1.5.5 广陕广巴连接线高速公路基于GIS和BIM的数字公路平台
1.5.5.1 研发的背景
高速公路工程项目管理分为三个阶段：前期阶段、建设阶段、营运阶段。各阶段的任务和重点各有不同，但是又相辅相成，无论处于哪个管理阶段都应该管理思路一致、相互考虑、资料共享。前期阶段应该选择合理、可行、经济、便于实施的方案，考虑各种结构类型的选取，应尽量就地取材，实现项目的经济性、安全性。这个阶段的重点是设计方案优化比选，方案的节约才是最大的节约，实现设计方案、投资双控。如果将该平台应用于项目建设前期阶段，则采用卫星影像技术及三维虚拟现实技术，以实景形式体现出工程地质地貌特征，实现设计方案优化比选以达到节约投资的目的；而营运阶段则通过实施的设计、施工、运营管理的大数据系统分析，适时开展小修、推迟中修、尽可能避免大修，在确保设施设备安全正常运行的基础上，减少运行成本和养护支出。
广陕广巴高速公路连接线建成效果如图1-5-45所示。
图1-5-45 广陕广巴高速公路连接线建成效果
建设阶段的重点涵盖工程建设质量、安全、投资和形象进度、廉政五个方面，其中质量、安全、廉政为保证指标，而投资和形象进度则作为具体的控制指标。
项目建设管理作为过程控制的主要内容，必须适时、动态掌握投资、进度完成情况，并根据计划安排做对比，当环境、条件、偏差较大时，我们可以根据施工现场实际情况随时调整计划安排、节点目标，增加保证措施，从而保证年度目标任务的顺利完成。
高速公路工程项目的三维立体模型在项目前期、建设、营运的每一个阶段都可以通过三维立体模型来模拟表达。运用虚拟现实技术、全球地理信息系统使得该平台在前期设计阶段可以展示出设计方案的立体模型；在建设阶段可以展示出建设进度的立体模型；在营运阶段可以展示出设施设备的立体模型及运行状态。
对于工程建设管理，大家都有很好的办法进行过程管控，且方式方法各有千秋，但在上述质量、安全、投资和形象进度四个方面分别通过软件进行管理，将工程建设管理的全过程集成在一个平台上，形成匹配实景的三维立体模型（可分别显示实际完成的形象进度图像），对重、难点的工点、拌和场、预制场、试验室进行网上视频监控还是第一次。广巴公司通过对目前国内的工程管理系统研究，通过近4年的时间建成了系统运行平台，本平台还在不断地修改完善之中。
1.5.5.2 基于GIS和BIM的数字公路平台开发的过程
广巴公司会同陕西公众软件公司对该系统平台进行了持续的探索研究，其开发的过程：第一步是将施工图、设计图分桩号，按照分项、分部工程对工程细目和工程量清单进行一一拆分；第二步是将拆分后的数据进行网上录入，建立起全路的三维立体模型；第三步是根据分辨率不同、价格不同，选择购买性价比相对较高的卫星影像资料，以达到平台三维立体模型与卫星实景地图相匹配的效果；第四步是根据项目管理相关原则、要求，按照公司管理制度对要实现及要求达到的工作目标任务进行有针对性的开发研究。
广陕广巴高速公路连接线采用数据地形图技术和卫星影像技术示意如图1-5-46所示。
图1-5-46 广陕广巴高速公路连接线采用数据地形图技术和卫星影像技术
1.5.5.3 基于GIS和BIM的数字公路平台的构成
广巴公司结合当前先进的信息技术和项目管理的实际需要，不断创新，采用了基于互联网的云计算、物联网、地理信息技术、虚拟现实技术，依托广陕广巴高速连接线研究开发了广巴公司基于GIS和BIM的数字公路平台。平台内容如图1-5-47所示。
图1-5-47 广陕广巴高速公路连接线数字公路平台架构
（1）项目建设前期管理系统。
通过三维电子沙盘和路线走向图展示项目设计效果，同时对设计方案进行优化比选，力求节约、应用电子招投标系统、多媒体语音唱标，使招标工作高效准确。
（2）项目建设过程管理系统。
该系统包含网站、办公OA系统、投资管理、三维进度管理、变更路线的选型对比、质量管理、安全管理、施工现场视频实时监控及竣工资料管理。
（3）项目运营养护管理系统。
该系统包含运营养护系统、资产管理、机电设备管理、路况评定、抢险管理、巡查养护，通过三维系统随时查找某工程部位的设计图纸、征拆数据、质量资料、保养记录等信息，对于在建设过程中产生的施工缺陷信息可以进行技术追溯等。
（4）针对后期高速公路营运管理过程中对该平台的应用，广巴公司也进行了认真思考，并提出了营运管理平台应用开发具体思路如下：
①设计文件等各种档案资料的查询。
②模拟立体图像，反映全路设施设备的运行状况，反映各种设备的备件库存情况。
③视频监控（监控平台的衔接）。
④全路养护、检测、维修情况，在立体模型中可以直观显示。
⑤其他设想和要求。按照广巴公司对该平台的使用情况，关于档案管理、竣工资料、工程结算、设计图纸，过程管理可以一并考虑在本平台中同步完成，目前已陆续在平台中进行专项模块建设并对已建立完毕的模块进行数据录入，工程建设完成后移交营运管理单位以方便后期管理，并可溯源工程建设的过程，如图1-5-48所示。
图1-5-48 广陕广巴高速公路连接线BIM模型关联竣工资料
1.5.5.4 基于GIS和BIM的数字公路平台实施效果
（1）项目前期阶段。
广巴公司在广陕、广巴高速公路连接线前期（工可）阶段，提出了利用原二专路嘉陵江桥位的比选方案，提交设计单位作为补充方案纳入工可报告中，最终被专家和厅审查同意批复为推荐方案。与原推荐方案相比，推荐方案节约投资约3亿元，避免了与西成客专、兰渝铁路、广元客（货）运站等十条铁路线的干扰，也避免了在铁路中设置互通式立交（图1-5-49）。采取该方案极大地降低了征拆工作难度，减少了施工干扰，减少了征地拆迁及安全措施费用。
图1-5-49 广陕广巴高速公路连接线路线走向（红线为原设计路线）
（2）建设管理阶段的应用。
①投资和形象进度方面。
投资和形象进度的完成情况，以前是采用人工统计的方式进行填报，一定程度上存在虚报，后期抢工期阶段十分被动，甚至可能造成全线目标任务无法完成。而将该平台应用于投资和形象进度管理过程后，投资和形象进度完成情况以计量支付表（需要分项分部工程的合格质检资料）中数据来源进行直观体现；而计量支付表中数据又按照工程量清单分桩号、分项、分部进行统计。运用该平台可以从计量支付中自动抽取数据，形成实际完成的三维立体图形，从而避免人为因素的影响。通过实际完成的三维立体图形展示与原计划安排进行比较后，当采集数据自动生成的柱状图及曲线图偏差较大时，我们可根据施工现场实际情况适时调整计划安排、节点目标（图1-5-50、图1-5-51）。例如：广陕、广巴连接线LJ1合同段瓷窑铺互通P匝道因跨铁路施工不能按时提交架梁通道、部分设计图纸未按时提交、施工方案调整及受征地拆迁等多方面因素影响，通过该平台实际完成工程量与计划安排的对比，及时重新调整目标任务，在LJ1合同段嘉陵江左岸增加一个预制场，并由相邻LJ2合同段协助LJ1合同段增加一台拌和楼，扩大原预制场容量，并完成B、C匝道约合2 000余万元的262片小箱梁预制，因该项工作任务及时调整，确保了阶段性目标任务的按时完成。
图1-5-50 广陕广巴高速公路连接线电子沙盘（标注了重点结构物）
图1-5-51 广陕广巴高速公路连接线通过BIM模型颜色展示形象进度
②计量支付方面。
计量支付受质检资料（混凝土的凝期、强度检测指标等）影响，计量完成情况与工程实际完成情况相比较一般要滞后约5%，按照该平台进行网上计量，能够自动生成各项真实数据，计量控制也更加保守可靠。该平台整合了计量支付所有报表，能够在工程建设末期直接汇总各项数据，节省了大量统计报表工作时间，提高了各项数据的真实性，降低了因繁杂的数字工作产生的错误率。该平台运用于网上计量还可以适时追踪办理计量支付的签署流程，无论是施工单位计量资料上报不及时，还是相关单位或部门拖延审批时间，都能够及时追踪并对工作开展不力的相关单位进行违约处罚。采用分桩号、分项、分部计量可有效避免超计量的问题，办理竣工结算时将更加方便。
③视频监控及视频会议方面。
广陕、广巴高速公路连接线重点路段及工点的形象进度、施工及运营状态还可以通过24 h视频监控更直观地表达，随时可以上网查看，大大提高了工作效率，节省了管理成本，且不受气候、施工便道条件的限制，并可保存影像数据备查。
在召开各项适时会议方面，广巴公司还采取了可实现多方异地同步的视频会议进行远程专家会诊，改变了传统到现场察看的方式。通过查看视频监控、三维立体模型和到现场察看的比较，采取远程专家会诊反而更加直观，范围、视野更加开阔。这样一来，不但可以减少出差、路途行程耽误等，还能提高办事效率，达到事半功倍的效果，更节省人力、物力，坐在办公室一样能迅速研究、解决问题。
④变更设计方面。
与投资及形象进度完成有关、影响较大的一个因素就是变更设计，因为有三维立体模型与实景地形影像，在研究变更设计方案和做工作汇报时就更加直观和方便、利于决策和研究，缩短变更设计图纸的周期，从而提前和保证了投资与形象进度目标任务的完成。比如：
a.广巴公司在上西坝互通式立交已提交施工图的基础上，为充分利用广陕高速公路12 hm2已征地及预留的桥梁工程，尽可能降低互通规模、节约工程投资、减少征地拆迁数量，提出了上西互通的调整方案，并于2014年12月4日经省交通运输厅审查通过，新方案较原方案节约占地4 hm2多，减少新征地13 hm2多，节约征地拆迁及建安投资近8 000万元，地方连接线工程节约一座2 000余米的桥梁1 100余万元，如图1-5-52、图1-5-53、表1-5-5所示。
图1-5-52 广陕广巴高速公路连接线上西互通推荐方案
图1-5-53 广陕广巴高速公路连接线上西互通优化推荐方案
表1-5-5 上西互通拆迁新旧方案征拆费用对比表
备注：①新方案可利用原广陕路高速已征用地15.33 hm2。
②旧方案拆迁房屋楼层高、质量好，拆迁难度极大。
③旧方案要拆除鞭炮厂、养殖场、苗圃各一处。
b.LJ1合同段D匝道双桩式桥墩因占用原二专路，为地方道路迁改创造了有利条件，减少了占地面积，故改为T形桥墩，如图1-5-54、图1-5-55所示。
图1-5-54 广陕广巴高速公路连接线构造物三维模型示意
图1-5-55 广陕广巴高速公路连接线门型墩改为T型桥墩