桥的最优机械选取方案、施工便道设计方案和预制箱梁生产计划，形成本文系统的应用层，用于公路工程长距离多点统筹施工的调度。

10、进一步地，s1中具体方法如下：

11、s101：根据设计图纸，利用道路和桥梁建模软件，建立包含路面结构、附属物、基础、排水设施、支护、纵向构件、横向构件、预应力系统、支座、盖梁、墩柱、承台、桥台、桩基础、预制梁台座、预制梁模板和地形的bim模型以及gis模型；

12、s102：提取模型的几何和非几何信息，形成模型层，其中，几何信息包括桥梁长宽高和位置坐标、路基路面和各种排水设施尺寸与高程，非几何信息包括材料、配筋、过焊孔半径、波纹管型号、钢绞线型号、倒角参数、基础填料种类、压实度、回弹模量、水利参数、荷载；

13、s103：模型层与分析层的数据流通：基于创建的全线道路、互通立交桥和箱梁预制场bim模型数据以及施工便道地理信息gis模型数据，把模型层的几何和非几何信息通过ifc转换规则流入分析层，即通过基于ifc标准的bim数据转换和基于ifc标准的bim数据集成来实现数据挖掘，数据挖掘包含构件管理、属性信息管理、项目管理、技术信息、产品信息和施工信息。

14、进一步地，s2中具体方法如下：

15、s201：基于盈亏平衡分析，对互通立交桥的最优机械选取方案进行分析：

16、互通立交桥的最优机械选取方案的原则是满足成本和工期的要求，工期指预制梁从梁场到安装完毕的运输和安装过程，理想的工期状态是在任何的中间节点，施工尽量不停顿或停顿时间最小，最优机械选取问题是一个系统优化问题，即实现效益最大化，采用公式如下：

17、

18、其中：be平衡点，fc固定成本，sp1机械方案一的单价，sp2是机械方案二的单价，通过求解上述方程来对互通立交桥的最优机械选取方案进行分析；

19、s202：通过土石方平衡计算，对施工便道设计方案进行分析：

20、基于gis的公路工程信息模型技术的运算基础在于数字地形模型分析，其核心在于地形因子的计算，包括坡度和坡向计算、曲面面积计算、地表粗糙度计算、高程和变异分析以及谷脊特征分析；土石方平衡计算的四点填方或挖方计算式为：

21、

22、其中：v为填方或挖方体积，利用以上公式可以计算土石方工程量，进而对施工便道设计方案进行分析；

23、s203：对预制箱梁生产计划进行分析，利用射频识别技术实现模型和实体联接：

24、首先，根据架梁计划倒排预制箱梁生产计划，然后，利用射频识别技术将梁场台座和预制箱梁的模型与实体形成物联，采用二进制搜索通过比较集合的最中间项来查找特定项；如果匹配发生，则返回项目的索引；如果中间项大于目标项，则在中间项左侧的子阵列中搜索目标项；否则，在中间项右侧的子阵列中搜索目标项；该过程也在子阵列上继续，直到子阵列的大小减小到零，搜索方式如下：

25、mid＝low+(high-low)/2 (3)

26、其中：mid、low、high分别为待识别目标项的中间位、低位和高位编码；当信息模型通过数字移动通信链接施工实体之后，可以实现项目管理人员对施工现场的远程管控，并通过数字移动通信反馈到施工实体，实现远程管控的目的。

27、进一步地，s3中具体方法如下：

28、s301：确定互通立交桥的最优机械选取方案：依据分析层的结果，对不同机械选取方案进行对比，确定最优方案，以此来指导现场施工；

29、s302：确定施工便道设计方案：依据分析层的结果，对施工便道初步设计方案进行分析，加以修正形成优化后的施工便道设计方案，以此明确路线图和挖填方量，据此统一调配施工资源建设好施工便道，为后续路基、桥梁和隧道施工提供物流支持；

30、s303：确定预制箱梁生产计划：依据分析层的结果，形成台座二维码，协调全部箱梁预制信息，确定梁场生产计划和架设顺序，指导现场施工。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、1、本发明的基于bim和gis的公路工程施工信息化管理系统及方法，由模型层、分析层和应用层组成，首先建立道路、桥梁和预制梁场的建筑信息化模型和地理信息系统模型，并提取模型的几何和非几何信息，形成本文系统的模型层。然后基于盈亏平衡分析、土方平衡计算方法和射频识别技术，对互通立交桥的最优机械架设方案、施工便道设计方案和预制箱梁生产计划进行分析，形成本文系统的分析层。最后基于分析结果，做出施工决策部署，形成本文系统的应用层。从而通过本发明实现解决公路工程长距离多点统筹施工调度的问题。

33、2、本发明聚焦模型数据的有效性、数据的深度挖掘分析、模型数据与施工实体之间的挂接，专注包含立交桥施工机械、施工便道和预制场等容易被忽略，但又制约公路工程施工工艺和材料供应的关键点，使得本发明可以高效适配长距离、散点式和多专业协同的公路工程施工调度问题。