唐 崗

（廣西壯族自治區(qū)水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，530000，南寧）

廣西柳江防洪控制性工程洋溪水利樞紐是國(guó)家172節(jié)水供水重大水利工程，洋溪庫(kù)區(qū)含梅林大壩庫(kù)區(qū)，庫(kù)區(qū)范圍廣，涉及廣西和貴州兩省 （自治區(qū)）。在項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)各階段，綜合采用已有各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)成果、專利，創(chuàng)新性地開(kāi)展各項(xiàng)工作。其中，將勘察數(shù)據(jù)、建筑信息模型（BIM）數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)等各類信息數(shù)據(jù)整合在一個(gè)平臺(tái)上，形成洋溪水利樞紐地理信息管理平臺(tái)及“一張圖”，全面實(shí)現(xiàn)洋溪水利樞紐信息化管理。

一、平臺(tái)整體設(shè)計(jì)思路

根據(jù)工程整體設(shè)計(jì)需要，創(chuàng)新采用人工地面測(cè)繪地形、無(wú)人機(jī)空中傾斜攝影、無(wú)人船水下地形測(cè)量等新技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，結(jié)合BIM三維設(shè)計(jì)對(duì)壩址地形建立高精度三維模型，建立大壩水工建筑物BIM模型(含左右壩肩、大壩廠房、溢流壩、航閘建筑物、機(jī)電設(shè)備、魚(yú)道建筑物等)，建立三維地質(zhì)BIM模型，建立移民安置點(diǎn)BIM三維模型，建立全庫(kù)區(qū)200 km2DEM三維模型，以及建立重要市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、施工區(qū)等重要位置傾斜實(shí)景三維模型、庫(kù)周公路復(fù)改建三維設(shè)計(jì)等。通過(guò)綜合分析、挖掘、融合各種數(shù)據(jù)源，建立BIM+GIS綜合地理信息管理平臺(tái)，對(duì)工程各階段按需要逐步擴(kuò)展，形成信息一體化CIM管理平臺(tái)，為工程設(shè)計(jì)、樞紐工程建設(shè)、移民搬遷、庫(kù)區(qū)防護(hù)工程、水庫(kù)淹沒(méi)處理、環(huán)境現(xiàn)狀影響、施工進(jìn)度管理、防洪調(diào)度、后期大壩監(jiān)測(cè)、工程管理運(yùn)行維護(hù)等提供工程全生命周期信息化管理服務(wù)。

遵循創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享發(fā)展理念，緊密圍繞提升洋溪水利樞紐信息化管理水平和優(yōu)化洋溪梯級(jí)水資源配置目標(biāo)要求，采用建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、決策支持系統(tǒng)（DSS）、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，以洋溪水利樞紐及監(jiān)控（監(jiān)測(cè)）站建設(shè)、通信系統(tǒng)優(yōu)化論證、應(yīng)用軟件功能開(kāi)發(fā)作為設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)，為今后實(shí)現(xiàn)洋溪水利樞紐信息化、智能化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建可靠的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)洋溪水利樞紐信息化管理和應(yīng)用。

二、平臺(tái)建設(shè)與管理

1.二三維可視化信息平臺(tái)

該平臺(tái)主要基于二三維一體化地理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)洋溪水利樞紐工程的設(shè)計(jì)（三維）、工程基本信息、工程施工進(jìn)度、工程面貌（二維、三維）及各類關(guān)聯(lián)工程信息、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息等的可視化展示與綜合信息查詢服務(wù)。

二三維可視化信息平臺(tái)建設(shè)主要包含五部分：大范圍三維場(chǎng)景、工程BIM三維建模、360°實(shí)景、動(dòng)態(tài)模擬仿真和BIM+GIS地理信息系統(tǒng)。

（1）大范圍三維場(chǎng)景

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了洋溪水利樞紐工程庫(kù)區(qū)、壩區(qū)及上下游部分區(qū)域的三維地形建模。基于三維場(chǎng)景，結(jié)合矢量數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)正射影像圖、天地圖、無(wú)人機(jī)傾斜實(shí)景三維模型等，展現(xiàn)工程基本信息、工程施工進(jìn)度及各類關(guān)聯(lián)工程信息、區(qū)域地形地貌和經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息等。

（2）工程 BIM 建模

通過(guò)對(duì)洋溪水利樞紐工程的工程設(shè)計(jì)效果及重點(diǎn)工程部位的三維建模，并與大范圍三維場(chǎng)景融合，精細(xì)、直觀反映工程細(xì)節(jié)。依托BIM平臺(tái)的建設(shè)，建立面向工程建設(shè)過(guò)程與維護(hù)階段的BIM應(yīng)用實(shí)現(xiàn)模式。該模式整體分為三個(gè)層次，分別是平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層與應(yīng)用層。

平臺(tái)層是BIM工程數(shù)據(jù)中心，其利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程勘測(cè)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、資料與成果信息集中統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理與分發(fā)，并動(dòng)態(tài)集成施工過(guò)程數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的API服務(wù)對(duì)外提供數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)BIM模型輕量化處理與可視化顯示。

數(shù)據(jù)層為BIM平臺(tái)提供數(shù)據(jù)源，包括前期的勘測(cè)設(shè)計(jì)資料和BIM建模成果，如壩址高精度地面三維模型、大壩水工建筑物BIM模型、三維地質(zhì)BIM模型、移民安置點(diǎn)BIM三維模型、機(jī)電設(shè)備模型等，也包括施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集。為適用各階段不同的建模工具與手段，以及不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，平臺(tái)支持采用標(biāo)準(zhǔn)的接口實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的集成，支持常用地質(zhì)建模軟件成果的導(dǎo)入，也支持其他專業(yè)的BIM三維建模資料與成果的讀取與集成。

應(yīng)用層為BIM專業(yè)應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程數(shù)字化施工中工程量計(jì)算、進(jìn)度模擬、安全分析與評(píng)價(jià)、深化設(shè)計(jì)、VR動(dòng)畫(huà)展示、專業(yè)應(yīng)用等提供全面的平臺(tái)與技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)與BIM平臺(tái)無(wú)縫對(duì)接，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果與施工管理的一體化，實(shí)現(xiàn)BIM對(duì)工程數(shù)字化施工建設(shè)的支撐。

（3）360°實(shí)景

拍攝洋溪水利樞紐工程施工現(xiàn)場(chǎng)360°實(shí)景圖像，結(jié)合三維場(chǎng)景、三維模型進(jìn)行展示，便于用戶直觀了解工程施工進(jìn)度，拍攝庫(kù)區(qū)移民村莊房屋室內(nèi)室外360°實(shí)景圖像，為補(bǔ)償搬遷留證。

（4）動(dòng)態(tài)模擬仿真

將模型加工制作成動(dòng)畫(huà)視頻并配以音效等，圖文聲像并茂，生動(dòng)活潑，直觀清晰地展示整個(gè)工程面貌。結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬仿真動(dòng)畫(huà)功能。在三維場(chǎng)景基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果如庫(kù)區(qū)、儲(chǔ)水位、洪水位等疊加到模型上，實(shí)現(xiàn)某一過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真顯示，為管理決策提供形象化參考。

（5）BIM+GIS地理信息系統(tǒng)

平臺(tái)軟件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本方案采用ArcGIS軟件作為綜合信息平臺(tái)，該平臺(tái)有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析功能、三維建模功能及數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，在該平臺(tái)上融合各專業(yè)BIM數(shù)據(jù)、勘察設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，形成了BIM+GIS一體化，把整個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息融合一起，形成項(xiàng)目信息“一張圖”。

在ArcGIS中建立統(tǒng)一坐標(biāo)系，創(chuàng)建圖層及數(shù)據(jù)庫(kù)文件，把壩址高精度地面DEM模型、地質(zhì)地下三維模型、大壩建筑物BIM模型設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)備BIM三維模型、移民安置點(diǎn)三維模型和市縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、施工區(qū)等重要位置傾斜實(shí)景三維模型的各專業(yè)BIM三維設(shè)計(jì)成果，導(dǎo)出轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、融合、疊加分析顯示，結(jié)合“天地圖”影像數(shù)據(jù)作為大場(chǎng)景底圖，高精度正射影像及實(shí)景三維模型作為局部場(chǎng)景，根據(jù)工程項(xiàng)目管理需求定制管理、查詢、分析功能，搭建BIM+GIS綜合地理信息管理平臺(tái)，形成工程項(xiàng)目“一張圖”，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全信息化設(shè)計(jì)與管理。通過(guò)“一張圖”，實(shí)現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)的融合并進(jìn)行各種分析、疊加，對(duì)完成工程勘察設(shè)計(jì)、項(xiàng)目施工、庫(kù)區(qū)移民安置、道路復(fù)改建等發(fā)揮了巨大作用，為后期項(xiàng)目管理與維護(hù)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)

（1）基礎(chǔ)平臺(tái)搭建方案

根據(jù)樞紐信息化建設(shè)以及未來(lái)一個(gè)時(shí)期發(fā)展需要，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和計(jì)算資源池采用4臺(tái)四路高性能服務(wù)器部署物理集群進(jìn)行構(gòu)建，形成信息化發(fā)展的軟硬件基礎(chǔ)資源。

通過(guò)存儲(chǔ)層面的雙活實(shí)現(xiàn)兩陣列間的互備保護(hù)。兩臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備上的LUN被虛擬化為一個(gè)虛擬的卷，主機(jī)寫(xiě)操作通過(guò)卷虛擬化鏡像技術(shù)同時(shí)寫(xiě)入兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，保持?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)一致。

（2）主要軟硬件設(shè)備配置

云計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)配置2臺(tái)虛擬化服務(wù)器、2臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、1套集中式存儲(chǔ)系統(tǒng)、1臺(tái)光纖交換機(jī)，同時(shí)配置1套虛擬化軟件和分布式存儲(chǔ)管理軟件。

3.異地災(zāi)備

根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需要，建立一個(gè)異地?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)，將本地關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)復(fù)制備份于災(zāi)備中心，在此基礎(chǔ)上，建立一套與本地生產(chǎn)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膫浞莪h(huán)境，部署業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)本地生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難時(shí)，由災(zāi)備中心提供完全可用的應(yīng)用生產(chǎn)環(huán)境。

4.運(yùn)行管理

運(yùn)行管理組織機(jī)構(gòu)：強(qiáng)化信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、維護(hù)、更新；明確有關(guān)人員在數(shù)據(jù)收集和處理過(guò)程中的職責(zé)；合理組織工作流程和信息流程；建立統(tǒng)一的工程信息編碼體系。

運(yùn)行管理方式：管理信息系統(tǒng)投入運(yùn)行后，為確保系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，保障各子模塊在整個(gè)信息系統(tǒng)平臺(tái)上的正常運(yùn)行，必須加強(qiáng)整個(gè)工程信息系統(tǒng)的規(guī)范化運(yùn)行管理，并設(shè)專業(yè)維護(hù)人員進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)管理，負(fù)責(zé)設(shè)施的日常維護(hù)、更新，遭遇特殊情況后采取應(yīng)急措施等。

三、技術(shù)創(chuàng)新成果

①采用低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量新技術(shù)對(duì)工程庫(kù)區(qū)進(jìn)行地形圖測(cè)繪，結(jié)合使用PDA外業(yè)平板人工調(diào)繪方式進(jìn)行數(shù)字化立體采集成圖，極大地提高了工作效率。

②采用自主研發(fā)無(wú)人測(cè)量船進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。無(wú)人測(cè)量船可安全、快速地進(jìn)行水下地形測(cè)量，解決了復(fù)雜水域載人船難以進(jìn)入而無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。

③采用工程地質(zhì)外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在外業(yè)測(cè)繪時(shí)可直接從操作界面上點(diǎn)選相應(yīng)的地質(zhì)描述術(shù)語(yǔ)，配合高精度GPS模塊工業(yè)級(jí)平板（支持多星定位技術(shù)和RTK差分技術(shù)），實(shí)現(xiàn)最高達(dá)厘米級(jí)定位精度，使得外業(yè)采集工作變得更高效、更簡(jiǎn)單、更標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)紙化。此外通過(guò)移動(dòng)端、PC終端快速與服務(wù)器雙向交換數(shù)據(jù)，與內(nèi)業(yè)地質(zhì)三維建模系統(tǒng)互相結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)內(nèi)業(yè)外一體化，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、成圖、制表智能化、快速化、協(xié)同化、自動(dòng)化。

④實(shí)現(xiàn)壩區(qū)高精度地形采集及三維建模。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，使用自主研發(fā)的實(shí)用新型專利 《工程測(cè)量水準(zhǔn)儀支撐裝置》《一種工程測(cè)量用便攜測(cè)距裝置》《一種水利水電測(cè)繪工具裝置》，使用這些專利技術(shù)后，工程測(cè)量水準(zhǔn)儀能夠平穩(wěn)升降，可靠性高。在測(cè)繪完成或轉(zhuǎn)移地點(diǎn)時(shí)，水利水電測(cè)繪工具裝置可以使作業(yè)人員快速省力地移動(dòng)測(cè)繪裝置和支撐板，節(jié)省空間，方便攜帶，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)和便于移動(dòng)的效果，提高了工作效率。

⑤各專業(yè)采用BIM技術(shù)開(kāi)展三維協(xié)同設(shè)計(jì)。規(guī)劃、測(cè)繪、地質(zhì)、水工、施工、機(jī)電、建筑、暖通、給排水等專業(yè)的BIM三維設(shè)計(jì)資料集中于同一平臺(tái)下，三維設(shè)計(jì)項(xiàng)目組內(nèi)各成員、各專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì),信息更新及時(shí)快速。設(shè)計(jì)過(guò)程中由三維設(shè)計(jì)管理員統(tǒng)一管理協(xié)調(diào)，定期進(jìn)行項(xiàng)目組成員和專業(yè)間溝通、配合，顯著提高了工作效率。三維協(xié)同設(shè)計(jì)還可發(fā)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)中難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，解決了設(shè)計(jì)中的難題，并豐富了產(chǎn)品，三維成果形象、立體，實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”,也為知識(shí)密集型產(chǎn)品進(jìn)入程序化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

⑥實(shí)現(xiàn)BIM+GIS數(shù)據(jù)融合分析，搭建工程地理信息管理平臺(tái)。通過(guò)對(duì)勘察數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)高度整合、疊加、分析、融合，結(jié)合國(guó)家“天地圖”影像數(shù)據(jù)作為大場(chǎng)景底圖，深度挖掘潛在價(jià)值，實(shí)現(xiàn)功能定制、優(yōu)化，形成工程項(xiàng)目“一張圖”，有利于工程建設(shè)質(zhì)量、進(jìn)度、投資控制和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益。