CN111125820A

CN111125820A - 一种基于bim+gis的施工场地空间虚拟施工方法

Info

Publication number: CN111125820A
Application number: CN201911294053.8A
Authority: CN
Inventors: 林章凯; 倪杨; 程彬; 王宗成; 曾庆友; 郑景昌; 郑立; 郑侃; 翁世平; 黄伟兴; 陈至
Original assignee: Fujian Jiangong Group Co ltd
Current assignee: Fujian Construction Engineering Group Co ltd
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: CN111125820B

Abstract

本发明提供一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，包括如下步骤：步骤1、采集项目地的地形数据，形成资料库；步骤2、对资料库中的数据处理，生成GIS模型；步骤3、在GIS模型中进行空间测量分析；可逆向建模将现有施工现场闲置空闲或利用不合理的空间检查及释放出来，利用空间管理节省空间成本、经济有效的利用空间，最终提供良好工作环境、生活环境。

Description

一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法

技术领域

本发明涉及一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法。

背景技术

施工场地布置是否科学合理，直接影响生产效率。在项目前期，需对施工场地空间及平面布置进行策划、实施，往往要结合周边既有建筑、拟建建筑及临时设施的位置、标高先进行土方开挖、回填与场地平整等土方工程，谋定而后动。

目前BIM(Building Information Modeling)不仅仅是建筑设计的新工具，也是建筑施工、运营维护的新工具。它的核心是以模型为载体，利用数字化的技术，将建筑设计、施工、运行的各类物理数据和实际信息集成化、三维化的展示出来，从而为了建筑工程项目的参建各方提供了一个信息交互的协同工作平台。

GIS(Geographic Information System或Geo－Information system)又称之为地理信息系统，它是一种空间信息系统，是对整个或部分的表层空间中有关空间分布的数据信息进行采集、运算、分析和显示等功能的系统，它为我们提供了客观的定性的原始数据。

随着近些年来两项技术的不断进步，BIM+GIS技术为建筑业的信息化、智能化发展提供了良好的支撑，由GIS建立空间数据库，BIM对其进行细化补充，从宏观和微观两个角度对两项技术进行了一加一大于二的集成升级。

传统的施工场地布置采用总平面图设计，土方平衡工程量容易造成浪费，为了使施工总平面图设计更符合现场实际情况以及减少对周边环境的影响，可采用BIM+GIS的技术进行施工总平面布置图深化设计。通过无人机航拍倾斜摄影技术同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集丰富的地物侧面纹理及位置信息，而后通过建模软件将基于详尽的航测数据，进行影像处理、区域联合、区域平差、多视影响匹配等一系列操作，建立真实的三维GIS点云模型，最后将点云模型导入BIM三维施工策划软件对项目施工总平面布置图进行深化设计。这种方式不仅能将项目既有的场地情况和周边信息准确的反映出来，还能将未来不同施工阶段的空间需求信息模拟出来，对项目整体的临时设施布置、仓库堆场规划、大型机械设备安装和进出场等进行模拟和优化，能够最大程度上的处理传统平面布置图上难以详尽显示和模拟的交叉情况，使得传统的施工平面管理升级到三维甚至是四维空间上来。同时，采用的无人机区别于一般娱乐机型，一般娱乐机型是采用GPS 定位，误差范围在5-10米之间，而RTK模块的无人机误差小于5厘米。无人机航拍，利用正摄图可以和三维场地布置结合，使得场地布置更符合现场实际情况，不再停留于CAD平面图上的大致位置，并且在模型上可以直接进行距离、高程、面积、体积的测量，误差极小，也可与先前的土方模型进行对比校核，可直接计算挖方填方，审核模型测算误差，利用BIM和GIS 数据，双重保障土方数据的准确，为合理制定施工计划、精确掌握施工进度以及最终结算提供保障。

现有施工现场平面布置技术仅在CAD图上进行策划，难以模拟现场不同施工阶段(期)的不同因素影响，以及建成后的效果无法直观的体现，且有可能出现废弃地和死角，以及因不同施工阶段(期)造成的二次搬运和加工厂、仓库堆场的拆除重建，造成资源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，可逆向建模将现有施工现场闲置空闲或利用不合理的空间检查及释放出来，利用空间管理节省空间成本、经济有效的利用空间，最终提供良好工作环境、生活环境。

本发明是这样实现的：一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，包括如下步骤：

步骤1、采集项目地的地形数据，形成资料库；

步骤2、对资料库中的数据处理，生成GIS模型；

步骤3、在GIS模型中进行空间测量分析。

进一步地，还包括步骤4、将GIS模型和CAD建筑总平面图导入BIM 施工场地空间布置软件，进行不同施工阶段的总平面策划。

进一步地，还包括步骤5、结合建立施工场地空间布置三维模型，所述三维模型中设置分阶段建模，通过关联时间形成4D模型完成施工过程模拟。

进一步地，还包括步骤6、在所述GIS模型中进行现场土石方的开挖与回填测算，输出计算结果；根据项目地质勘察报告生成BIM模型，并通过 BIM模型计算土方量；将所述土方量与所述计算结果进行对照修正，输出土方平衡数据。

5、根据权利要求4所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：所述步骤6进一步具体为：根据项目地质勘察报告采用 Civil 3D进行土方平衡BIM模型的建立，利用复合体积算法和平均断面算法，计算现有曲面和设计曲面之间的土方量，将所述土方量与所述计算结果进行对照修正，输出土方平衡数据。

进一步地，所述根据项目地质勘察报告生成BIM模型进一步具体为：首先根据项目地质勘察报告进行分类整理为TXT文件，导入TXT文件，生成各个点位，并根据持力层进行点编组；根据持力层进行曲面的创建，并将曲面相对应的点编组，添加至曲面中使其与持力层关联，软件自动通过有限元方式计算划分，所获得的曲面即为地形或各持力层的表皮；选中相邻持力层，采用生成实体命令，软件便会自动计算生成两两曲面之间的填充，之后采用布尔运算命令，将地质模块进行修剪，完成BIM模型建立。

进一步地，还包括步骤7、根据GIS模型以及BIM模型，生成工作沙盘。

进一步地，所述步骤1进一步具体为：确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库。

进一步地，所述步骤2进一步具体为：若资料库中的数据大小小于限定值，则采用Bentley ContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型。

本发明具有如下优点：采用BIM+GIS技术对施工总平面布置图进行深化设计。通过无人机航拍倾斜摄影技术同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集丰富的地物侧面纹理及位置信息，而后通过建模软件将基于详尽的航测数据，进行影像处理、区域联合、区域平差、多视影响匹配等一系列操作，建立真实的三维GIS点云模型，最后将点云模型导入BIM三维施工策划软件对项目施工总平面布置图进行深化设计。这种方式不仅能将项目既有的场地情况和周边信息准确的反映出来，还能将未来不同施工阶段的空间需求信息模拟出来，对项目整体的临时设施布置、仓库堆场规划、大型机械设备安装和进出场等进行模拟和优化，能够最大程度上的处理传统平面布置图上难以详尽显示和模拟的交叉情况，使得传统的施工平面管理升级到三维甚至是四维空间上来。同时，采用的无人机区别于一般娱乐机型，一般娱乐机型是采用GPS定位，误差范围在5-10米之间，而RTK模块的无人机误差小于 5厘米。无人机航拍，利用正摄图可以和三维场地布置结合，使得场地布置更符合现场实际情况，不再停留于CAD平面图上的大致位置，并且在模型上可以直接进行距离、高程、面积、体积的测量，误差极小，也可与先前的土方模型进行对比校核，可直接计算挖方填方，审核模型测算误差，利用 BIM和GIS数据，双重保障土方数据的准确，为合理制定施工计划、精确掌握施工进度以及最终结算提供保障。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明方法执行流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，包括如下步骤：

步骤1、确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库。

步骤2、若资料库中的数据大小小于限定值，则采用Bentley ContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型；

步骤3、在GIS模型中进行空间测量分析。

步骤4、将GIS模型和CAD建筑总平面图导入BIM施工场地空间布置软件，进行不同施工阶段的总平面策划。

步骤5、结合建立施工场地空间布置三维模型，所述三维模型中设置分阶段建模，通过关联时间形成4D模型完成施工过程模拟。

步骤6、根据项目地质勘察报告采用Civil 3D进行土方平衡BIM模型的建立，利用复合体积算法和平均断面算法，计算现有曲面和设计曲面之间的土方量，将所述土方量与所述计算结果进行对照修正，输出土方平衡数据。

所述根据项目地质勘察报告生成BIM模型进一步具体为：首先根据项目地质勘察报告进行分类整理为TXT文件，导入TXT文件，生成各个点位，并根据持力层进行点编组；根据持力层进行曲面的创建，并将曲面相对应的点编组，添加至曲面中使其与持力层关联，软件自动通过有限元方式计算划分，所获得的曲面即为地形或各持力层的表皮；选中相邻持力层，采用生成实体命令，软件便会自动计算生成两两曲面之间的填充，之后采用布尔运算命令，将地质模块进行修剪，完成BIM模型建立。

步骤7、根据GIS模型以及BIM模型，生成工作沙盘。

本发明一种具体实施方式：

现将GIS导入BIM软件在“实景”模型上对施工现场空间进行规划分析和优化使用，结合绿色施工组织设计、绿色施工方案或绿色施工专项方案进行策划，并利用BIM软件模拟现场不同施工阶段(期)总平面布置图，针对施工现场大门、大型机械、仓库堆场、加工厂、临时道路、临时房屋、临时水电管网和其他动力设施进行合理布置优化，避免传统施工总平面布置图策划时的疏漏欠缺，使得施工场地空间布置科学合理、施工场地占用面积少，运输组织合理、减少二次搬运，施工区域划分和临时占用符合总体施工部署减少互相干扰，充分尊重地势地貌降低临时设施的建造费用，确保施工现场符合节能、环保、安全和消防等要求，实现节能、节材、节水、节地和环境保护(四节一环保)的建筑工程施工活动。同时还可逆向建模将现有施工现场闲置空闲或利用不合理的空间检查及释放出来，利用空间管理节省空间成本、经济有效的利用空间，最终提供良好工作环境、生活环境。

1、确定无人机航测范围。利用地面站的Google Earth(谷歌地图)，用点选的方式确定项目航测范围，并进行合理的飞行架次划分，优化航拍方案，提升作业效率。

2、航线规划及参数设定。倾斜航测的飞行参数一般包括高度、速度、拍摄间隔、航向间距、旁向间距等，不同的参数设置影响最终模型的精度、航拍的效率等。

3、当地面站设置及无人机组装完成后，便可开始航测作业。无人机将以恒定的速度，根据地面站设定的重叠率和路径、范围等参数对地面进行等距拍照，操作人员观察无人机位置及地面站实时飞行参数即可。

4、最后进行数据处理，相对较小的单体或地块采用Bentley ContextCa pture(基于影像自动化进行三维模型构建的并行软件系统)完成航测的后期数据处理，可输出OSGB、OBJ、S3C、3MX等格式文件成果，以供后期浏览或加工。

5、较大的工程项目或地块由于拍摄范围大，影像数据多，完成重建所需的计算机内存往往达到上百G，现有设备无法完成重建计算，采用 Altizure三维建模社区的云计算功能进行模型建立，大大缩短了建模时长，以达到最终成果输出的目的。

6、最终建立的实景模型可直接在模型中进行测量分析，包括距离、高层、面积、体积等数据，也可导入Revit软件中进行直接准确的进行现场土方的开挖与回填测算，减少争议管控成本。同时也可用于现场勘查、场布规划、灾后调查、施工阶段进度跟踪及形象汇报、竣工阶段形成项目实景模型等方面。

7、BIM模型的建立和应用的方法和步骤：采用Autodesk公司的Civil 3D 软件进行土方模型的建立和模拟。首先根据建设项目岩土工程勘察报告中的勘探点一览表提取各钻孔点位的孔号、坐标X、Y值、孔口标高以及标准贯入试验分层一览表中各岩土层的标贯深度，分类整理为软件可读取的TXT 文件。

8、通过软件中创建点的菜单，选择导入数据文件，将分类好的数据逐一的进行导入，生成各个点位，并根据持力层进行点编组。

9、进行曲面的创建，有几个持力层就建立对应个数的曲面，并将曲面相对应的点编组，添加至曲面中使其与之关联，这样软件自动通过有限元方式计算划分，所获得的曲面即为地形或各持力层的表皮。

10、选中相邻持力层，采用生成实体命令，软件便会自动计算生成两两曲面之间的填充，但往往建立的地质模块会有间隙或交叉关系，此时我们采用布尔运算命令，将地质模块进行修剪，可形成一个完整的地质模块。

11、通过将Civil 3D建立的地质模型，导入Revit中与项目基坑支护模型相关联，这样就可以进行直接准确的进行现场土方开挖与回填的测算。

12、进一步的，还可利用BIM+GIS技术建立规建管一体化平台。首先利用无人机倾斜摄影建立GIS模型，表达既有建筑、地形、道路等实际情况，然后将市政管网、新建项目等BIM模型和信息通过平台整合放置到实景模型中去，形成规划设计管控规则与评估体系，针对具体的规划用地，可以查询到其规划的经济技术指标，也可以看到具体地块上落地的城市建设项目和公共服务设施设施的行政区域和服务半径。为设计单位、规划管理部门、城市决策者提供统一的工作沙盘。

13，将GIS模型和CAD建筑总平面图导入BIM施工场地空间布置软件，进行不同施工阶段(期)的总平面策划，通常由基础工程施工总面、主体结构工程施工总平面、装饰工程施工总平面等。

14,结合“实景”建立施工场地空间布置三维模型，在模型中可设置分阶段建模，通过关联时间形成4D模型完成施工过程模拟，分析施工场地空间布置的科学合理性，以及进行临建工程量动态计算，精确把控临建成本。

15，对安全文明施工、企业形象等进行预先把控，形成模型交底，进行施工指导，实景对比。

16进一步的应用至施工现场观摩会将观摩现场进行整体规划，保障了观摩会现场各个展区的空间布局以及行进路线的通畅合理。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、采集项目地的地形数据，形成资料库；

步骤2、对资料库中的数据处理，生成GIS模型；

步骤3、在GIS模型中进行空间测量分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：还包括步骤4、将GIS模型和CAD建筑总平面图导入BIM施工场地空间布置软件，进行不同施工阶段的总平面策划。

3.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：还包括步骤5、结合建立施工场地空间布置三维模型，所述三维模型中设置分阶段建模，通过关联时间形成4D模型完成施工过程模拟。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：还包括步骤6、在所述GIS模型中进行现场土石方的开挖与回填测算，输出计算结果；根据项目地质勘察报告生成BIM模型，并通过BIM模型计算土方量；将所述土方量与所述计算结果进行对照修正，输出土方平衡数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：所述步骤6进一步具体为：根据项目地质勘察报告采用Civil 3D进行土方平衡BIM模型的建立，利用复合体积算法和平均断面算法，计算现有曲面和设计曲面之间的土方量，将所述土方量与所述计算结果进行对照修正，输出土方平衡数据。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：所述根据项目地质勘察报告生成BIM模型进一步具体为：首先根据项目地质勘察报告进行分类整理为TXT文件，导入TXT文件，生成各个点位，并根据持力层进行点编组；根据持力层进行曲面的创建，并将曲面相对应的点编组，添加至曲面中使其与持力层关联，软件自动通过有限元方式计算划分，所获得的曲面即为地形或各持力层的表皮；选中相邻持力层，采用生成实体命令，软件便会自动计算生成两两曲面之间的填充，之后采用布尔运算命令，将地质模块进行修剪，完成BIM模型建立。

7.根据权利要求4所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：还包括步骤7、根据GIS模型以及BIM模型，生成工作沙盘。

8.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：所述步骤1进一步具体为：确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库。

9.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地空间虚拟施工方法，其特征在于：所述步骤2进一步具体为：若资料库中的数据大小小于限定值，则采用BentleyContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型。