基于“BIM+”的智慧交通建設全生命周期信息管理技術研究及應用

發布時間：2023-07-09 10:44

1緒論 1

1.1研究背景及意義 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意義 2

1.2國內外相關研究現狀綜述 2

1.2.1BIM國內外研究現狀 4

1.2.2智慧交通國內外研究現狀 7

1.2.3國內外研究現狀評述 9

1.3研究內容與方法及技術路線 9

1.3.1研究內容 9

1.3.2研究方法 9

1.3.3技術路線 10

1.4本文創新點 12

2交通工程項目建設全生命周期信息管理分析 13

2.1傳統交通工程項目各參與方不同階段信息流分析 13

2.1.1傳統交通工程項目各參與方信息量的產生 13

2.1.2傳統交通工程項目全生命周期各階段信息傳導過程分析 14

2.2傳統交通工程項目信息管理存在的問題及原因 16

2.2.1信息大量冗雜 16

2.2.2信息交互低效 16

2.2.3信息動態失真 16

2.3基于BIM的智慧交通工程項目信息管理優勢 16

2.3.1信息分類一體集成 17

2.3.2信息協同云端共享 17

2.3.3信息動態實時更新 17

2.4本章小結 17

3基于BIM+的智慧交通全生命周期信息智慧化管理的實現 18

3.1BIM+及其相關技術基礎理論分析 18

3.1.1BIM+技術的概念與特點 18

3.1.2GIS 19

3.1.3IOT 20

3.1.4云計算 21

3.1.5大數據 22

3.2基于BIM+的智慧交通建設全生命周期信息管理需求分析 23

3.2.1設計階段需求分析 23

3.2.2施工階段需求分析 24

3.2.3運維階段需求分析 24

3.3基于BIM+的智慧交通信息管理系統的構架 25

3.3.1數據采集層 25

3.3.2數據傳輸層 26

3.3.3數據分析層 26

3.3.4數據應用層 26

3.4勘察設計階段信息管理平臺搭建技術保障 27

3.4.1平臺BIM綜合模型的具體建設方案 27

3.4.2GIS與BIM模型融合技術 31

3.4.3BIM綜合模型的輕量化 32

3.5施工階段信息管理平臺功能實現要點 33

3.5.1施工進度信息平臺展示 33

3.5.2施工造價信息實時控制 34

3.5.3復雜工序平臺交底驗收 35

3.5.4施工現場平臺化智慧監管 36

3.6運維階段信息管理平臺實際功能應用 37

3.6.1結構設施安全監測 37

3.6.2交通環境感知預警 38

3.6.3移動端信息實時發布 39

3.7本章小結 40

4案例分析——以紹興智慧快速路建設為例 41

4.1項目概況 41

4.2項目基于BIM+信息管理平臺的建設及功能使用 42

4.2.1項目綜合信息平臺總覽 42

4.2.2設計階段模型功能平臺共享 44

4.2.3施工階段信息動態管理 49

4.2.4運維階段數據平臺分析 59

4.3案例實踐難點與解決措施 62

4.3.1案例實踐難點 62

4.3.2對應解決措施 63

4.4本章小結 64

5總結與展望 65

5.1總結 65

5.2展望 66

參考文獻 67

在校研究成果 71

致謝 72

1緒論

1.1研究背景及意義

1.1.1研究背景

近年來，隨著我國國民經濟的高速發展，城市化水平逐年提高，城市人口數量急劇增加。根據國家統計局的信息：到2018年年末，我國大陸城鎮人口占總人口比重(城鎮化率)為59.58%。伴隨著城市人口的增加，各種城市資源相對短缺或城市資源無法準確配比等矛盾逐漸凸顯。同時，在可以預見的未來幾年，我國城市化進程將穩步推進，越來越多的城市人口將聚集，這無疑給未來城市建設和管理提出了巨大挑戰。

BIM、物聯網、5G、云計算、大數據等網絡和信息技術的涌現與逐步成熟為現代城市的發展提供了一個可持續的發展的思路一一智慧城市。智慧城市源于美國IBM公司在2008年提出的“智慧地球”理念，隨后世界各國的從業者對此進行了一定的延伸，提出了智慧城市的概念并普遍認同智慧城市是以物聯網、云計算、大數據等新興計算機信息技術為基礎，實現城市的智慧式管理與運行的新型高階城市建設理念。城市道路交通是城市發展運行的基本命脈，智慧交通的建立和運行是智慧城市建設的首要核心。智慧交通是在智慧城市理念上的更進一步細化，主要是通過BIM、物聯網、云計算、信息通信以及大數據分析預測等計算機技術的應用，集成道路建設管理過程中的數據信息，建立有效系統以實現后期交通路網的全方位智慧化運行管理。

BIM(Building Information Modeling)技術的飛速發展為智慧交通建設提供了信息集成交互平臺。BIM最早由美國喬治亞理工大學的Chunk Eastman教授在 1975年提及，后來經發展完善后被美國軍方USACE納入使用。如今BIM早已不再指單一的建模軟件，而是以計算機信息技術為載體，將建設項目的參數化信息集成到三維數字化的建筑模型上，并通過可視化、協調性、模擬性、一體性等區別于傳統建設模式的特點，為項目的規劃、設計、施工、管理、運營維護等各個階段提供高效服務的方法與技術。

運用BIM技術搭建而成的道路信息平臺可與相關信息傳輸技術相融合，為智慧交通建設提供重要的信息支撐。BIM技術自身集成化的特點可解決傳統建造過程中建筑基礎信息數據的易斷層缺失問題，而可視模擬性能深層次應對復雜工序的技術交底難題，大大提高智慧交通建設過程中的施工效率。BIM和云計算的協同使用可將BIM模型各專業數據存至系統平臺數據庫供各方云端共享，有效解決信息孤島問題。BIM與GIS的模型統一可實現地理位置的精準定位，便于構件具體信息的查詢。BIM結合施工預埋的傳感器網能對結構性能安全、

周圍環境信息做出實時監測，對項目運維提供實用高效的功能。

同時，我國當前在信息領域的卓越發展也為智慧交通的建立提供了完備的基礎。在全球占有引領地位的5G通信技術以其高帶寬、低延遲等優勢幫助滿足智慧道路在網絡構架、視頻傳輸等方面的要求，5G技術結合移動寬帶技術可以滿足各個信息終端對交通信息數據的需求，使各種信息訪問功能在終端設備上得以實現。結合智慧燈桿、網聯汽車等新型智能設備實現智能化識別、定位、追蹤、監管。BIM平臺與智能網聯設備的結合應用，可將各類前端設備的信息集成于模型平臺，有效消除信息壁壘并通過大數據的分析預測實現城市道路交通的智慧化運行管理。

綜上所述，智慧交通信息平臺的建立是解決當前各國城市化進程中出現的城市道路問題的重要手段。當前已有的信息集成、傳輸、分析技術都為追道路的發展提供了條件。智慧道路的建立將會幫助未來城市交通系統更加自動化、交通出行更加信息化、交通決策更加智能化、交通控制更加現代化，為未來智慧城市的建立和發展提供基礎。

1.1.2研究意義

鑒于城市發展中對智慧交通建設的迫切需求、多種信息化技術手段的發展和積累、5G網絡建設的逐漸完善，建立服務于城市道路建設、管理的智慧交通信息管理系統已經成為當前城市管理的重要需求。打通城市道路建設中各階段、各參與方之間的信息交流和信息使用渠道，解決當前存在于交通管理中的諸多信息割據、信息缺失、信息管理閉塞等問題，不僅能夠幫助管理者提升城市道路信息化管理水平，而且能夠幫助城市道路資源得到更合理應用。因此，本文擬對智慧交通全壽命周期信息化建設中存在的問題進行詳細分析，結合多種“BIM+”技術手段對信息化建設中的問題尋找解決方案，構建集合多種BIM+技術的智慧交通信息管理系統框架，探索不同建設階段中智慧交通信息管理平臺功能實現的關鍵技術和方法，為解決城市道路建設全生命周期信息管理問題提供較為完善的解決方案，為未來城市道路智慧化、信息化建設提供參考。

1.2國內外相關研究現狀綜述

截至目前為止，根據中國知網系統檢索結果顯示：以BIM為主題的相關文獻共有25659篇，并在近二十多年以指數的形式持續增長。其中關于BIM全生命周期的研究最早開始于1995年并在二十多年間高速發展，至今已存有效文獻 3769篇（見圖1-1、1-2）。關于智慧交通的相關研究也在智慧城市發展熱潮的引領下，得到蓬勃發展，近十幾年累計研究文獻也達到2000余篇（見圖1-3、1-4）。然而以BIM和智慧交通為主題的相關研究卻寥寥無幾，這說明BIM與智慧交通的結合研究值得我們去探索深思。

圖1-3智慧交通相關研究文獻量趨勢分析

Fig.1-3 Analysis of literature volume trend of smart transportation related research

1.2.1 BIM國內外研究現狀

BIM概念最早是在1975年美國喬治亞理工大學Chuck Eastman教授的一篇文章中初見雛形，他在文章中描述到“通過交互定義元素進行設計，并從相同的元素排列中導出剖面圖、平面圖、等距圖或透視圖，從而自動保持一致性。任何類型的定量分析都可以與描述直接相關。成本估算或材料數量很容易產生。”而這正是當今BIM技術的主要功能及特點。與此同時，在歐洲人們提出了建筑產品模型 BPM（Building Project Models）和產品信息模型 PIM（Project Information Models）兩個概念，并將之統一起來融合成為了建筑信息模型BIM（Building Information Model）［1］。后來隨著Autodesk等軟件公司的推廣宣傳以及相關研究人員努力，BIM的基本概念得到了逐步的豐富與完善。

（1）BIM國外研究現狀

由于BIM的理念起源于國外，所以國外BIM的相關研究應用相對于國內要成熟許多。Azhar與Salman（2011）在文章中指出BIM可應用于建筑設施的規劃設計、施工和運營，可有效幫助工程師在模擬環境中進行可視化建模，協助施工順序的沖突與碰撞干擾檢測，同時集成各類數據信息為運行服務，并根據BIM 用戶的問卷調查結果分析了 BIM技術的發展趨勢I2】。Love PED等（2011）針對 BIM減少工程項目設計誤差的特點，在前人研究的基礎上深入分析了設計誤差產生的原因，從一個減少設計誤差的模型入手，研究出BIM減少誤差的前提是擁有良好的設計和施工組織結構［3］。Hannele K等人（2012）通過芬蘭Kuopio的兩個全生命周期建設項目中的BIM應用研究，發現BIM在設計使用中已被廣泛采用但在跨專業領域提供新的交互過程方面的廣泛應用尚未實現［4］。BarlishK、 Sullivan K（2012）開發了一個完整的算法來評估使用BIM的效益，在現有文獻的基礎上建立了確定BIM價值的框架計算模型，并通過項目案例導入來量化計

算BIM的效益［5］。Redmond A等（2012）基于11位專家的半結構化訪談，利用 IFC、XML的特點設計一個集成的云計算BIM應用平臺，來使BIM模型的特性于云端平臺共享［6］。Zhang S等（2013）將安全自檢規則導入BIM模型，針對不同的危險案例開發了自動分析檢測安全危險并向用戶提供預防措施的算法，在商業平臺中證實了其可用性［I Thomas R等人（2015）在文中就建筑能耗分析提出了建筑能源建模BEM，在此基礎上從互操作性、可用性、可用輸入和可用輸出四個指標出發，對現有全壽命周期涉及的BEM工具進行了有效評估［8］。Boton C等（2015）根據大數據的概念對建筑業項目管理數據進行了特征描述，并提出了一個高層次的概念模型，以此來彌合BIM可視化相關工作與信息可視化領域的差距［9］。LuQ，WonJ，Cheng J C P（2015）提出了一個借助BIM來優化現金流分析和項目融資方法的框架，該框架通過考慮合同類型和預付金來預估現金的流入與流出。并以示例證明了該框架可幫助業主分析現金流對不同的設計和支付方案做出合理選擇［10］。Bernstein H等（2015）通過綠色BIM應用現狀和未來趨勢的調研，分析出決定綠色BIM應用的關鍵因素，為綠色建筑市場的發展提供了一個有效觀察視角［11］° Pawel Nowak等人（2016）在文中介紹了 BIM技術及相關軟件在施工過程中進行決策優化的可能性，對建筑投資流程優化所需BIM 要素進行了相關描述，最后提出了選擇決策工具的參考點法并用實例予以證明

［12］。PasiniD等（2016）利用傳感器物聯網技術，構建了一個數字化的感知建筑操作系統，通過案例分析了該系統的前端感應信息與BIM參數信息的結合使用

［13］。XueF等（2018）基于RFID的BIM系統發展趨勢與現狀，制定了針對不同建筑工程管理場景選擇適當解決方案的指南，提供了將RFID與BIM相結合以滿足各種建筑工程管理需求的五步方法，為研究人員進一步探索RFID與BIM的價值提供了經驗［14］。

（2）BIM國內研究現狀

雖然國內關于BIM技術的研究起步較晚，但是在過去十年間中央政策方針的引領下，BIM技術得到蓬勃發展。無論是在BIM理論、技術與方法的層面，還是在BIM標準、工程各階段應用以及智慧建造、新興技術的融合研究層面，均有大量的研究成果問世,主要體現在以下幾個方面：

1）在BIM基礎理論研究方面：根據CNKI數據庫以BIM為檢索詞進行查詢的結果顯示，國內最早的一篇BIM相關研究是清華大學葛松培（2004）老師的一篇文章，他在文中首次引入BIM的概念并從不同參與方的角度分析了 BIM 技術的應用價值，初步探索了 BIM技術的信息標準與行業未來影響，為國內BIM 的發展打開了大門［15］。之后，李建成（2006）在其文章中分析了建設工程項目普遍存在的信息流不暢問題，從信息的角度切入BIM技術，闡述了 BIM技術在工程項目信息管理中的種種優勢與特點，并以墨爾本的Eureka大廈建設為例證明了 BIM技術的實用性［16］。曾旭東（2006）對比了 BIM參數化建模方法相較于傳統設計模式的優勢，并利用能耗分析軟件對BIM虛擬模型進行日常能耗分析，

為BIM的全面發展提供了思路［17、18］。龔文博（2007）對建筑信息模型BIM和IFC 標準的基本概念做出了詮釋，認為BIM是包含建筑、構筑物所有相關信息的綜合數據庫［19］。何關培（2010）對現存環境中的BIM軟件分類，介紹了以Autodesk Revit、Bentley、Graphisoft為主的BIM核心建模軟件，以及進行結構分析、深化設計、可視化模擬、碰撞檢查等功能的BIM相關軟件，為BIM技術的市場應用指明了方向［20］。張建新（2010）從業主、設計方、行業體制以及BIM自身特點與缺陷等不同方向出發，深入分析了 BIM在我國現階段工程設計行業中的主要障礙，并提出了 BIM本土化應用發展的實質性建議［21］。李建成（2013）在BIM 概述一文中對BIM的定義額外強調了其Information信息的重要性，并在BIM設計過程中展現了基于IFC、IDM、IFD三項支撐技術的BIM多專業信息數據交互協作的優勢，為BIM全周期應用奠定了理論基礎［22］。

2）在BIM技術方法研究方面：韓寧（2008）針對BIM輔助建造模擬以 Navisworks軟件實操展示了 BIM模型的虛擬建造與碰撞檢測，并對其使用過程的局限性進行了一定的解釋［23］。陳建國、周興（2008）對基于BIM的多維集成管理實現的基礎性關鍵技術進行分析，初步探討了其基于BIM模型的工程組件屬性數據的數據結構與賦值機理，并通過工程組件與工程量的關系分析了基于 BIM的工程量生成機理［24］。張建平（2008）根據基于IFC的BIM基本架構，開發了基于IFC的BIM數據集成平臺和BIM數據庫，可有效實現海量數據的存儲以及分布異構數據的統一共享［25］。陳彥、戴紅軍等（2008）分析比較了傳統工程項目信息管理系統PMIS與基于BIM和B/S架構下的PMIS的優劣，并在一定基礎上展示了基于此種架構構建的PMIS應具有的功能，對BIM信息數據的系統化集成管理提供了依據［26］。李勇、管昌生（2012）以具體圖表的形式定性分析了基于BIM技術的工程項目管理模式的優勢，并針對BIM項目管理從人才培養、模塊化發展信息專業等角度提出了相應的策略I27】。李犁、鄧雪原（2012）根據BIM 發展現狀及現存軟件主要問題，提出了一個包含數據層、圖形平臺層、專業層的基于BIM技術的建筑信息平臺的層次結構與構建方法［28］。

3）在BIM建設應用研究方面：李恒等（2010）通過使用實例法和比較法對比分析了現有BIM應用模式的缺陷、效用及執行情況。確定建設單位驅動BIM 應用模式為比較適用的BIM應用模式［29］。張建平等（2011）通過建立開發4D施工資源信息管理模型和系統，實現了施工階段對人材機等資源以及成本的動態管理，為工程項目現場管理開辟了新的道路［30］。王英（2012）就目前造價管理的環境，提出以表示層、業務邏輯層、數據層為C/S+B/S網絡架構的基于BIM的全生命周期造價管理信息系統，為BIM 一體化造價管理提供了思路［31］。王陳遠

（2012）通過分析BIM深化設計的各類需求與主體職責，制定了 BIM深化設計的具體管理流程和細則，保障了 BIM深化設計的質量［32］。劉占省等（2013）在文中展示了 BIM技術在建筑設計中的協同設計與效果動畫展示功能，項目施工及管理中的三維碰撞檢測、虛擬建造、模擬施工功能，并對其方法進行了總結。

論述了建筑業BIM技術的發展需求，指出了未來BIM技術發展有待注意完善之處a】。翟越、李楠等（2015）從施工現場安全的角度提出了基于BIM的安全管理體系，并利用VR、智能監控等信息化手段完成危險源的識別及危險區域的劃分［34］。李坤（2015）通過建立地鐵車站標準段的BIM三維模型，將其與專業結構分析軟件相結合導出明細表，實現了物理模型與功能分析模型之間的信息共享，并有效解決大規模建筑工程量難以統計的問題［35］。孫少楠、張慧君（2016）利用BIM將水利地形與水工建筑物結合建模，協同其他BIM軟件完成水利工程的地形土方量計算和樞紐布置，有效實現水利工程的仿真信息數字化查詢［36］。張衛東（2019）從市政道路交叉口 BIM優化設計、城市狹窄施工場地規劃以及道路路基管網深化設計等方面切入，結合具體實例對BIM在市政道路工程設計中的相關應用發表了意見［37］。張明利（2019）通過分析城市道路設計現存難題，強調了 BIM 在道路中心線繪制與道路橫、縱斷面設計中的優勢［38］。陳遠毅（2020）針對城市交通道路等級、設計形式、規劃線路等設計要點，利用BIM集約化信息設計的技術特色，分別從城市道路管網綜合設計、道路模型建立、施工過程模擬及管線碰撞協調等方面介紹了 BIM技術在城市道路中的應用a】。

4）在BIM新興技術融合研究方面：周文波、蔣劍等（2012）以一實驗樓為例通過節點深化設計、碰撞檢測、4D施工管理分析了 BIM技術在預制裝配式建筑中的應用價值［40］。李天華、袁永博等（2012）提出裝配式建筑全壽命周期管理系統架構，通過不同階段BIM模型與嵌入RFID預制構件的應用實現全生命周期內建筑構件精細化管理［41］。孫陳俊妍等（2017）從適配性和可行性兩個方面研究了 BIM技術在可持續綠色建筑全壽命周期中的應用，并就目前綠色建筑的發展應用現狀提出了對應的建議［42］。張云翼等（2018）針對近年來涌現的云計算、大數據、物聯網技術，與建設工程中的BIM技術相結合，研究建立了各項技術的統一集成應用框架，從理論和實踐兩個方面對其技術融合應用現狀進行了梳理與總結［43］。唐小龍等人（2019）通過分析BIM與GIS相關技術基礎，從技術路線、系統架構、系統布局等方面詳細介紹了基于BIM+GIS的綜合信息平臺，為智慧城市的建設管理提供了新的手段［44］。呂志華（2020）認為BIM+的概念是在傳統BIM技術和軟件的基礎上，通過將GIS、IOT、大數據等應用到BIM數字化建設中從而實現數據獲取、數據處理、模型建立、數據集成到模型應用的綜合性技術，并以BIM技術在風景園林設計中的實際案例為基礎，探討了 BIM與其他技術結合的方法與策略［45］。趙順清、孫輝（2020）深入研究了 BIM與三維實景建模技術、WBS文檔控制技術之間的融合，將BIM模型與電子沙盤地形結合并與WBS結構樹信息鏈接初步實現項目信息一體化管理［46］。

1.2.2智慧交通國內外研究現狀

為應對全球經濟危機，IBM公司于2008年推出“智慧地球”的發展理念，引起國際范圍內的高度關注，借此全球各國針對自身發展狀況提出了不同的智慧城市建設戰略。智慧城市的核心是以一種更智慧的方法即通過利用以物聯網、云計算等為核心的新一代信息技術來改變政府、企業和人們相互交往的方式旳。而智慧交通是智慧城市發展建設中的產物，也是智慧城市本體的重要組成部分，是通過 BIM、物聯網、信息通信、云計算以及大數據分析預測等計算機技術的應用，集成道路建設管理過程的信息數據，建立有效系統以實現后期交通路網的全方位智慧化運行管理。智慧交通可以說是智能交通系統的進一步擴展完善，兩者實則相輔相成，相較于智能交通系統的交通運輸主導功能智慧交通更注重以人為本［48］。

（1）智慧交通國外研究現狀

國外關于智慧交通的研究大多是建立在智能交通系統ITS的基礎上，但隨著近些年智慧城市的發展熱潮，相關研究也有了新的進展。BojanTM等（2014）強調了物聯網數據的重要性，提出了基于物聯網平臺的包含傳感器系統、監控系統以及顯示系統的智慧交通系統構想，并通過物聯網信息的采集應用來服務于交通運營［49］。Khazaei H等（2016）提出了一個數據、分析、管理三層架構的城市交通大數據分析平臺，以此進行信息的集群與云計算預測分析，進而實現交通狀況的在線、回顧性分析網。JingHL （2017）對基于物聯網的智慧交通關鍵技術進行了研究，分析了傳感器技術、RFID、智能嵌入式技術以及云計算技術的技術要點，為物聯網的搭建提供了技術支持［51］。LinJ等（2017）針對物聯網位置數據隱私問題，提出來一種安全高效的基于位置的智能交通服務方案，對敏感數據進行保密，為用戶提供低計算成本和低通信成本的分析服務［52］。JesusA（2017）在其書中討論了智能交通系統以及發展智慧城市的許多關鍵政策、問題和技術，展示了如V2V、GPS、專程短用通信、4G、5G等智能交通系統的技術基礎組件, 為后續相關研究提供了大量的理論基礎［53］。BabarM等（2018）提出了基于大數據分析的智能交通系統架構，通過大數據組織管理、實時處理和服務管理三大結構功能模塊來實現基于物聯網的智慧交通環境下的信息處理與溝通，并通過交通吞吐量方面的應用證明了該系統的有效性［54］。

（2）智慧交通國內研究現狀

目前國內關于智慧交通的研究主要處于理論探索層面，但隨著近年云計算、物聯網等信息技術的發展不斷成熟，相關技術融合的研究應用也出現了新進展。李喆、王平莎等（2014）根據智慧交通特征與發展方向提出了2類建設模式并對比分析了智慧交通獨立建設模式與數據大集中模式各自的優缺點［55］。張新、楊建國（2015）從智慧交通的基本特征與引領作用出發，從發展目標與構建體系提出了智慧交通具體實現路徑［56］。劉占山等人（2017）在分析智慧交通發展態勢的基礎上確立了智慧交通發展的思路和目標，分別從時間維度、目標維度、任務維度、應用維度概括了智慧交通發展的總體框架并提出了合理的對策旳。程璐明（2019）針對大數據人工智能時代下的智慧交通建設，強調了注重AI理論引入和增強數據庫及交通檢測器利用效率的建設思路，并在此基礎上對5G萬物互聯的智慧交通進行系統分析，提出了智慧交通5G時代建設發展的相關建議［58、59］。張宇航

（2019）在分析研究了交通元素感知與識別、智能交通云、數據處理等智慧交通關鍵技術的前提下，確立了以智能控制、智能調度、智能分流、智能警示系統為基礎的智慧交通模式，并詳細解釋了其具體實際功能［60】。

1.2.3國內外研究現狀評述

根據國內外大量相關研究文獻的檢索結果顯示：經過十多年的探索研究，關于BIM基本理論的研究逐步清晰，BIM技術的建設應用也累積了一定的經驗，但是在BIM與其他技術的融合應用方面的研究多停留在理論層面，缺乏真正的實踐經驗。對于智慧交通的研究，國內多為智慧城市概念下進一步的引申，如今正處于理論探索階段，而國外大都是在ITS的基礎上進行拓展研究。總而言之，目前關于BIM的研究應用已有了一定的理論與實踐基礎，但智慧交通的研究仍處于起步階段，兩者之間的結合應用必有值得細究深思之處。

1.3研究內容與方法及技術路線

1.3.1研究內容

本文以智慧交通建設全生命周期信息管理為研究對象，確定了基于BIM+的智慧交通信息管理系統的總體框架，明確了基于BIM+的智慧交通全生命周期信息管理平臺的搭建方案，從信息模型搭建、數據結構融合、信息導入應用等角度來保障平臺的具體功能使用。具體包含了以下幾點：

（1）從不同參建單位、不同建設階段的角度出發，對BIM技術輔助建設與傳統交通工程項目建設的信息流進行分析對比，確立了 BIM技術集成性、共享性等特點在輔助智慧交通項目建設的優勢地位。

（2）詳細解釋了 BIM+技術、GIS、IOT、云計算、大數據分析等技術的基本概念與特點，梳通出其與BIM智慧交通建造的內在聯系，并提出了一個基于 BIM+的智慧交通信息管理系統架構。圍繞著全生命周期智慧交通建設管理主題, 詳細闡釋了基于BIM+的智慧交通信息管理平臺的建設實施方案。分別從設計階段BIM綜合模型搭建導入信息管理平臺、施工階段BIM4D、5D輔助建造、運維階段道路結構環境監測等方面明確了全生命周期內BIM信息管理平臺的關鍵技術要領與應用功能實現。

（3）結合紹興市智慧快速路系統工程實例，從實際案例已實現的部分功能介紹了基于BIM+的信息管理平臺在智慧交通建設全生命周期各階段內的進行信息管理的實際作用，并對項目實例的重難點進行了分析。

1.3.2研究方法

（1）文獻研究法

本研究利用文獻研究法在CNKI、萬方數據庫、百度學術等文獻索引數據庫中分別查閱了大量的國內外關于BIM與智慧交通的研究，通過對其理論概念、技術應用及發展趨勢的閱讀分析，完成了本課題的研究背景和研究意義的分析解讀，并為本課題提供了研究思路與整體研究框架等。

(2)案例分析法

本研究的案例來源于紹興智慧快速路一大數據信息管理系統的實際建設過程，作為業主委托咨詢方親自參與其項目建設管理中，利用其各個項目的招投標設計資料,全程跟進其項目的具體應用開發與管理,實時收集了大量可靠數據, 為本研究提供了實踐經驗。

(3)總結歸納法

本研究將理論基礎與案例實踐過程相結合，通過項目實踐過程中的具體疑難歸納，總結出基于BIM+的全生命周期信息管理系統建設過程中的不足之處，并針對主要問題提出后續的研究重點方向與研究建議。

1.3.3技術路線

本研究按照“介紹背景，提出并分析問題，解決問題，案例驗證，歸納總結” 的技術路線展開。第一章，交代本課題的研究背景與意義，對BIM與智慧交通的國內外研究現狀進行分析綜述，并在此基礎上對研究現狀進行客觀總結評述，進而分析出研究的必要性。第二章，首先分析傳統交通工程項目建設全生命周期信息傳遞現狀，從建筑、結構、安裝等不同專業，勘察、設計、施工、運維等不同階段著手分析，得出信息大量冗雜、信息交互低效、信息動態失真等問題普遍存在的現象。針對現存問題，提出應用BIM技術信息傳導優勢實現智慧交通建設信息高效管理利用的觀點。第三章，圍繞基于BIM+的智慧交通信息管理系統的建設展開，先分別介紹BIM+、GIS、IOT、云計算、大數據的基礎理論概念，闡述其與智慧交通建設相輔相成的聯系，再通過基于BIM+的智慧交通信息管理系統架構圖來詳細介紹其數據采集、數據傳輸、數據分析、數據應用子模塊的具體功能及應用技術。重點解釋基于BIM+的智慧交通全生命周期信息管理平臺的搭建過程，從勘察設計階段、施工階段、運維管理階段分別闡述信息管理平臺搭建過程中使用的技術融合以及建設管理過程中具體功能的實現方法。第四章，根據實踐過程中具體案例的真實數據資料來介紹基于BIM+的信息管理系統在智慧交通全生命周期建設中的應用，通過基于BIM+的信息管理平臺在設計、施工、運維階段的功能模塊展示來驗證該系統的可行性。第五章，對研究進行歸納總結得出結論，通過理論分析與實踐過程的比對梳理出基于BIM+的智慧交通信息管理系統的不足之處，并對平臺具體搭建實現中的疑難雜癥進行總結。

研丸背眾及恿義

第一章第二章

11］內外研究現狀評述

硏冗內容、方法、技術路線

第三章

介紹背景

y I納實踐應用堆點得出研兀結論

總結研處不足之處做未來研究展里

圖1-5本研究技術路線圖

Fig.1-5 The technology roadmap of this study

1.4本文創新點

針對智慧交通全壽命周期信息化建設中存在的信息管理難題，對多種 “BIM+”技術如IOT、云計算等在信息采集、傳遞和使用中的應用原理進行分析; 構建了一個集合多種“BIM+”技術的智慧交通信息管理系統框架；研究了不同建設階段中智慧交通信息管理平臺功能實現的關鍵技術和方法。

2交通工程項目建設全生命周期信息管理分析

2.1傳統交通工程項目各參與方不同階段信息流分析

2.1.1傳統交通工程項目各參與方信息量的產生

工程項目的全生命周期建設往往會涉及到眾多參與方，不同的參與單位由于自身的職責不同通常會產生不同的信息，而工程項目的建設又是一個周期漫長、規模復雜的過程，因此各參與方之間必然有著密切的信息交流。

如下圖2-1所列舉的項目七大直接參與方，其間相互充斥著冗雜的信息流。建設單位通常就是所謂的業主、投資方，也是項目完工后的最終受益者。從項目最初的決策、立項，需要得到政府相關部門的各類資質審批；而后再通過招投標來聯系符合要求的設計、施工、監理單位以及材料供應商來保證工程項目建設按照預期順利展開；在項目最終完工后選派合適的運營單位負責項目的日常運營維護。在整個建設周期過程中建設單位扮演著領頭人的身份，需要和其他各個單位進行信息的對接與溝通，以此來保證項目建設的正常運轉。

設計單位主要根據國家相關從業規范將業主方的建設意圖在圖紙上表達出來，并以此來指導后續施工、監理單位的施工活動。建筑、結構、水電、暖通等不同專業的圖紙是指導工程施工的重要依據，也是業主建設意圖的直接表現。

施工單位是依照不同專業的設計圖紙將業主的建設意圖轉化為工程項目實體的主要生產經營單位。在招投標合同簽訂后，施工單位應協同業主主動聯系材料供應商，在政府主管部門的監督與監理工程師的指導下，積極組織協調人、材、機等資源，在合同約定期限內優質高效的完成施工任務。

監理單位需要在了解建設單位的建設意圖下，根據從業規范、設計圖紙為業主提供管理咨詢服務。在項目建設過程中，監理單位應熟悉建筑工程相關的政策法規、技術規范、圖紙標準，協助業主對工程項目質量、進度、成本、資料的管理，溝通協調好各方的工作，并在項目完工后對其正常運營負責。

材料供應商主要負責項目建設過程中所需的設備、構配件、建筑材料的供應與調配。供應商應根據政府所規定市場價格，將材料的定價、數量、質量等信息報備于業主與施工單位，并形成詳盡檔案。

運營單位既可是業主方也可是物業管理經營單位。一般來講，當項目建成進入使用階段后，便需要運營單位來負責項目的運維管理與物業管理，如工程項目質量的巡檢維護以及使用過程中的消防安全等問題。

政府主管部門在此泛指工程項目全生命周期建設過程中的建設管理部門，無論是項目立項申請，還是實際建造再或者運維使用，均需要政府部門的審批核查, 因此政府主管部門與其它單位的信息交互更為錯綜復雜。

圖2-1傳統交通工程項目各參與方的信息傳遞

Fig.2-1 Information transfer among the participants of traditional traffic engineering projects

2.1.2傳統交通工程項目全生命周期各階段信息傳導過程分析

如圖2-2所示，一個完整的工程項目建設大概包括決策階段、設計階段、施工階段、運維階段等4個主要階段。每個建設階段都會有不同參建單位的不同專業人員加入其中，而在前后階段的具體銜接過程中更會涉及到不同單位人員的相互交接，其中的信息交互更是冗雜失真。以下分別從每個階段的各參與方具體工作內容及其專業人員的任務展開詳細闡述。

（1）決策階段

決策階段是對預建項目總目標、項目功能以及項目投資額進行描述的首要階段。在此階段中，建設單位首先要在政府主管部門審批后獲取合法建設用地，并針對當地環境收集數據資料形成調研報告。其次組織專家小組根據調研資料編寫項目可行性研究，完成對項目的投資估算，依據實際情況制定建設資金的籌措計劃并進行投資回報分析。最后發布招標文件，通過公開招標選取合適的設計、施工單位來參與項目的具體建設，為后續階段的順利開展做好儲備。

（2）設計階段

設計階段是將業主方建設意圖通過實際圖紙、虛擬模型表達出來的具體階段，其間需要多家參建單位的不同專業人員協同合作來共同完成。在與建設單位簽訂中標合同后，設計單位應組織安排勘測人員進行地形地貌、水文地質的勘察并形成書面資料。根據國家的法律法規、行業規范對擬建項目的建筑規模、結構形式、水電接入以及周邊環境進行考量，制定合適的設計任務書、進度計劃和建

筑設計概算。積極協調組織建筑、結構、水電安裝等不同專業人員進行工程項目初步設計，在施工單位、監理單位、政府主管部門的審核下完善技術設計和施工圖設計。

（3）施工階段

由于工程的實際建設普遍存在周期長、規模大、環境復雜的問題，施工階段是工程項目建設全生命周期過程中工作活動最復雜、信息交流最頻繁的階段，通常會分作施工準備階段、正式施工階段和竣工驗收階段三個子階段。在施工準備階段，施工單位首先要在建筑主管部門的審核下獲取施工許可證等資質證書，再根據業主方的需求聯合設計單位、監理單位以及專業分包單位，組織各專業技術人員進行圖紙會審并編制施工組織設計等文件。正式施工階段是工程項目建造管理的實施階段，施工單位應組織分配好各分包單位的建設任務，積極協調人、材、機等資源調用，并對項目施工的現場、資源、進度、成本、質量、安全等進行嚴格的科學管理。當項目進入竣工驗收階段，施工單位應主動聯系業主與監理單位進行項目交付、設備設施試運行，將竣工驗收資料整理存檔交于后續運維單位并向建設主管部門報備。

（4）運維階段

運維階段主要是對建設工程項目的日常使用與維護管理，一般由具備專業資質的運營單位負責。在此階段建設單位應將項目的工程竣工資料如建筑規模、設備參數、材料性能等信息交付于運營單位，運營單位根據客觀需求制定自己的管理規章制度與巡檢維護計劃，定期對建筑的使用狀況進行評估并安排專業人員檢

查維護。

圖2-2傳統交通工程項目建造過程不同組織人員的信息傳導

Fig.2-2 Information transmission of different organization personnel in the construction

process of traditional traffic engineering projects

2.2傳統交通工程項目信息管理存在的問題及原因

2.2.1信息大量冗雜

從上文各參建方建設生命周期內的信息分析可以看出，無論是哪一參建單位在其參與階段均有眾多的工作內容，必然會產生海量的工作信息流。如建設單位在決策時會形成建設環境資料、可行性研究報告、項目投資估算、資金籌措方案、招標文件與合同；設計單位會根據地形地貌的勘測數據研究出設計概算、初步設計以及施工圖設計；施工單位需要編寫施工組織設計，歸檔竣工驗收資料；運營單位更要依靠之前階段的建筑資料來制定運維管理計劃。由于工程項目的建設周期較長，不同參建單位所產生的專業信息又是不盡相同，因此整個項目建設的工作信息量會變得更加量大冗雜。

2.2.2信息交互低效

信息交互效率低下是工程項目下信息管理的主要問題，由于參與方眾多且各參建方的信息傳遞主體單一、信息反饋遲緩，從而容易導致信息的交互多余重復。例如當現場施工實際情況不符合設計圖紙時，施工單位班組人員要向監理方反應，施工方與監理方要分別聯系設計單位進行溝通詢問并告知建設單位，共同協商設計變更問題后，再由業主設計方逐級反饋變更方案到施工班組。在此過程中施工單位要逐個告知其他責任單位，信息傳遞的遲緩單一會影響到施工進度計劃，監理單位核實后的傳達告知便會顯得重復多余，因此一個多向傳導、高效集成的溝通方法是十分必要的。

2.2.3信息動態失真

由于工程項目建設具有傳統階段性管理的特點，各參建方的信息在不同階段需要持續更新，信息交互遲緩更易造成信息的動態失真。如若施工過程中遇到不可抗力因素影響到施工計劃，施工單位便需要根據實際情況進行資源的調度與計劃的變更，其直接相關的參與方因信息傳遞遲緩未能及時應對實際變更，進而會對整個建造管理造成不便。因此可以優化實時信息質量和保全信息有效性為方向尋求思路進一步完善工程項目的信息管理。

2.3基于BIM的智慧交通工程項目信息管理優勢

BIM （建筑信息模型）技術是以計算機信息技術為載體，將建設項目的參數化信息反映到三維數字化的建筑模型上的新型建設模式。除了具有傳統建模軟件不可比擬的可視化、可模擬優勢之外，建筑信息數據的一體集成、云端共享、動態更新等特點更是可以解決傳統工程項目多參建方信息管理的難題。

2.3.1信息分類一體集成

BIM模型與傳統建筑模型的最大區別在于其模型構件的尺寸、材質、工藝等信息全部以參數化數據嵌入其中。BIM模型不僅僅只是外觀形態的可視化，其任意構件的選取均能詳細顯示出擬建建筑的詳細信息，建筑、結構、水暖電等不同專業的構件數據信息也可于同一模型中一體化表達。因此一個BIM模型不單是虛擬三維仿真的建筑模擬物，而是一個包含各類專業不同信息構件的工程數據庫。基于BIM模型的項目信息管理可通過BIM信息集成的特點將擬建項目的物理參數數據、施工進度計劃以及構件的造價成本信息分類導入BIM整體模型，進而使整個工程項目的建設管理更為簡潔高效。

2.3.2信息協同云端共享

BIM模型可以將不同專業建筑構件信息高度集成于一體，形成龐大的構件數據庫，不同參建方的外部用戶便可通過計算機實現多對一的信息數據訪問，進而可使不同部門專業人員在同一模型平臺協同合作，實現信息的多向傳導、高效交互。除此之外，將BIM模型與云計算結合進行二次開發，對數據格式統一編碼生成云端平臺并插入圖文、表格等日常辦公功能，可輕松實現擬建建筑模型的信息云端共享以及業主、建造、設計、監理人員的線上協同辦公。基于BIM的項目信息管理可大大改善傳統工程項目建設過程中的信息傳遞方式和管理效率。

2.3.3信息動態實時更新

傳統設計方法中一旦出現圖紙變更便會消耗大量的人力物力來跟進整體進度，BIM模型由其一體性的特點可以做到構件信息的一處更改處處更新，進而節省大量的時間與成本。基于BIM的項目信息變更可在協同工作臺實時發布變更通知，并在BIM模型中做出信息修改批注，各參建單位相關責任人員可在信息管理平臺根據模型信息的變更，參考自身所負責任務目標做出合理安排。BIM 模型的結合應用可有效解決傳統工程建設中因信息傳遞遲緩而導致的信息失真有效性降低等實際問題，也可減少工程建設中不必要的成本損失。

2.4本章小結

本章對交通工程項目建設全生命周期的信息管理做出了全面仔細的分析，在具體內容上主要從傳統交通工程項目信息管理現狀入手，分別就工程項目七大參與方的信息流傳遞和全生命周期不同建設階段各參與方工作信息傳導做出了詳細的介紹。歸納了傳統交通工程項目建設信息管理存在的信息冗雜失真、交互低效等問題，通過現存問題的原因分析并結合BIM技術的特色確定了基于BIM的智慧交通信息管理優勢。

3基于BIM+的智慧交通全生命周期信息智慧化管理的實現

3.1BIM+及其相關技術基礎理論分析

3.1.1BIM+技術的概念與特點

由于BIM技術具有信息集成化、模型一體化、三維可視化模擬以及包容可拓展性的特點，往往成為信息技術集成應用的核心技術，BIM技術與各類新興信息技術的集成應用，在工程建設中帶來了巨大的發展價值與潛能。BIM技術已從最初的單一應用逐漸轉變向BIM+新興信息技術集成應用的方向發展。

雖然BIM技術與其他多種技術的結合已有多種理論與先例，但對于BIM+ 技術自身的概念卻缺乏清晰的解釋。所謂BIM+,與BIM技術最大的不同就是它的“+”是在保留了 BIM技術自身可視化、集成化、模擬性等特點的基礎上，與其他新興信息技術的拓展融合。因此，BIM+技術是一項以BIM技術為基礎，可多元化拓展其他信息技術并利用數據格式的統一整合，實現多場景功能一體化應用的綜合技術。

除了具備BIM技術的基本特點外，BIM+技術通常還具有數據統一性、功能綜合性和拓展多元性等特點。其中數據統一性是BIM+技術最基本的特點，由于 BIM+技術是在BIM模型的基礎上與其他技術的融合，統一兩者之間的數據語義格式，制定并形成數據標準體系便成為了功能應用的前提。功能綜合性是BIM+ 技術最直觀的體現，BIM是以建筑模型信息化設計為核心的技術服務，主要的功能應用場景偏局限于土木設計領域，BIM+技術則是在保留BIM信息化設計功能的基礎上，與其他相關技術的功能融合，通常包含除BIM模型基本功能以外的實際功能，如BIM+GIS可顯示建筑模型及其周邊地形地質狀況等。而拓展多元性是指BIM+技術并非只局限于建設領域，也可與如VR、人工智能等高新智能產業進行融合應用，此外其多元化的特性不僅僅只是單一技術的融合，也可綜合多種技術協同融合應用。

如下圖3-1所示，BIM技術是以計算機信息技術為基礎，將建設項目的參數化信息集成到三維數字化建筑模型上，為項目提供高效服務的方法與技術，通常具有可視化、協調性、一體性和模擬性的特點；而BIM+技術則是一項以BIM技術為基礎，可多元化拓展其他信息技術并利用數據格式的統一整合，實現多場景功能一體化應用的綜合技術，常具有數據統一性、功能綜合性、拓展多元性的特點。從載體上看，BIM技術主要通過計算機BIM類軟件進行BIM模型的可視化設計；BIM+技術則需要在BIM技術的基礎上，統一數據格式，將多種信息模型處理整合形成綜合模型，并搭建BIM+技術管理平臺完成多專業領域不同功能的綜合應用。從應用領域上對比，BIM技術的主要應用場景在土木建設領域，而

BIM+技術除了可應用于土木建設領域外，還可以在工業化建造和智能產業中發揮作用。

差別 BIM+技術 BIM技術

定義 BIM +技術是一項以BIM技術為基礎，可名元化拓展其他信息技術并利用數據格式的統一整合，實現務場景功能一體化應用的綜合技術. BIM技術是以計算機信息技術為基礎.將建設項目的參數化信息集成到三維數字化建筑模型上，為項目提供高效服務的方法與技術.

特點數據統■性功能綜合性擁展爹煢性化性性性視調體擬 M協一模

BIM+技術管理平臺（BIM綜合模型）計克機BIM類軟件（BIM模型）

應用 1：木建設（BIM+GIS）「業化建適（BIM+3D打E卩）

智能產業（BIM+AI）土木建設

（可視化設計、施工模擬）

圖3-1 BIM+與BIM的差別

Fig.3-1 Differences between BIM+ and BIM

3.1.2 GIS

GIS （Geographic Information System）是地理信息系統的簡稱，它是一項以計算機、地理學、數學、測繪學等科學為基礎的綜合性技術。具有在計算機軟硬件系統支持下對地球表面空間（含大氣層）和地理分布相關的數據進行采集、存儲、運算、分析、顯示描述的功能［61］。

根據GIS技術的開發應用歷程GIS技術可分為：集成各類分散模塊的集成 GIS、針對具體應用劃分功能的模塊GIS、外接數據庫管理的核心式GIS、系統功能拆解再整合的組件式GIS以及可搭接互聯網瀏覽器的萬維網GIS。如今關于 GIS技術的發展應用又上升到一個新的層面，3DGIS （三維地理信息系統）在傳統2DGIS的基礎上，可將三維地物從不同角度、不同方向、不同距離顯示，并選取各向切面進行三維透視分析；移動GIS將因特網上的海量信息與GIS的數據分析和處理功能相結合，可為用戶提供基于位置信息的信息獲取、信息交換、信息共享和發布等服務；時間地理信息系統（4DGIS）在傳統GIS的上增加時間機制，進而實時動態追蹤隨時間變化的空間與非空間信息，并提供時空分析功能。

將GIS技術應用到基于BIM的智慧交通建設中，不單單由于兩者均具備三維可視分析的特點，其共有的信息集成共享功能更可使單體構筑物與整體地理信息環境相結合，進一步實現交通環境海量數據的全方位、一體化智慧管理。

圖3-2 GIS三維地理模型

Fig.3-2 GIS 3D geographic model

3.1.3IOT

IOT(Internet of Things)也就是現在廣而熟知的物聯網，物聯網是一項把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理的新技術［64］。通常具有全面感知、可靠傳送、智能處理的基本特征，但其核心仍是實現物與物以及人與物之間的信息交互。

物聯網萬物互聯的實現離不開RFID、傳感器網絡等關鍵技術的支撐。RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號來自動識別目標對象并獲取相關數據，識別過程無需人工干預，可應用于各種惡劣環境［62］。傳感器網絡是包含互聯的傳感器節點的網絡。其中傳感器節點是由傳感器和能檢測處理數據及聯網的執行元件組成的設備，一般可由有線或無線通信交換傳感數據［63］。傳感器則是機器感知物質世界最有效的工具，通過對聲、光、電、熱等物理以及化學信號的感知，為網絡系統提供最原始的數據信息，隨著科技的不斷發展，傳感器已逐步變得更加微型化、智能化、網絡化。物聯網正是通過前端各類傳感器的數據采集及其構成的傳感器網絡來實現真實世界的萬物感知。

3.1.4云計算

云計算就是以虛擬化技術為基礎，通過網絡載體為用戶主體提供基礎架構、平臺、軟件等服務，整合大規模可拓展的計算、存儲、數據、應用等分布式計算資源進行協同工作的超級計算服務模式［64］。

根據服務層次的差異，云計算服務類型可分為基礎設施即服務（Iaas）、平臺即服務（Pass）、軟件即服務（Saas）,其均可依據用戶實際需求提供不同功能的服務。由于服務對象的不同，云計算通常分為私有云、公共云和混合云3 種部署模式：私有云被一個單一組織管理操作；公共云由一個組織管理，提供對外云服務，可為公眾使用；混合云則是兩種或兩種以上云的組合使用。云計算的應用需要多種計算機技術的支持，除了編程模型的計算處理外，海量數據的分布式存儲與管理是其工作的基礎，整合利用計算及存儲資源的虛擬化技術是其核心部分，而云計算平臺管理系統也是指揮大量服務器協同工作的必要保障。

Fig.3-4 Cloud computing service types and deployment patterns

無論是建設過程中的各階段工程數據，還是傳感器網絡采集的工程實況信息，都需要統籌安排以整合利用，云計算的服務理念恰恰是智慧交通建設中信息管理的完美響應。云計算技術的協同應用可有效解決信息管理的數據冗雜無序，消除信息交互壁壘，實現信息的平臺化統一調度。

3.1.5大數據

隨著近年來物聯網與云計算的逐步成熟，大數據技術漸漸被大眾接受并融入現代生活，大數據是指大小超出常規的數據庫工具獲取、存儲、管理和分析能力的數據集，通常具有數據體量巨大、處理速度快、數據類別大、數據真實、價值密度低五大特點［65］。

大數據的工作處理流程大致由數據源采集、數據處理與集成、數據分析、數據解釋等構成。其中數據源采集是最基礎的一步，目前可通過最常見的RFID、傳感器網絡、條形碼等識別技術完成海量數據的采集。經數據源采集的數據由于數據結構的不同，需要用清洗降噪等特定的方法進行處理并轉換為統一標準的數據格式方便集成存儲。數據的分析是大數據處理中的核心部分，通過數據挖掘、統計分析、分布式計算等衍生算法的計算可發現大數據的潛在價值。而數據解釋則是大數據分析的最終結果的展示，相較于傳統數據分析，大數據分析的結果往往會隨著數據量的加大而變得復雜，對此數據可視化技術的使用可提升數據的解釋與展示能力，方便用戶對數據結果的理解與接受。

大數據的應用可謂是云計算的產出，其兩者實為相輔相成的關系，云計算為大數據提供了有利的工具與途徑，大數據的實際使用結果進一步升華了云計算的

價值。將大數據分析協同云計算應用到智慧交通的建設，使整個建設使用全周期的數據信息充分發揮價值，可為推進智慧城市的建設積累實踐經驗。

3.2基于BIM+的智慧交通建設全生命周期信息管理需求分析

3.2.1設計階段需求分析

設計階段BIM+技術主要解決設計過程中的模型管理、模型與圖紙、管線、地質等數據的集成和可視化，為設計人員和管理人員提供仿真可視化環境，便于發現沖突、尋找問題、優化設計方案。

（1）模型的管理

BIM模型的管理是一切應用的前提，在設計階段，模型變更的發生較為頻繁，因此需要平臺記錄模型的變更，并在變更時避免信息的錯亂和丟失。

（2）設計數據集成與協同

在傳統條件下各個專業間的建筑模型設計數據不能相互導出和導入，使各個專業間缺乏相互的協作，致使各專業圖紙間的矛盾眾多，增加了調整設計變更工作量及施工過程中變更量和協調難度。因此需要BIM+技術為設計階段提供一個統一的三維可視化環境和協同共享平臺，設計人員可在平臺中進行細部尺寸的觀察，方便進行圖紙檢查和修改，進而提高圖紙的質量。

（3）圖模管理的需求

設計人員需要分析設計圖紙與BIM模型的一致性，通過將設計圖紙上傳至平臺，將圖紙分類與BIM模型綁定，在線查看圖模的綁定關系、在線預覽圖紙, 便于審查圖紙與模型的一致性。

3.2.2施工階段需求分析

項目施工階段需要將施工過程中的各類業務數據與BIM模型相關聯，實現施工階段工程進度、人力、材料、設備、成本、場地布置的動態集成管理及施工過程的可視化模擬，項目各參與方通過網絡協同工作，進行工程協調，實現施工質量、安全、成本和進度的管理和監控。

（1）施工進度管理需求

BIM+技術為施工進度提供了信息化和智能化管理手段，在BIM平臺中將施工計劃與實際進度進行比對并實現定制化的施工進度模擬，方便設計人員和施工人員及時準確掌握項目情況，形象直觀展示工程施工進展。

（2）人員設備管理需求

BIM+技術可為施工階段的人員及設備管理提供一個方便的管理平臺，在 BIM平臺中錄入人員和設備信息，通過現場人員識別和定位設備采集人員動態數據并在三維場景中表現，可識別人員進入危險區域等行為，并統計出人員出勤、活動區域等信息。此外，在BIM平臺中插入施工設備模型，可查詢設備基本信息，接入設備檢修維保數據，并在三維場景中用不同符號顯示設備狀態。

（3）質量安全管理需求

在施工階段將實時監控信息接入BIM平臺，模擬數據與數字化平臺對接，在BIM平臺中及時準確定位質量安全問題點，結合BIM平臺中的相關工程數據信息和輔助功能，提出管理和解決方案。

3.2.3運維階段需求分析

在運維期信息的集成以及BIM模型的關聯，可借助三維可視化場景對運維信息進行查看和分析，便于管理者對運維信息形成更直觀、更全面的認識，輔助管理者優化運維業務，降低運營維護成本。

（1）設備養護管理

通過BIM平臺制定養護過程中的巡檢計劃和維修計劃，并利用移動端系統記錄道路、橋梁等設施的病害和缺陷，在三維場景中予以表現。

（2）結構健康監測

通過物聯網感知設備和網絡，將設施結構健康監測數據和環境監測數據接入平臺，在三維場景中用合理的方式表現，并對監測數據進行統計分析，幫助管理人員了解路橋實時監測情況、變化規律等，及時發現并處理隱患。

（3）智能設施養護

通過BIM平臺建立智能設施養護系統，在三維場景中管理和維護智能設施, 增添實時監控、統計分析等功能，實現智能設施的管理和養護工作。

3.3基于BIM+的智慧交通信息管理系統的構架

為解決智慧交通建設過程中各階段信息割據冗雜的現狀，滿足工程項目全生命周期多元協同管理的需求，結合GIS、IOT、云計算、大數據分析等新興信息化手段建立一個基于BIM+的智慧交通信息管理系統顯得十分必要。如下圖3-6 所示，該信息管理系統可由數據采集層、數據傳輸層、數據分析層、數據應用層四大模塊構成，通過部署相關軟硬件基礎設施并在不同模塊穿插應用BIM+技術, 構建基于BIM+信息管理平臺來解決智慧交通全生命周期建設中的種種信息管理難題。

光纖高速傳送

圖3-6基于BIM+的智慧交通信息管理系統架構圖

Fig.3-6 Architecture diagram of smart traffic information management system based on BIM+

3.3.1數據采集層

數據采集層是基于BIM+的智慧交通信息管理系統中的基礎模塊，主要負責各專業信息數據的收集與臨時存放，其所采集的數據主要由GIS、BIM模型信息數據與物聯網傳感網絡所采集的實時數據構成。信息模型數據主要是含工程項目

概況、建筑基本信息、施工人員與機械臺班信息、構件尺寸及位置、預埋管網布置等詳細的BIM工程數據以及項目周邊地質、地形、地貌等具體地理環境的GIS 信息數據。而物聯網實時傳感數據，除了有工程施工過程中關鍵監測節點的預埋傳感套件對工程實體受力情況的數據外，還應有項目竣工使用后由高清攝像卡口組成的智能監控相機和環境監測儀器等監測傳感設備對項目實際使用狀況進行監測的具體信息。

3.3.2數據傳輸層

數據傳輸層主要負責數據從前端設備到服務器的傳送。一般可運用光纖、網絡專線和無線通信系統等信息傳遞手段，來實現數據在平臺服務器與移動終端之間的高速有效傳導。隨著近年來5G技術的不斷深入與普及，其低延遲、高速率、廣范圍的特點可使傳感網絡所測實時感應數據高效精準的錄入服務器，以便后續專業人員的挖掘分析與決策輔助。

3.3.3數據分析層

數據分析層是基于BIM+的智慧交通信息管理系統中的核心模塊，其主要通過信息管理平臺的建立來實現各方數據平臺端一體化的共享集成與分析應用，是云計算技術在BIM信息管理中結合使用的重要體現。首先根據工程各參建方的意見制定統一的BIM專業標準，找到BIM模型基礎數據語句和其他專業的數據之間的映射關系以實現不同專業數據標準格式的統一。再根據運行環境選擇開發簡便實用的信息管理平臺，將整理后的各類信息模型導入到已開發完成的云端信息平臺并形成平臺數據庫，最后在信息管理平臺中對模型數據進行分組標號與集成整理，并保持傳感網絡數據的實時更新以增強信息管理的高效性和數據分析的說服力。

3.3.4數據應用層

數據應用層是基于BIM+的信息管理系統功能的最直觀表達，該模塊一般負責進行數據的分析處理和實際的決策應用。信息管理平臺的建立可使專業信息模型數據于平臺端三維可視化展示，通過不同顏色的區別標注不同進度的施工構件可使工程建設的進度管理信息在平臺共享。在平臺信息模型中導入施工人員機械臺班等信息以及工程量造價清單，可使構件的材料構成、施工工藝、造價成本等構件屬性在云端平臺詳細展示。而對于傳感網絡、高清探頭所收集的文本、圖像數據，經過分析處理、有效整合后，可依照工程實際運行狀況進行各項指標比對, 并利用信息平臺的系統客戶端和用戶移動終端設備進行實時信息的傳遞與發布。

3.4勘察設計階段信息管理平臺搭建技術保障

3.4.1平臺BIM綜合模型的具體建設方案

在勘測設計階段確定模型的搭建方案是實現BIM平臺化管理的基礎，首先應在參考國內外BIM標準的前提下，針對工程項目自身特點聯合各參與方統一數據存儲格式設立數據庫并制定詳細的BIM實施原則。其次再根據建筑、安裝、測繪等不同專業的勘探數據與設計資料來構建包含建筑信息模型、管線信息模型、地理地質信息模型的BIM基礎信息模型，以此來實現項目勘察設計數據的三維模型化多尺度綜合顯示。

（1）地質信息模型建設方案

地質信息模型主要由勘測鉆孔所得實際數據生成，其模型數據源包括以二維矢量面為數據格式的標識工程勘探覆蓋范圍的工程范圍數據，以矢量數據或表格記錄描述工程鉆孔平面位置、鉆孔編號、鉆孔類型的鉆孔點位數據，描述所探地層頂部與底部深度、地層性質、巖土類型的地層數據以及表達垂直方向位置信息的DEM數字高程模型數據。具體生成方法原理可由圖3-7看出，通過鉆孔數據與DEM數據的結合實現貼合地面的平面參考點，插入地層數據生成帶有地層信息的各鉆孔模型，最后結合工程范圍數據實現各個鉆孔與地層間的內插進而生成完整地質信息模型。

I I I

鉆孔點位數據 ―^-＞平面參考點 —?鉆孔三維模型 —?地質信息模型

圖3-7地理信息模型生成原理

Fig.3-7 Principle of geographic information model generation

（2）管線信息模型生成原理

在工程建設過程中進行管線碰撞檢測與管線搬遷模擬離不開管線信息模型的支撐，平臺具體管線模型建立的數據源主要包括物探管線模型、規劃管線模型及BIM管線模型。

如圖3-8所示,物探管線模型可分別從管點表格中提取管點位置和管點屬性, 從管段表格中提取管線和管段屬性，由所提取的管段和管點數據生成帶有拓補關系和屬性的矢量數據，根據其屬性分別為管點和管段賦予三維特征模型進而形成物探管線三維模型。

圖3-8物探管線表格處理流程

Fig.3-8 Geophysical pipeline table processing process

規劃管線模型則是從CAD中提取管點和管段，根據標注為其賦予屬性，由管點和管段數據生成具有拓補關系和屬性的矢量數據并根據其屬性賦予三維特征模型，形成規劃管線三維模型，具體處理流程由圖3-9可知。

圖3-9 CAD管線數據處理流程

Fig.3-9 CAD pipeline data processing process

而BIM管線可直接生成管線三維模型，如圖3-10，利用BIM參數化建模的特點，可從BIM模型中提取管點、管段矢量數據及其屬性，并根據其屬性賦予三維特征模型，形成三維管線模型。

圖3-10管線BIM模型處理流程

Fig.3-10 Pipeline BIM model processing process

（3）BIM構件數據一體化管理方法

BIM模型除了可直接展示建筑物的三維形象外更是信息管理中心的直接數據載體，需要在整個建設過程進行不斷的深化更新。BIM模型的數據應包括建筑、結構、水電安裝三大專業方向下的現狀工程數據、方案工程數據、施工圖數據和臨時工程數據。針對BIM模型的海量構件數據，為避免信息冗雜難以管理可直接將整體模型的所有構件作為管理對象，以組織結構作為附加信息，通過對各個構件進行唯一 ID的相互綁定，有效實現模型數據的靈活應用劃分。具體原理由下圖3-11展示，首先構建BIM模型將每個構件屬性數據寫入模型并分別編碼唯一的ID，再根據BIM族分類的特點導出構件屬性表和含模型構件ID及對應屬性的模型表，針對工程的實際規模制定工作層次結構表以描述復雜工程的樹狀分解結構，將層次結構表與模型結合生成關聯表進而使每個構件都能與其唯一層級節點相鏈接，最后通過層次結構表與關聯表數據的實時更新寫入以實現模型信息的動態一體化管理。

圖3-11 BIM模型構件組織管理流程

Fig.3-11 BIM model component organization and management process

（4）GIS地理信息模型生成方案

GIS地理信息模型的建立主要采用近年來國際測繪領域先進的傾斜攝影技術，通過布設相控點可從不同航拍角度采集實際影像，不僅能反映真實地物，也可利用先進的定位技術嵌入準確的地理信息，極大地擴展影像的應用領域。

在傾斜攝影過程中，首先需要針對項目實際地理位置對分辨率、航攝范圍、航線、地面基站布局進行合理設計并提前檢校飛行，然后選擇最佳的航攝季節與時間進行地理數據的采集，最后對所采集的地理信息數據進行計算處理初步整理形成影像，對不合格的殘缺影像應進行補攝與重攝以保證質量。對傾斜攝影所得影像數據進行幾何處理、多視匹配、三角網構建、紋理賦予、人工修復等環節可形成三維地理信息模型。具體過程可見下圖3-12,先對航拍成果的影像質量、格式、參數等進行檢查，制作存儲影像信息的EO文件，實現影像數據的預處理。再根據空三計算對垂直下視圖像和傾斜影像進行聯合平差處理，通過所測作業分區的數據分塊、空三平差后三維像對的點云匹配和點云數據構成的三角網紋理貼圖進而生出三維模型，最后針對三角網結構異常所致的紋理扭曲、破洞、凹凸不平等問題，編輯修改三角網結構并重新賦予紋理對模型進行修改。

圖3-12傾斜攝影生成三維地理模型原理

Fig.3-12 Principle of generating 3D geographic model by tilt photography

3.4.2 GIS與BIM模型融合技術

GIS模型主要是地理空間位置的多項目管理,BIM模型則是單體建筑物高精度的數字化模擬。雖然兩者間存在很多共同點但其技術融合互通還是要實現數據結構的充分無損結合。GIS與BIM數據結構的融合主要由統一數據格式與設計存儲模式來實現。

對于數據格式的統一，應至少考慮幾何結構、材質、屬性三個層次。在幾何結構方面，GIS模型的幾何結構主要描述物體邊界輪廓，而BIM幾何結構通過參數建立，既有邊界形式也有實體表達形式。在此可分別提取模型中表面輪廓信息實現規格統一。在材質方面，GIS模型數據多以紋理貼圖的方式表達材質，BIM 則多以顏色、透明度等參數直接表達材質。由于GIS模型所表達的材質更為豐富，所以材質的融合可在充分解析BIM材質參數的前提下統一到GIS模型材質的規格。在屬性上，BIM屬性分為含構件尺寸、位置、里程等信息的幾何屬性以及包含構件名稱、型號、規格、供應商等信息的非幾何屬性，GIS屬性描述內容則與其差異巨大，由其各自獨立性較高，在屬性方面無需進行數據深度融合而是保留其各自獨特結構。此數據格式統一方法需要在各BIM軟件中分別對數據格式進行解析并提取其關鍵特征和共性，相較于IFC與CityGML的融合模式，此方法前期工作量雖高但在投入應用后的數據處理與數據轉換將會帶來更多便捷與不必要的信息損失。

至于數據存儲模式的設計，目前的3DGIS多采用由類瓦片式的數據發布方式與要素圖層+空間編碼的存儲方式構成的混合數據存儲格式，而BIM數據因強調對象的互操作，一般只采用單層數據存儲模式，即在數據庫中以對象為基本單位記錄數據。但由于傳統BIM軟件常以項目為單元管理數據，每次只加載一個項目的數據，因此采用的是預加載模式，即一次性將項目中的所有模型載入內存。

當工程項目的跨度和體量增大到一定規模，工程自身BIM數據加上GIS數據會對計算機的硬件運行帶來巨大的挑戰。對此，需要在GIS混合存儲和BIM 預加載模式的基礎上結合兩者優勢設計更加合理的數據存儲方式。具體設計原理由圖3-13可知，3DGIS數據沿用混合存儲模式，在數據庫中按對象記錄模型并將幾何結構與材質紋理分離以便于后臺數據管理，另外以瓦片化方式將模型發布后存儲。在瀏覽時調度發布的瓦片結構數據，在查詢時調用數據庫中的對象記錄。 BIM模型則按對象化的方式在數據庫中存儲，為提高效率可將幾何結構、紋理

和屬性合并在一個字段中存儲，意味著前端瀏覽和后臺管理面向的是同一份數據。BIM模型的瀏覽則采用局部預加載模式，即將整個工程項目分解為單項工程、單位工程，并以此分解結構為單位進行預加載。

圖3-13 3DGIS與BIM混合數據存儲模式

Fig.3-13 3Dgis and BIM mix data storage mode

3.4.3 BIM綜合模型的輕量化

BIM模型本質上是一個集成大數據的大平臺模型，通常利用可視化的多維度、多功能的計算機圖形模型來真實全面展示建設項目。由于運用BIM技術的工程常常呈現體量巨大、規模復雜等特點，其龐大冗余的海量建造數據信息會對計算機的圖形及數據運算處理能力帶來嚴峻的挑戰，對此BIM模型的輕量化二

次處理對于平臺一體化管理顯得十分必要。對于BIM模型的輕量化主要有模型減面、實例化技術、LOD技術應用三大方案。

模型減面主要是通過減少刻畫模型細致程度的三角面來實現輕量化的目標。由于高精度的BIM模型是由大量的三角面生成，而眾多的三角面會產生大量的數據信息，因此對高精度BIM模型進行三角面裁剪是達到模型輕量化的有效手段。而三角面的裁剪有兩種渠道，一是有軟件自動識別并合并細碎三角面，主要通過線、面之間的夾角計算識別可合并的三角面，二是在建模時的人為控制，例如在放樣建模時減少放樣曲線頂點的數量。對于已建好的BIM模型可以使用第一種方法以插件形式對模型構件設置參數實現自動減面，雖然可大量降低模型體量但可控性較差，易帶來明顯的精度損失。因此在實際操作中，應將人工減面與自動減面結合來達到模型減面的最佳效果。

實例化技術是指在面向對象的編程中用類創建對象的過程。BIM參數化模型既是點、線、面、顏色等要素的集合也是類型、尺寸、材質等信息的集合。在 BIM模型中，由于存在大量參數相同的構件模型，若將其視為點線面等空間要素，那么所有模型構件在系統中均要占用系統的存儲和渲染資源并造成巨大的性能壓力。實例化技術繼承多數BIM軟件所用的參數化描述方式，結合空間位置信息可完整還原模型的各方面特征，實現模型的復用，顯著提高渲染效率。

LOD(Levels of Development)技術就是模型細致程度的簡稱，在BIM概念中LOD代表建筑物在全生命周期各階段所被期待的BIM模型完整度，而在GIS 中則是指根據物體模型節點在顯示環境中所處的位置和重要度，決定物體渲染的資源分配，降低次要物體的面數和細節度進而獲得高效率的渲染運算。此技術在 BIM與GIS結合運用場景中十分重要。BIM模型可通過LOD技術來實現渲染層面的輕量化，LOD技術可根據展示距離遠近來選擇不同精細程度的GIS數據，如在遠近不同的距離下以不同清晰度的影像和地形數據展示可極大緩解顯卡渲染壓力。在BIM模型與GIS場景中結合采用LOD結構并結合實例化技術和動態加載技術可突破高密度模型的瀏覽性能瓶頸。

3.5施工階段信息管理平臺功能實現要點

3.5.1施工進度信息平臺展示

在傳統施工組織設計中施工進度的管理主要是利用橫道圖和網絡計劃圖來進行控制，橫道圖由于工序間的邏輯關系難以表達、缺乏嚴謹的進度時間參數計算、只能人為手工調整等原因無法適用于進度規模大的計劃系統，網絡計劃圖卻因計算復雜抽象、難以調整并不適合一線施工人員的交流。而目前建設工程項目通常具有參建單位錯雜、規模復雜龐大、建設周期漫長、不確定因素眾多等特點，這對依靠主要現場管理經驗來進行施工進度協調控制的管理者來說無疑更是一

大難題。因此，結合BIM模型構件信息高度集成可控的特色，在BIM信息管理平臺中插入時間參數進行4DBIM施工進度動態管理顯得十分必要。

在信息管理平臺中BIM模型是以全體細化構件為具體管理對象，并與以工程項目工作層次結構劃分的工程結構樹逐一鏈接，據此以構件工序為最低編輯單位制定施工組織計劃，可使流水施工進度管理可精確到任意構件的具體工序。首先根據模型的建設過程將項目工程詳細劃分至分部分項工程下的構件工序，以詳細構件的施工工序為最底層單元編制施工組織設計橫道圖并上傳至BIM信息管理平臺。再對BIM模型中唯一編碼的構件進行逐個屬性欄填充，增設計劃完成時間與實際完成時間屬性并由具體負責施工單位在建設過程中對其定期如實上報，利用所報施工實際進度信息在平臺中完成橫道圖中實際進度的更新，便于平臺端各參建單位建設進度的實時控制與協同交流。最后以不同顏色將BIM模型中已完工、未開工和延誤不同進度狀態的構件予以區分，使橫道圖中的進度控制精確到三維模型中的具體構件，更便于多方管理人員平臺端的直觀管理。

具體的功能使用情況由圖3-14所示，因模型唯一編碼構件與工程結構樹鏈接，施工組織橫道圖也可依據工程層次劃分向下擴展至具體的構件施工進度。平臺管理者可通過橫道圖中的構件編碼查看模型中構件的實際地理位置并依靠整體模型中構件的進度顏色區分來實現施工進度的控制。以此方法進行BIM4D施工進度管理，將進度落實至實際分部分項工程的施工工序，雖然增加了施工方的前期工作量，但可以通過模型構件顏色變化達到進度實時精準的更新和工序邏輯順序的凸顯，為平臺共享化的施工進度管理提供清晰的視角。

^3^9 x

耀 _ 櫥tlW 坂穡軸$ 驕 | 012 月 | 01 明 | 014 月 | 015 月 | 016 月 | 01 曲 | 01 明 | 019 月 | 011明卩 1113 | 01 朋 | 01 胡 | 012 月 | 013 月 | 014 月

2M8P-09 2020-03-31 2018-66-22 2D19-0MB 478 旣I

2019-05-10 202H3-31 2019-05-15 20晦05 326

2014-OS-1O 20M3-31 201MM5 201MWB 雄6 STI

202MJ3』201Wfrl5 201MM5 326

1 m I

i iffl I

圖3-14信息管理平臺施工進度動態控制

Fig.3-14 Dynamic control of construction progress in information management platform

3.5.2施工造價信息實時控制

傳統工程項目造價主要是運用清單計價模式，通過工程量清單套以定額完成整個工程造價的預算。在具體的工程建設過程中一旦發生設計變更或簽證索賠，便需要造價預算人員消耗較多的時間與精力針對相關變更構件的工程量來調整整個項目造價。多次計價導致造價數據信息更新的遲緩無疑會為整個工程項目資金的控制帶來巨大的挑戰。

利用BIM技術信息集成一體化的特點，將工程造價清單逐一鏈接構件屬性形成BIM5D模型并于信息管理平臺集成管理，可使資金的具體使用情況在項目建設的過程中動態展示出來。通過施工時間段實付資金匯總與目標造價的資金比對，發現實際的投資偏差并及時采取糾偏措施，實現業主單位投資風險的有效控制。

由于在構建BIM模型時通過項目工作層次結構的分解已將工程樹狀結構與具備唯一編碼ID的BIM構件鏈接對應，而工程造價清單也根據施工組織將工程量精確到分部分項工程的每一步詳細工序，因此可以此為思路將工程造價信息擴充到BIM綜合模型。先根據圖紙設計方案在廣聯達算量軟件中得出項目的總造價預算并形成造價清單，再依照清單各類子項將構件的所需材料數量價格及人工費用等詳細造價信息附加至構件屬性欄，加設實際使用費用項目欄以實時調控資金使用計劃，最后以造價是否超額為標準將不同構件的實際造價情況用不同顏色在模型中表達，依據模型直觀顯示的實際費用使用狀況實現工程量清單造價的實時更新，進而實現基于BIM平臺的多層次造價信息動態管理。

3.5.3復雜工序平臺交底驗收

技術交底是施工過程中必不可少的環節也是工程質量的基本保障，但如今現場施工人員的素質參差不齊、理解能力也各有差異，當面對如預制裝配式大型構件拼裝等疑難復雜工序時難免會出現因技術失誤而導致返工、窩工的現象，給整個項目建設帶來不必要的損失。對此，基于BIM信息管理平臺的使用可以其模擬施工和多方平臺共同監督的特點有效解決施工難題并在保證工程質量的前提下提咼施工效率。

針對復雜疑難工序的技術交底，先由專家組根據實際施工條件利用BIM模型的模擬施工對其進行反復驗證制定專項施工計劃并形成施工演示視頻，隨后在 BIM模型構件與工序鏈接的前提下，將復雜構件特殊標注并以平臺外部鏈接的形式將施工演示視頻嵌入模型。在實際施工前班組成員應在項目經理的指導下共同參與平臺數字化技術交底的學習，對于施工過程中所遇新的技術難題應及時反饋至平臺并重新制定新的技術方案。為確保工程質量的可靠性，應對所有構件的建造過程實行班組責任制，在構件建造完畢后施工班組應積極組織監理進行驗收，并以文檔、圖像等形式對竣工現場進行簽字留證。最后在平臺BIM模型中對所建成構件的屬性進行編輯，將其必備工序的驗收結果以外部鏈接的形式添加至信息管理平臺，進而實現工程質量的多方監督與施工資料的平臺共享，下圖 3-15即為復雜工序平臺化驗收效果展示圖。

圖3-15復雜工序平臺化驗收

Fig.3-15 Laboratory test on complex process platform

3.5.4施工現場平臺化智慧監管

施工現場的安全生產是工程項目建設基本條件，傳統工程項目施工現場通常由項目經理駐場管理一切大小事務，將所有事項。在施工階段基于BIM信息管理平臺的應用除了可對項目工期、造價、質量等方面實時動態管控外，更能完成整個施工現場人員安全、機械設備和危險環境的智慧化管理。

對施工人員的管理主要以班組為單位按不同專業職責進行劃分，將參與施工建造的各班組長信息添加至信息管理平臺形成人員信息管理表格，每日由班組長將施工內容通過文檔、圖像等形式上報至平臺人員管理中心的考勤表。以各班組長為施工人員第一責任人積極落實安全施工責任制，既便于各參建方與一線施工團隊的溝通交流，也便于各施工人員安全的數字平臺一體化管理。而大型機械設備的臺班使用與調配管理，可根據設備的種類名稱、規格型號、設備狀態、進出場日期等信息編制大型機械設備使用表并上傳至信息管理中心平臺，在每次使用后由使用人將設備具體狀態和使用記錄于平臺機械設備使用表中更新，以保證機械臺班的正常運轉。至于施工環境危險源的監管，如下圖3-16施工現場危險源平臺監管所示，首先在信息管理平臺中設立危險源控制功能模塊，再由專職監管人員不定期對施工現場危險源進行逐個排查，對需要整改的施工現場拍照取證，最后利用施工構件的唯一編碼的特色，將存有安全威脅的構件在BIM綜合模型中特殊標記，通過平臺鏈接的信息欄對其所需整改的問題、整改期限以及整改狀態進行圖文描述，在現場整改之后再由監管人員對環境危險源進行重新評估并更新對應平臺狀態信息，從而實現施工危險源的多方平臺共同監管。

3.6運維階段信息管理平臺實際功能應用

3.6.1結構設施安全監測

當今城市道路車流量巨大，高荷載甚至超載的運輸車輛很容易給城市道路帶來巨大的運行壓力與損耗，隨之而來的道路設施維修養護便成為了十分棘手的問題。傳統的道路養護通常都是當道路已經出現問題時再臨時搶工維修，或者是由相關負責人員制定巡檢維修計劃，定期對道路健康做出診斷。而基于BIM的信息管理平臺可利用物聯網與云計算等BIM+技術對道路的結構安全信息進行實時監測和協同處理，進而實現城市道路健康的高效運營和管理。

圖3-17即為道路安全監控功能工作示意圖。先根據施工階段的施工圖設計, 將各類傳感器布設至結構的關鍵節點形成傳感網，如沿路隔段埋設道路受力傳感器可對路基承重進行荷載數據采集，在路面板分段預埋角度傳感器可將路面的沉降變化以客觀實時數據展示。對照施工圖設計中的構件編號，在信息管理平臺的 BIM模型中創建傳感器族并插入傳感器模型，以構件編號為標準依次編制傳感器的編碼，方便傳感數據與對應構件的精準快速定位。利用已有網絡專線及無線網絡將車輛通行時路基的承重荷載等傳感數據傳遞到信息平臺服務器的數據庫，相關部門負責人從不同的專業角度出發在信息管理平臺的客戶端上將其與BIM 模型中對應構件的各項極限數據相比對，以多個專業的視角分析出整個道路的實際運行狀況。一旦發現所傳數據存有明顯差異，可立即通過BIM模型的傳感器

與構件分類編號將其在信息管理平臺中特殊標注，經GIS模型快速查詢經緯度并定位到需仔細核查的實際構件，最后派出巡檢養護人員對存疑的實際構件進行及時的診斷和維修，經診斷維修后再于信息管理平臺上對構件的特殊標注進行記錄更新，以此來保證道路設施安全的實時監測和智能化養護。

圖3-17城市道路結構安全監測工作原理圖

Fig.3-17 Working principle diagram of urban road structure safety monitoring

3.6.2交通環境感知預警

高溫、大風、暴雨、霧雪等極端惡劣天氣會增加車輛的行駛風險，影響城市道路交通的正常運營。基于BIM的信息管理平臺可通過溫濕度測控傳感器、能見度探測儀、一體化智能監控相機以及智慧燈桿等前端智能監測設備對環境數據進行采集，經平臺中心的數據計算處理，利用智慧路燈、霧區引導燈等信息化輔助設備（如圖3-18所示），極端天氣的行車風險。

圖3-18智能化道路環境監控引導設備

Fig.3-18 Intelligent road environment monitoring and guidance equipment

能見度探測儀、溫濕度測控傳感器、霧區引導燈以及智慧燈桿等環境監測設施可按道路規劃設計分段布設至路肩，根據路段標號與實體構件的編碼，可在平臺BIM模型中對其進行模型的族分類設計并插入至模型中。在道路運行過程中, 由前端監測設備對實際環境的各類指標進行實時采集并在平臺的道路環境模塊

實時顯示，信息管理中心的相關專業人員根據各類環境數據的綜合分析，針對道路運行狀態于平臺中精準定位做出信息的及時發布與極端天氣下的車輛引導。

智慧燈桿是近年來出現的一體式道路智能化監測設備，頂端附有風向標可直觀反映出燈桿所處環境的風力實時大小，太陽能電池板照明系統可以綠色環保的方式有效滿足陰暗環境下所需的光照強度。桿間高清攝像監控與LED信息屏的聯合，既能對有效范圍的環境動態做出實時監測，也能通過信息管理平臺的控制指示發布交通誘導信息。燈桿底端太陽能蓄電系統的電池充電樁可為長途行駛導致電力不足的車輛提供動力補充。霧區引導燈可利用太陽鋰電池充電板在日可進行光能充電，而進入夜晚或道路能見度較低的時候則可打開光控開關點亮霧區引導燈。霧區引導燈可根據信息管理平臺的軟件設定照射不同顏色的色光，默認色光為黃色配合智慧燈桿起到道路照明的作用。當有車輛通過霧區引導燈的磁感應圈，色光便會自動轉變為紅色，以警告后方車輛此處有車經過進而起到了霧區引導防撞的作用，此外也可通過引導燈色光轉為紅色的數量為現場判斷車流量提供依據，下圖3-19是霧區引導效果的工作簡圖。

圖3-19霧區引導工作示意簡圖

Fig.3-19 Schematic diagram of fog zone guidance

3.6.3移動端信息實時發布

在道路運營使用階段，無論是巡檢維護人員的道路養護維修工作，還是交通執勤人員對于道路擁堵清障的疏導工作，都不能僅僅局限于后方PC端信息管理平臺的單向發布。對此，開發設計基于BIM+信息管理平臺的手機移動端APP，將其與信息管理平臺部分功能聯合應用，可將前端事件的處理反饋與后方平臺的統一管理無縫銜接起來，使信息的發現、發布和解決形成閉環，進而真正實現智慧交通平臺一體化的管理。

在道路結構設施出現反常監測數值或遭遇交通突發事故、道路擁堵等影響交通運行狀況的事件時，后方管理人員可通過BIM+信息管理平臺中結構監測傳感器和高清視頻監控攝像機的定位編碼，查詢至其鏈接構件，參照GIS模型的經緯度地理坐標確定需要檢查處理的具體位置。根據平臺所布傳感監測網的道路實時數據顯示，向處理人員的移動端平臺發布待檢信息。專業處理人員可在移動端 APP收到平臺系統發布的待辦事項與具體待檢信息,并在實際的檢查處理過程中將現場詳情以圖文的方式上傳至系統平臺存檔留證。在事項處理完畢后將目標事

件的狀態欄更改為已處理，并通過移動端向總平臺系統發布信息，實現信息移動端與信息管理中心的雙向交互。

移動端APP應至少包含平臺BIM綜合模型的顯示情況、GIS模型的地理位置查詢以及信息的公開發布與反饋欄。除了業主方和運維單位可通過內部訪問獲取其所有功能的全部權限外，普通用戶也可獲得其信息訪問反饋功能的權限。當公眾需要道路車況信息時，可通過平臺的實時車流狀況選擇合適路線，減少道路的運行壓力。若偶遇或遭遇道路突發事件，也可利用信息反饋的權限以圖文的方式及時向信息監管中心上傳現場情況。以此雙向監管的方式進行道路運營的管理，可使公眾參與其中避免了因機器識別失誤導致的管控不力。

3.7本章小結

本章是分析解決問題的重要章節，針對智慧交通建設全生命周期內的信息管理難題，首先以工程建設中的BIM技術為基礎引進BIM+技術，分別對BIM+、 GIS、IOT、云計算、大數據分析等技術進行了基本理論介紹，證實了其在基于 BIM的智慧交通建設中的必要性。根據建設工程信息管理現狀，分析了基于BIM+ 的智慧交通建設全生命周期信息管理需求。提出了基于BIM+的智慧交通信息管理系統的基本架構，參照系統架構圖對其數據采集、數據傳輸、數據分析、數據應用四個不同功能模塊的作用原理進行了解釋。最后以基于BIM+信息管理平臺的建設方案與管理應用為主要內容，從勘察設計階段BIM+平臺建設的技術方案、施工階段BIM+平臺協同施工管理以及運維階段BIM+平臺輔助道路運營應用著手，分別在勘察設計階段詳細介紹了 BIM綜合模型的建設方案、BIM與GIS融合要點、BIM模型輕量化處理方法；在施工階段著重闡述了結合時間、成本要素的BIM4D、5D輔助施工管理、復雜工序的平臺化交底以及施工現場安全的平臺化監管；在運維階段則介紹了道路結構設施的實時監控、交通環境的監測預警、移動端與平臺信息的聯合交互。通過全生命周期內基于BIM+信息管理平臺的設立與應用，將工程項目建設過程中的各類信息流匯集于平臺并一體化管理，為現代道路智慧化交通建設管理提供了理論依據。

4案例分析一一以紹興智慧快速路建設為例

4.1項目概況

本文以紹興市城市交通智慧快速路系統的建設與管理為案例，該智慧快速路系統分為越東路及南延段智慧快速路工程、二環北路及東西延伸段智慧快速路工程和329國道智慧快速路改造工程三段單位工程。三段快速路工程建設均按城市快速路標準進行設計，并結合地面車道、高架和局部車道的敷設形式來實現 80km/h主線設計速度。為滿足城市智慧快速路從建設階段到使用階段全生命周期內的各方面需求，該項目由上海城建作為EPC項目總承包方，將BIM技術作為基礎技術手段并穿插結合GIS、IOT、云計算等BIM+技術構建開發紹興智慧快速路BIM管理平臺，通過不同建設階段BIM管理平臺的多方共同管理來打破信息壁壘，實現智慧快速路的一體化運營管理。

由于該項目屬于市政工程，建設環境復雜、建設周期較長且規模巨大，三段快速路的工程具體建設正分批分段進行。目前越東路及南延段正處于施工階段, 其BIM綜合模型搭建已完成，并成功部署服務器等軟硬件基礎設備，開發出 BIM+信息管理平臺。借此本文以越東路為具體實例來著重介紹基于BIM+信息管理平臺在智慧交通全生命周期建設過程中各階段的實際應用與功能情況。

圖4-1越東路工程布置圖平臺共享

Fig.4-1 Yuedong Road project layout sharing platform

4.2項目基于BIM+信息管理平臺的建設及功能使用

4.2.1項目綜合信息平臺總覽

（1）Web端平臺綜合顯示

根據BIM綜合模型的輕量化導入Web端平臺，可使項目的各參與方通過網頁瀏覽器登錄各自賬號并在平臺端進行工程項目信息的平臺集成化協作與管理。如下圖4-2所示即為基于BIM+的智慧交通信息管理平臺的Web端平臺界面顯示，各用戶可選取項目不同標段進行工程信息的查閱與管理。

圖4-2 Web端平臺界面

Fig.4-2 Web terminal platform interface

圖4-3是快速路項目多標段信息數據平臺一體化的總覽，如圖所示基于 BIM+技術的智慧交通信息管理平臺可對項目整體多個標段的信息作出綜合總覽，并以形象的圖表數據，分別就不同標段的單位工程整體進度以及分部分項工程細化進度做出實時顯示與動態更新，也可以不同顏色標注顯示各個標段累計完成的進度，便于從宏觀體與微觀的角度實現整個快速路項目的建設進度把控。此外，近一個月的安全生產數據表和環境定點監測數據圖的詳細顯示，可有力保證施工過程滿足安全文明施工的監查需求。

圖4-3項目信息總覽

Fig.4-3 Overview of project information

（2）工程信息分類瀏覽

圖4-4是越東路某標段工程項目數據中心的分類瀏覽，該界面不僅可實現項目各單位工程及其分部分項子工程施工進度的圖表比對，也可對施工安全巡檢的履職率進行分析來展示安全文明施工狀況。此外，平臺的前端鏈接視頻監控設備

圖4-4項目數據中心

Fig.4-4 Project data center

圖4-5則是項目工程量的統計，通過定期定量地分別設定樁、承臺、梁等不同構件計劃完成的目標值，并對每月完成的構件工程量和累計完成的構件工程量進行統計形成直觀的圖表，可使相關負責人從總體工程量完成狀況的角度對項目的施工生產進展作出準確評估。

圖4-5項目工程量統計

Fig.4-5 Project quantity statistics

4.2.2設計階段模型功能平臺共享

在工程設計階段平臺主要服務業主方與設計方。通過將設計各階段的BIM 模型、管線、地質及周邊環境地理信息模型導入信息平臺，進行綜合顯示及分析, 以直觀的方式表達出設計內容和設計意圖。促進各方信息實現對等無損的交流，在方案評審和方案優化等過程中提供可靠的技術支撐。

（1）項目綜合模型平臺漫游

平臺支持智慧快速路BIM建筑模型、周邊環境GIS模型以及管線信息模型等數據的融合，并在平臺底層實現了數據結構的統一。用戶可在信息管理平臺對 BIM模型瀏覽模式進行自定義，通過縮放、旋轉、俯仰等不同漫游功能對整個模型及構件進行全方位的視角瀏覽。用戶也可在三維系統中根據觀察者所處的視點位置快速切換到預置的三維場景視角。此外，平臺可利用模型透明度實時調節的方式設置地表影像數據透明參數，以此來直觀的顯示地面對象與地下數據的空間立體關系。下圖4-6即為信息平臺中BIM綜合模型的多視角可視化漫游功能。

Fig.4-6 Integrated project model

如圖4-7所示，平臺中的BIM綜合模型除了工程項目的建筑信息模型外，也包含經傾斜攝影處理而成的項目周邊環境地理信息模型，可用于分析和查看設計數據與管線、地形、河道、道路、橋梁之間的沖突狀況，也可便于管理人員在平臺中確定具體的經緯度來完成實時定位。

圖4-7地理信息模型

Fig.4-7 Geographic information model

圖4-8、4-9所示是BIM綜合模型中的管線信息模型，通過不同顏色圖例來區分不同功能的管線，根據管線物探結果和管線規劃設計數據可調整管線遷改與埋設的路線，并利用直觀可視的模型檢查、碰撞模擬選出最優的管線埋設方案。

Fig.4-8 BIM pipeline model

圖4-9管線信息遷改區分

Fig.4-9 Pipeline information relocation distinction

圖4-10是BIM綜合模型中的地質信息分析，由于平臺具有通過工程范圍數據、鉆孔點位數據、底層數據、DEM數據等地質信息數據源生成地質模型的能力,因此在地質分析時，可提取地質勘探報告中的鉆孔點位和鉆孔分層信息，生成三維地質體。用戶可在三維場景中查看鉆孔屬性、地層屬性，并直觀了解工程中的樁基等地下部分與地層的空間關系。

圖4-10地質信息分析

Fig.4-10 Geological information analysis

（2）構件統一編碼與屬性編輯

由于BIM模型的搭建具備族構件的特點，且構件屬性可自定義編輯，因此可對模型構件統一編碼并賦予唯一 ID,與工程分解結構相鏈接形成工程結構樹, 使模型中的每個構件都與工程結構樹中對應節點相互關聯。當選取工程結構樹任意節點后，BIM模型中的對應構件便會在模型中以不同顏色標記出來，而在模型中點擊任意構件時，其對應節點也可在彈出的屬性欄中詳細顯示。

圖4-11為BIM+信息管理平臺中的模型構件統一編碼窗口，構件的統一編碼可在模型設計完成后進行，針對不同的族構件編制統一的編碼規則并賦予構件唯一 ID,前期工作量雖大但可為建成后的智慧化運管提供基礎。

圖4-11 BIM構件編碼

Fig.4-11 BIM component coding

圖4-12和圖4-13是平臺中模型構件屬性欄編輯及顯示，構件屬性欄通常是由設計單位及施工單位聯合編輯更新，設計單位需根據設計規范將構件的類型、尺寸、材質、編號等基礎信息添加至屬性欄，而施工單位則需要在施工過程中根據施工組織設計和工程預算清單將構件的進度、成本信息和質量信息上傳至平臺，并在具體施工過程中逐步更新構件屬性數據，便于后續BIM+信息管理平臺多角度一體化的數據管理與應用。

Fig.4-13 Edit the component properties of the pile

4.2.3施工階段信息動態管理

在施工階段通過BIM+信息管理平臺形象描述和分析進度、質量、安全、投資等重要節點的信息，結合BIM技術對預制構件等物料信息進行關聯和追溯，可有效打破施工階段各方信息屏蔽的局面。

(1)施工進度管理

基于BIM綜合模型的信息管理平臺可在施工階段將時間與空間進行有效結合，實現可視化4D施工進度管理。通過隨時隨地在信息管理平臺中將施工計劃與實際進展進行比對，可達成對施工工期進度的有力監管。

臓 v

atm 表髄晦

虹期

辭IS?抵

累計議迪q

當日報J 硼量;

司單檢:個 nn^Tvi

2020.10 2420.11 2020.12 2021 DI 3021.02 2021 .<»

圖4-14項目施工進度總覽

Fig.4-14 Overview of project construction progress

如圖4-15所示，由于BIM的進度管理是以BIM模型構件的具體施工工序為最小基本單位，而每一構件又與工程結構樹鏈接。因此在根據施工方案對

構件進行實際建造時，可控制構件施工的每一步工序來保證構件施工質量與進度，通過已完成構件數量的統計來更新整個工程項目的施工進度。

在對構件進度做出數量統計的同時，為使平臺BIM模型中的整體施工進度的顯示更加直觀，可利用圖4-16、4-17所示的構件顏色區分來分別標記未開工、已開工、延期、已完工等不同進展狀態的構件。圖4-18則是以不同的顏色表達

來區分各類構件的生產進度。

圖4-16顏色區分進度

Fig.4-16 Color discrimination progress

圖4-17構件施工進度顏色區分

Fig.4-17 Color discrimination of component construction progress

具他

•頰

圖4-18構件生產進度顏色區分

Fig.4-18 Color discrimination of component production schedule

此外，信息平臺定制化的施工模擬功能可在平臺中根據不同時間間隔來設置播放速度，分別對不同單位工程的總體施工進度進行云端模擬，方便設計人員和施工人員及時準確掌握未來項目工程進展情況。

圖4-19施工進度模擬

Fig.4-19 Construction schedule simulation

（2）現場人員機械平臺化管理

在施工過程中人員和設備的有效組織與管理是提高工程建設效率的重要手段，傳統施工建造中通常都是由施工單位自行編制資源布置圖與組織職能圖并在各施工班組中嚴格執行，導致資源信息不對稱的現象時有發生。基于BIM+的信息管理平臺可通過錄入施工人員和機械設備信息，利用BIM平臺信息公開共享的特點，合理安排施工班組人員與資源的分配調用，為組織有序施工提供強力的支撐。

圖4-20是施工機械臺班平臺端統一管理的示例圖，將進場的施工機械有序編號后導入平臺設備管理表，具體設備工作完畢后由使用人員對機械狀況進行檢修并在平臺設備管理表中實時報備更新。所有大型施工機械設備的平臺端統一排序信息總覽，可為施工單位了解設備運轉狀態合理分配資源提供充分的依據，提高施工組織的工作效率。而如圖4-21所示在BIM +信息管理平臺中錄入班組組長等管理人員信息，鏈接施工人員考勤信息與安全教育培訓信息，可使施工人員參與到BIM平臺信息可視化的學習與管理中。

圖4-20機械臺班管理

Fig.4-20 Mechanical desk shift management

人員信息中心

圖4-21人員信息管理

Fig.4-21 Personnel information management

（3）現場技術交底與安全管理

圖4-22即為工程總體設計圖紙與施工圖設計在基于BIM+信息管理平臺中的共享，針對工程項目中圖紙管理復雜和技術交底落實等問題，利用BIM管理平臺輔助施工可將設計方案等資料上傳至平臺，經資料分類后與BIM模型綁定, 可根據資料與具體模型的綁定關系在平臺中在線查閱需要的資料來確保施工工序的規范準確。而對于預制拼接構件、疑難復雜施工的技術交底問題，可提前編制專項施工方案，以圖文視頻的方式上傳至平臺后與BIM模型中的對應構件綁

定，施工班組可在技術交底會議時通過BIM+信息管理平臺共同學習復雜施工技術。

圖4-22設計圖紙平臺共享

Fig.4-22 Design drawing platform sharing

施工現場安全是工程管理的最基本要素，BIM管理平臺可通過在施工現場布置實時監控設備并將數據接入平臺，實現施工場地危險源初步識別，經監測管理人員平臺診斷后對現場安全文明施工進行考查，將檢查結果取證上傳到平臺。如下圖4-24所示平臺可制定安全整改信息欄，利用檢查整改信息與BIM模型的綁定，可將待整改的具體位置信息在模型中特殊標記。在完成整改后，由施工現場負責人將經整改后的現場實況以圖文的方式更新上傳至平臺，平臺監測人員審核完畢后對安全信息欄的整改狀態做出修正，以此來保證現場施工的安全有序。

圖4-23安全巡改記錄

Fig.4-23 Safety patrol record

圖4-25則是施工過程中安全教育平臺化監督，施工單位應按規定定期開展安全教育活動，對安全教育的考核結果作出記錄并上傳至平臺，并以圖表的形式在平臺顯示安全教育的達標率，加強各參建方對安全生產的重視度。此外也可將每期安全教育的重點內容和施工安全規范視頻定期更新上傳至平臺，便于線上學

習可提高施工現場不同專業人員的安全防范意識。

風礦控 ASSS 設備合昧

月度統計

傑囲娜痢合相翎定鏑齢必颶有安希術接地'

A3E*

B艇

圖4-25安全教育平臺監督

Fig.4-25 Safety education platform supervision

(4)文明施工平臺化監管

平臺支持現場施工文明平臺化監管的功能，如下圖4-26所示，相關管理單位在信息管理平臺制定文明施工檢查計劃，不定期派出隨機巡檢人員對不同施工

現場進行隨機抽檢，將文明施工檢查的地點及不合規的具體事件記錄至平臺，對現場違規之處拍照取證以外部鏈接的形式嵌入平臺并記入整改期限，如下圖 4-27。與此同時，被抽檢的單位也可在平臺對應功能模塊查閱檢查結果，對需要整改的內容做出正確的處理，并將違規行為處理后的現場照片上傳至平臺，進而

實現施工文明信息的云端共享與平臺監督。

圖4-26文明施工整改記錄

圖4-27文明施工平臺監管

Fig.4-27 Safety education platform supervision

（5）施工現場數字化驗收

由于模型構件具有唯一的編碼ID與圖紙編號信息，在施工現場可根據構件具體工序逐步數字化驗收來保證施工質量的可靠性。如圖4-28與圖4-29所示,

在構件每步工序完成后，施工班組負責人可在監理人員的協助下利用構件屬性編輯欄，將竣工現場圖像及簽字留證等驗收資料，以外部鏈接的形式逐個添加至信

息管理平臺，進而實現工程質量的多方平臺化監督。

圖4-28施工數字化驗收

Fig.4-28 Digital acceptance of construction

圖4-29數字化驗收現場數據

Fig.4-29 Digital acceptance site data

（6）進度款平臺記錄審核

關于工程進度款的分批支付，平臺具有統一記錄、多方審核的功能。如圖

4-30所示，業主方可根據目標工程量與施工方簽訂進度款分期支付協議，施工單

位根據每期施工完成量來上報本期產值，監理單位按照實際完成工作量對所報產

值進行審核，業主方審計單位再對具體產值進行核算，協助業主完成工程進度款

的審計支付。隨著施工進度的不斷進行，每期進度款的支付詳情均需按期次上傳至平臺，生成詳實的記錄，并以可視圖表的形式對工程建造費用形成直觀顯示。

此外，如圖4-31,業主方也可以類似方法與設計、監理等參建單位制定工程進度款支付方案，并在平臺中以選項卡的方式將各方單位工程進度款的審核支付詳情記錄詳實，便于各方準確掌握工程合同費用的支付進度。

it［總包合同臧段合同

sob

工隍名軟勘潞及南噸（據iSifSa高速平水口）書默鱗工程（杭鞠98窘壞驟此1切舗佩258424S477元

圖4-30工程進度款平臺記錄

圖4-31各單位進度款審核

Fig.4-31 Review the progress payment of each unit

4.2.4運維階段數據平臺分析

在運維階段，通過運維信息的集成以及與BIM綜合模型的關聯，可借助三維可視化場景對運維信息進行查詢與分析，便于運維管理人員對項目運維信息更直觀、更全面的認識，輔助管理者優化運維業務，對建筑的空間、設備資產等進行科學管理，對可能發生的災害進行預防，有效降低運營維護的成本。

（1）道路實時監測

城市道路運營是基于BIM+信息管理平臺的最終功能體現，通過傳感監控網絡的搭建，道路運營數據最終匯集于信息平臺，平臺監管人員可根據各類海量數據信息對道路運行狀態進行大數據分析，并將分析的結果發布到平臺的移動端，從而使前端人員選擇合適的方案來保障交通的智慧化運營。

如圖4-32、圖4-33所示是智慧快速路中越東路某路段平臺端視頻監控功能。施工階段預埋的傳感器與道路中的智慧燈桿等智能監控設備形成了智慧傳感網，在道路建成后的運行過程中傳感網絡所監測的數據會在信息管理平臺中實時顯示。而在施工預埋傳感器時，傳感器的編號、位置等信息已與BIM模型構件鏈接綁定，這使得所有監控設備的數據都可在平臺中以監控狀態欄的表格形式集成顯示，便于交通運營中對各路段監控設備及數據信息的統一管理。

圖4-33道路狀況實時監控

Fig.4-33 Real-time monitoring of road conditions

圖4-34和圖4-35是智慧快速路環境實時監測功能的示例，同城市道路視頻監控原理類似，信息數據的采集由建造階段所布設傳感器網絡完成。平臺監管人員可在平臺端根據道路環境的溫濕度、風力大小、能見度、降水量等自然條件的數據向用戶發布交通環境預警，并根據環境的影響程度開啟惡劣天氣行車引導系統，利用交通指示燈引導車輛行駛以避免交通事故的發生。

AHIBB

邨肋I KAXB

林nr mni£

ffifi： ws&s® aw

SttiKS

Own

圖4-34環境監測

Fig.4-34 The environmental monitoring

（2）GIS精準定位

在BIM智慧快速路信息管理平臺中由于其BIM綜合模型的搭建具備GIS地理信息模型，因此BIM管理平臺便延續了 GIS的經緯度快速定位功能。如圖4-36 所展示，平臺支持項目BIM模型中任意一點的經緯度查詢功能，可在平臺使用者選中BIM模型中任意位置后直接顯示出詳細的經緯度信息欄，這對單獨依賴 BIM模型構件編號定位來講，無疑更是實現快速精準定位的有效手段。在用戶需要使用手機移動端信息管理平臺發布緊急情況信息時，可通過設定手機定位的訪問權向信息管理中心發布實際位置信息，平臺中心可依據用戶發布的經緯度快速確定其地理位置，以便于平臺與用戶的對接救助。

圖4-36 GIS經緯度定位

Fig.4-36 Latitude and longitude positioning

(3)云端視頻共享

基于BIM+的信息管理平臺支持多種格式視頻文件的上傳，無論是施工技術平臺端視頻交底學習，還是巡檢運維視頻上傳報備均可通過信息平臺達到智慧一體化管理。圖4-37即是平臺的視頻共享功能，由于目前本項目正處于施工階段, 其視頻共享功能主要內容以施工預制拼裝及BIM教學為主。而在運維階段視頻共享功能會成為中心與前端用戶信息交互的有效窗口。當道路需要檢修維護時，平臺中心管理人員根據道路預埋傳感器網所監測數據，在平臺信息發布欄發布文字信息并在視頻功能欄發布道路實際狀況監控錄像。巡檢人員在接收消息后可依據平臺發布的圖文信息趕至現場，利用手機視頻記錄具體的檢修狀況，最后將檢修視頻上傳至手機移動端平臺，信息管理中心對其進行分類標號存檔來保證道路的使用壽命。

濟路軸 - rras Brea

圖4-37平臺視頻共享

Fig.4-37 Platform video sharing

4.3案例實踐難點與解決措施

4.3.1案例實踐難點

本項目案例是以BIM技術為基礎建設城市智慧快速路，與其他BIM項目的不同在于本項目旨在將BIM技術擴展開來運用到項目建設全生命周期，這也就意味著BIM技術在工程項目建設中的應用不僅僅停步于設計階段，而是要貫穿至全生命周期包括施工階段和項目建成后的運營階段。但BIM技術畢竟是以土木建造為核心，單獨一項BIM技術難以支撐住全生命周期的建設與管理，要實現真正的城市道路智慧式一體化管理就需要結合GIS、物聯網、云計算中心、大數據分析等BIM+技術，而跨領域的多專業內容相互融合必然對加大整個項目建設的難度。

因此，本文根據項目案例的實踐經驗，從以下三個方面來討論案例實踐中值得注意的難點。

（1）多專業融合技術要求較高

項目涉及信息技術、土木工程測繪、智能控制等不同專業領域的內容，系統功能的實現是以不同專業的模型為基礎，各類專業的模型都有自己的數據格式和模型深度。數據格式的統一、模型間的相互融合、前端平臺的開發以及綜合模型的輕量化導入平臺等軟硬件設施的精確部署，對項目設計開發人員的技術要求較為嚴格，在平臺的設計階段需要大量的人力、物力來保障平臺的有效部署。

（2）項目前期工作量復雜繁瑣

在項目前期，設計人員需要將BIM綜合模型的構件逐個編碼，與工作結構分解至工序的工程結構樹節點一一鏈接，對由智慧監控設施組成的傳感器網需設立傳感器族，逐個單獨建模編碼，并根據結構詳圖在關鍵節點插入傳感器模型，將其具體屬性信息附著至對應構件，相對于傳統二維出圖的設計方法，工作量顯得更為繁瑣復雜。而在施工過程中，需要施工人員將構件的工序進度和質量驗收資料及時上傳至平臺模型對應構件的屬性欄，此外對于智能傳感器網絡也需要根據模型中的具體節點位置進行布設，與傳統單一化的施工相比無疑增大了工作量。

（3）管理者缺乏相關技術經驗

雖然BIM技術對設計單位并不算陌生，施工單位也因其可視化模擬施工等特點有所接觸，但由于該項目是基于BIM+技術的智慧快速路全生命周期建設，在BIM+技術的集成一體化應用和BIM全生命周期階段的建設應用兩個方面還缺乏足夠的項目實踐經驗。致使某些相關管理者對項目方案的了解不夠全面系統，進而出現BIM技術理解片面和平臺的功能使用不熟悉等問題。

4.3.2對應解決措施

針對項目目前存在的，諸如多專業融合技術要求較高、項目前期工作量復雜繁瑣、管理者缺乏相關技術經驗等難題，可采取的具體措施有以下幾點：

（1）配備多專業人才團隊，保障平臺正常運行

面對不同專業數據格式的統一、模型的搭建融合以及平臺的Web端開發等平臺技術難題，需要從土木建造、地形測繪、網絡工程、自動化識別等不同專業出發，配備對應專業的技術人員，形成技術過硬的設計團隊，來保障基于BIM+ 的信息管理平臺在建設全生命周期內的日常運行與維護。

（2）設立并委派駐場專員，積極落實工作內容

針對項目前期各參與方的實際工作內容繁瑣較多等問題，首先應提高參建人員的思想覺悟，普及智慧化管理的意義，要清楚的意識到前期工作量的認真落實是項目建成落地后實現智慧化運行的前提。其次各單位可設立駐場專員，并以交叉執勤的方式委派到友鄰單位，積極督促信息管理平臺模型的更新和建設方案相關內容的認真落實。最后，可制定激勵制度對提前完成目標工作量的團隊及個人進行獎勵。

(3)開展BIM學習交流會，提升BIM業務水平

為提高項目全生命期內所有參建單位管理人員的業務水平，各個參建單位應積極組織開展BIM及BIM+技術學習交流討論會。具體的實施措施有：設置BIM 技術定期教育課堂，每期由不同單位的項目負責人出來講解BIM知識，并對課堂內容的學習情況進行隨堂測驗；組織協調各單位相關人員參加學術交流，實地考察已建成BIM項目，汲取其他BIM項目的建設經驗等。對于業主方和運營單位的相關管理人員，必須要熟練掌握項目基于BIM+的信息管理平臺的功能應用，設計單位和施工監理單位對BIM模型的接觸比較多，在具體的建設階段其相關人員對BIM+信息平臺的使用也較為頻繁，但對于業主方及運營單位來說，若項目建成后無法熟練掌握應用，便無法發揮出BIM+信息管理平臺的城市道路智慧監管作用。

4.4本章小結

本章以紹興市城市交通智慧快速路系統中越東路及延伸段的在建項目為例，介紹了智慧快速路項目的建設背景與概況。按照智慧快速路全生命周期建設的思路，闡釋了基于BIM+信息管理平臺的數據分類界面總覽效果，及其在設計階段、施工階段和運維階段的功能，并以具體項目信息管理平臺的實際圖例對其各階段主要功能進行描述，對BIM平臺的信息應用管理進行了效果展示。最后根據項目案例的具體實踐經驗，對項目實踐重點難點作出了概括總結，并提出了對應的建議。

5總結與展望

5.1總結

在互聯網信息技術高速發展的當代，城市生活的一切都在越來越趨向于智能化，如若真正實現智慧城市必然得迎合眼前發展注重數據信息的統一管理應用。本文以智慧交通的建設管理為例，在閱讀大量相關文獻資料與參與項目實踐的基礎上，綜合BIM+技術、GIS、IOT、云計算等新興技術的特點確立了基于BIM+ 的智慧交通信息管理系統框架，并通過BIM+信息管理平臺的建立實現設計一體化云端管理、施工集成化實時更新以及運維動態化監測發布等智慧交通建設全生命周期內不同階段的功能應用，可真正保障未來城市道路交通建設管理的信息一體化、系統自動化以及決策智能化。

本研究主要取得以下重要成果：

（1）確立了基于BIM+的智慧交通信息管理系統架構原理

本文分析了 BIM+技術、GIS、IOT、云計算、大數據分析等信息技術的基本概念與特點，疏通其與BIM智慧交通建造的內在聯系，確立了一個包括數據采集、數據傳輸、數據分析、數據應用四層結構的基于BIM+的智慧交通信息管理系統架構。

（2）提出了基于BIM+信息管理平臺建設與應用的解決方案

本文圍繞著全生命周期智慧交通建設管理主題，提出了基于BIM+的智慧交通信息管理平臺的建設實施方案與應用要點。在勘察設計階段著重解釋了 BIM 綜合模型的建設方案、BIM與GIS融合要點、BIM模型輕量化處理方法；在施工階段詳細闡述了結合時間、成本要素的BIM4D、5D輔助施工管理、復雜工序平臺化交底以及施工現場安全平臺化監管的實現對策；在運維階段則介紹了道路結構設施實時監控、交通環境監測預警、移動端與平臺信息聯合交互的應用場景。通過全生命周期內BIM+信息管理平臺技術要領和功能實現的闡釋描述，為后續智慧城市的建設管理提供了全面的理論指導。

（3）探討了基于BIM+的智慧交通信息管理系統具體項目功能使用

本文以結合紹興市智慧快速路系統工程實例，根據親身實踐經驗從實際案例已實現的部分功能出發，展示了基于BIM+的信息管理平臺在不同階段的功能應用效果。通過理論方法與案例實踐結合的方式，分析解釋了基于BIM+的智慧交通信息管理平臺在實際項目實施過程中的疑難重點，并提出了對應的解決措施，可為其他類似項目提供一定參考依據。

本課題的研究提出了基于BIM+的智慧交通信息管理系統框架，并設計規劃了 BIM+信息管理平臺在智慧交通建設全生命周期各個階段的搭建理論方案和應用管理功能，可有效解決城市交通建設管理過程中信息流失與信息交互低效等問題，為城市道路交通全生命周期的信息化建設與智慧化管理提供技術經驗支持。

5.2展望

雖然本文對智慧交通的建設與管理做出了研究，提出了一個基于BIM+的智慧交通信息管理系統建設方案，并以城市道路的建設管理為試點來構建一種基于 BIM的智慧交通全方位統一管理模式，進而實現城市交通到從建設到運營各個階段信息的管理與應用。但未來城市的發展是以實現智慧城市為趨勢，這也就意味著除了道路交通等市政項目需要實現智慧化管理，各類社區、園區建筑也需完成統一的智慧式建造管理。與此同時，伴隨著建筑信息模型BIM技術的逐步成熟以及BIM+等新興信息技術趨于穩定,城市信息模型CIM的概念已有了大致雛形，這恰好與智慧城市的建設理念相吻合，如何將土木房建工程與市政工程聯通并利用好未來的CIM技術真正實現智慧城市的統一建設與應用仍然是一個值得進一步研究的問題。

對此，可從以下幾點展開更進一步的研究：

（1）規劃解讀智慧城市的實際建設方案

盡管本文在對智慧城市理解的基礎上細化出了智慧交通，針對智慧交通做出了相關的研究，提出了關于智慧交通建設與管理的具體方法。但當前城市發展的終端方向是智慧城市，城市的建設是多個區域建筑與道路交通的結合，目前關于智慧城市的研究正處于理論分析層面，缺乏效果明顯的實際建設方案，因此關于智慧城市建設的具體方案值得進一步研究。

（2）研討城市信息模型CIM的概念特點及主要技術支持

經過十多年的發展，BIM技術的概念逐步清晰，其優勢特點及配套軟件大多已得到了工程業界的認可，圍繞著BIM技術的應用正日趨成熟。近幾年，CIM 城市信息模型在BIM技術的影響下也凸顯了強勁的發展趨勢，但對于CIM自身的定義與特點還有待進一步完善，CIM主要的技術支持還需要更進一步明確。

（3）探索城市大腦的理論方法與建設方向

城市大腦的概念雛形最早于2015年被提及，可初步認為是互聯網類腦架構與智慧城市建設相結合的產物，其相關研究目前正處于理論探索階段，關于城市大腦的頂層設計方案和詳細實施細則仍然是個亟待解決的問題。

參考文獻

[1]杰里•萊瑟林，王新.BIM的歷史J].建筑創作,2011(06):148-152.

[2]Azhar, Salman. BuildingInformationModeling (BIM): Trends, Benefits, Risks, and Challenges for the AEC Industry[J]. Leadership and Management in Engineering, 201 1, 1 1(3):241-252.

[3]Love P E D , Edwards DJ , Han S , et al. Design error reduction: toward the effective utilization of building information modeling[J]. Research in Engineering Design,2011,22(3):173-187.

[4]Hannele K , Reijo M , Tarja M , et al. Expanding uses of building information modeling in life-cycle construction projects.[J]. Work, 2012, 41 (6):114-119.

[5]Barlish K , Sullivan K . How to measure the benefits of BIM — A case study approach[J]. Automation in Construction, 2012, 24:149-159.

[6]Redmond A , Hore A , Alshawi M , et al. Exploring how information exchanges can be enhanced through Cloud BIMJ]. Automation in Construction, 2012, 24:175-183.

[7]Zhang S , Teizer J , Lee J K,et al. Building Information Modeling (BIM) and Safety: Automatic Safety Checking of Construction Models and SchedulesJ]. Automation in Construction, 2013, 29:183-195.

[8]Thomas R, Svetlana O , Raja I. Guidelines for Using Building Information Modeling for Energy Analysis ofBuildingsJ]. Buildings, 2015, 5(4):1361-1388.

[9]Boton C , Halin G, Kubicki S , et al. Challenges of Big Data in the Age of Building Information Modeling: AHigh-Level Conceptual Pipeline[C]〃 International Conference on Cooperative Design, Visualization and Engineering. Springer International Publishing, 2015.

[10]Lu Q , Won J , Cheng J C P.A financial decision making framework for construction projects based on 5D Building Information Modeling (BIM)[J]. International Journal ofProject Management, 2015, 34(1):3-21.

[11]Bernstein H, Jones S , Russo M , et al. Green BIM一How Building Information Modeling is Contributing to Green Design and ConstructionJ]. Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture, 2015, 7(02):20-36.

[12]Pawel Nowak, Mariola KsiqZek, Draps M , et al. Decision Making with Use of Building Information Modeling[J]. Procedia Engineering, 2016, 153:519-526.

[13]Pasini D , Ventura S M , Rinaldi S , et al. Exploiting Internet of Things and Building Information Modeling Framework for Management of Cognitive Buildings[C]〃 IEEE Second International Smart Cities Conference (ISC2 2016). IEEE, 2016.

[14]Xue F , Chen K , Lu W , et al. Linking radio-frequency identification to Building Information Modeling: Status quo, development trajectory and guidelines for practitioners[J]. Automation in Construction, 2018, 93:241-251.

[15]葛松培，孫紅三.建筑業信息技術應用新概念——BIM[C]〃第十二屆全國工程建設計算機應用學術會議.2004.

[16]李建成.建筑信息模型與建設工程項目管理J].項目管理技術， 2006(01):60-62.

[17]曾旭東，譚潔.基于參數化智能技術的建筑信息模型[J].重慶大學學報：自然科學版, 2006,29(6):107-110.

[18]曾旭東，趙昂.基于BIM技術的建筑節能設計應用研究[J]. 土木建筑與環境工程, 2006, 28(02):33-35.

[19]龔文博.淺談建筑信息技術的應用[J].上海建材,2007(02):35-36.

[20]何關培.BIM和BIM相關軟件J]. 土木建筑工程信息技術,2010, 2(04):110-117.

[21]張建新.建筑信息模型在我國工程設計行業中應用障礙研究J].工程管理學報,2010(04):37-42.

[22]李建成.BIM 概述[J].時代建筑,2013(02):10-15.

[23]韓寧，牟茗.NavisWorks在建筑信息模型(BIM)技術中應用的研究[C]// 2008年全國高等學校建筑院系建筑數字技術教學研討會.2008.

[24]陳建國，周興.基于BIM的建設工程多維集成管理的實現基礎J].科技進步與對策,2008(10):155-158.

[25]張建平，張洋，張新.基于IFC的BIM及其數據集成平臺研究[C]//全國工程設計計算機應用學術會議.2008.

[26]陳彥，戴紅軍，劉晶，等.建筑信息模型(BIM)在工程項目管理信息系統中的框架研究[J].施工技術,2008(02):9-12.

[27]李勇，管昌生.基于BIM技術的工程項目信息管理模式與策略J].工程管理學報,2012(04):21-25.

[28]李犁，鄧雪原.基于BIM技術的建筑信息平臺的構建[J]. 土木建筑工程信息技術,2012(02):29-33.

[29]李恒，郭紅領，黃霆，等.BIM在建設項目中應用模式研究J].工程管理學報,2010, 24(05):525-529.

[30]張建平，范喆，王陽利，等.基于4D-BIM的施工資源動態管理與成本實時監控[J].施工技術,2011(04):44-47.

[31]王英，李陽，王廷魁.基于BIM的全壽命周期造價管理信息系統架構研究[J].工程管理學報,2012(03):26-31.

[32]王陳遠.基于BIM的深化設計管理研究[J].工程管理學報， 2012(04):12-16.

[33]劉占省，趙明，徐瑞龍.BIM技術在建筑設計、項目施工及管理中的應用[J].建筑技術開發,2013,40(3):65-71.

[34]翟越, 李楠, 艾曉芹, 等. BIM 技術在建筑施工安全管理中的應用研究 [J]. 施工技術,2015,44(12):81-83.

[35]李坤.BIM技術在地鐵車站結構設計中的應用研究[J].鐵道工程學報， 2015, 32(2):103-108.

[36]孫少楠，張慧君.BIM技術在水利工程中的應用研究J].工程管理學報, 2016 (02):107-112.

[37]張衛東.基于BIM的市政道路優化設計探究[J].智能建筑與智慧城市， 2019, 276(11):79-81.

[38]張明利.BIM技術在城市道路設計中的應用研究[J].建筑技術開發，

2019,46(24):94-95.

[39]陳遠毅.城市道路設計中BIM技術的運用[J].科技創新與應用，

2020,(30):99-100

[40]周文波，蔣劍，熊成.BIM技術在預制裝配式住宅中的應用研究[J].施工技術,2012, 41(22):72-74.

[41]李天華，袁永博，張明媛.裝配式建筑全壽命周期管理中BIM與RFID 的應用[J].工程管理學報,2012, 26(3):28-32.

[42]孫陳俊妍，周根，葛宇佳，等.BIM技術在可持續綠色建筑全壽命周期中的應用研究[J].項目管理技術,2017, 15(02):65-69.

[43]張云翼，林佳瑞，張建平.BIM與云、大數據、物聯網等技術的集成應用現狀與未來[J].圖學學報,2018, 39(05):13-23.

[44]唐小龍，張宜華，鄧聲波.基于BIM+GIS在城市建設中的應用研究[J]. 地理空間信息,2019, 17(02):10+70-72.

[45]呂志華.基于建筑信息模型+(BIM+ )技術的風景園林規劃設計數字化研究[J].風景園林,2020,27(8):109113

[46]趙順清，孫輝.BIM+在公路工程項目管理中的應用研究[J].公路,2020, 65(09):231-236.

[47]巫細波，楊再高.智慧城市理念與未來城市發展[J].城市發展研究,2010 (11):56-60.

[48]張輪，楊文臣，張孟.智能交通與智慧城市[J].科學,2014,66⑴:33-36.

[49]Bojan T M , Kumar U R, Bojan VM . An internet of things based intelligent transportation system[C]〃 IEEE International Conference on Vehicular Electronics & Safety. IEEE, 2014.

[50]Khazaei H, Zareian S , Veleda R, et al. Sipresk: A Big Data Analytic Platform for Smart Transportation[C]// EAI International Conference on Big Data and Analytics for Smart Cities. Springer International Publishing, 2015.

[51]JingHL. Research on Key Technology of Smart Transportation Based on Internet of Things[C]// International Conference on Manufacturing Construction and Energy Engineering. MCEE, 2017.

[52]Lin J, Niu J, Li H, et al. A Secure andEfficient Location-Based Service Scheme for Smart Transportation[J]. Future Generation Computer Systems, 2017,92:694-704.

[53]Mcclellan S , Jimenez J A , Koutitas G . Smart Transportation Systems[M]. 2018.

[54]Babar M , Arif F . Real-time data processing scheme using big data analytics in internet of things based smart transportation environment[J]. Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing, 2019, 10 (10):4167-4177.

[55]李喆，王平莎，張春輝，等.國內智慧交通總體架構建設模式分析J]. 交通節能與環保, 2014(2):85-88.

[56]張新，楊建國.智慧交通發展趨勢、目標及框架構建J].中國行政管理, 2015(04):152-154.

[57]劉占山，馬巍巍，倪鵬.中國智慧交通發展框架的認識與思考J].大連海事大學學報(社會科學版),2017, 16(04):56-60.

[58]程璐明.大數據人工智能時代的智慧交通研究J].智能城市,2019, 5(05):98-99.

[59]程璐明.基于5G萬物互聯的智慧交通探索J].智能城市,2019, 5(04):98-99.

[60]張宇航.關于大數據人工智能時代的智慧交通研究J].通訊世界,2019, 26(02):87-88.

[61]王小兵，孫久運.地理信息系統綜述J].地理空間信息,2012, 10(001):25-28.

[62]王保云.物聯網技術研究綜述J].電子測量與儀器學報,2009, 23(012):1-7.

[63]孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網:概念、架構與關鍵技術研究綜述J].北京郵電大學學報,2010, 33(003):1-9.

[64]方巍，文學志，潘吳斌，等.云計算:概念，技術及應用研究綜述J].南京信息工程大學學報(自然科學版),2012, 04(4):351-361.

[65]方巍.大數據:概念、技術及應用研究綜述J].南京信息工程大學學報：自然科學版,2014(6):405-419.

【本文地址：http://www.bzhlmm.com//guanlilei/gongshangguanli/xixinguanli/8814.html】