数智时代下的“控”与“辅”——BIM GIS技术在交通基础设施数字化和建设管理中的研发和应用

2023年9月，为了进一步促进公路数字化转型，加快智慧公路建设发展，提升公路建设与运行管理服务水平，交通运输部印发《关于推进公路数字化转型 加快智慧公路建设发展的意见》，《意见》中提出要以数字化促进工程管理降本增效；开展基于BIM的三维协同设计，推动设计成果向施工传递；在已有的自动化施工、无人作业基础上，进一步研发智能施工装备，逐步实现物料机互联、协同施工、工程模型同步验收交付，提升施工组织和工程监管效率。

依托河南省“13445”工程38个高速公路项目集中建设实施，短时间内大规模、高密集的高速公路项目建设与实施，对项目的科学、精细化、高质量、进度保障管理提出了新的要求。通过建设数字化综合管理平台，基于BIM+GIS技术融合互联网协同技术、物联网远程监控技术、云计算技术进行延伸拓展应用，搭建在建项目共享数据库，融合多源数据，完善基于大数据的智慧预警和合理建议体系，助力“13445工程”项目品质工程建设，为实现“建、管、养”一体化智慧型高速公路奠定数据基础。

数字化工具卡脖子，交通基础设施数字化技术尚未实现国产化独立自主研发，基础性数字化工具（如BIM三维正向设计软件等）仍存在卡脖子问题。缺乏数据中心汇聚整合，交通基础设施建管养运过程管理仍处在信息化水平，存在信息孤岛，未能实现信息融合和价值体现，亟需在建立数字化标准体系的基础上将数据进行汇聚利用，形成全寿命周期数据链和大数据中心，以数据驱动管理效率的提升。系统融合贯通能力差，现有的建管养运信息化、数字化系统各自独立、数据隔离、功能不全、效能不高，如何促进各系统融合贯通，搭建覆盖全寿命周期、全要素的数字化管理平台正是问题解决的关键要素。其次是协同发展能力弱，随着交通行业数字化业务的拓展，涌现了大量的新型产业，而各上下游企业各自为战，未能形成高效的产业链和生态圈，不利于行业内和行业间的有效协同和共同发展。最后是高端人才缺口大，与先进制造业相比，交通行业数字化人才缺口较大，尤其缺乏相关领域的高层次领军人才，人才培养途径和汇聚能力相对匮乏。

交通行业数字化政策发布快、行业数字化技术沉淀较少，部分企业还处于被动应付阶段，受到业主、政策的强制要求，大多数企业还没有普及性的项目管理基本工具，企业级应用还处于研究阶段。并且数字化专业不齐全，应用顶层设计、综合应用能力不足，无全专业集成应用，没有深入挖掘数字化技术的价值，大数据和协同应用少。

公路建设特点是地形地质条件复杂，生态环境敏感脆弱，工程点多线长，施工场地全线管控难度大，质量安全难管理，公路工程线状的特点，设计施工专业多、队伍多、机械多，导致质量安全管理困难。工期紧、进度管控难，工程体量大，参建单位多，施工组织及进度管理极其复杂。工程资料多归档难，资料种类数量多，计算复杂，审批流程长，传统工作模式中资料归档工作严重滞后。工程变更监管统计难，在变更审批过程中业主单位监管全线变更时数据统计难度大，造成工程变更监管困难。参建方多、项目协同管理难，依靠传统的管理协同及管理模式，难以保障项目及时有效沟通。

为了统一公路工程数字模型构建和数字信息分布规则，同时将工程放在同一张GIS地图上，形成河南省的交通基础大数据，实现统筹管理，在服务工程的同时，服务于行业管理和服务于公众出行，编制《公路工程信息模型设计应用标准》，拟编制公路工程划分与编码标准、公路工程全寿命周期数据与共享技术标准。《标准》站在工程全寿命周期数字化应用的角度，规定了设计阶段模型创建、模型应用和模型交付的技术要求，统一了模型构件编码和信息格式，其核心是构建工程数字化资源目录，为数字化模型在工程全寿命周期内的传递迭代夯实了基础。

本着服务项目建设信息化管理和智能化建造，以及行业平台化监管的目标，编制建设阶段数字化的应用标准：河南省公路（土建工程）工程划分与编码指南。以公路工程质量检验评定内容和要求为依据，打通分部分项、零号清单、产值进度的数据通道，统一变更途径；数字化施工建设管理精细化管理要求。

公路工程数字化以建设管理系统开发与应用为前提，平台面向项目建设通过生产要素监管和施工过程监控，以及智能试验、加工、施工设备的应用，实现高质量安全建设和数字化交付；面向投资集团，通过融合投资项目的建设数据分析，进行动态综合监管和数字化看板督战，对履约方进行精准考核评价，对项目进行精准管控和精心服务；面向行业管理，通过在建项目的大数据分析，进行总体态势把控，为行业管理决策提供参考。

平台的数据存储和计算是以公有云为主的，只有小部分涉密数据使用私有云。算力、算法和网络安全是可以保障的。基于我们事先制定的数据资源目录和信息交换共享标准，汇聚至平台的数据逻辑规则清晰、便于分析统计的大数据。

平台通过集成应用新技术、新设备构建感知和分析能力，结合行业和项目的管理理念和要求，强化协同管理机制实现精细管理和精心服务。平台集成物联网技术，自动采集数字化实验、检测、加工、施工设备的数据，数据不落地，保证数据的真实性。平台可扩展培训、教学资料，样板示范案例，根据岗位和流程进行服务信息推送。平台中内置了各项验收评价标准和设计要求，自动进行评价。

通过集团级-项目级两级架构，统一各建设项目的基础数据格式，加强对各项目的管控，实现数字化管理。平台采用开放式架构。基于GIS+BIM的三维可视化信息模型，集成融合互联网、移动互联网、物联网和AI视觉，大数据和云计算技术，通过建立统一的数据格式和信息交换规则，各业务系统的数据产生和提取通过数据中台进行交换。平台是开放融合的，不同项目的业务系统可以根据项目的特点和管理要求，选择不同的业务系统组合，或进行定制开发，也可以集成其他服务方的系统模块。

数字化建设管理平台架构

建设管理数字化闭环管理

两大平台与三类建设主体共同形成闭环管理：集团总控平台抓取各项目级管控平台数据，聚焦 “进度、投资、履约”三大关键要素，建立多项目指标库，实现多项目、多指标对比。通过集团、项目两级平台，实现数据抓取、统计分析、自动预警、指标监管、中心督导、全程跟踪、下达整改、监督验收、问题整改、平台反馈的数字化闭环管理。

BIM模型是建设过程数据管理的载体，由于公路工程特性，结合GIS能够让三维BIM模型及数据从宏观走向微观，实现基于数据的精细化管理。提供多种实用的GIS查询与分析功能，同时提供GIS的位置服务和空间分析等，可为BIM提供专用的动态模拟功能，为建设过程数字化管理提供技术支撑。

另外，随着航测技术的飞速发展，无人机倾斜摄影技术得到了极大的提升。基于倾斜摄影创建三维实景地面模型，可真实、直观地展示项目施工现场真实的地形地貌。通过BIM技术建立公路工程模型，再与实景模型进行叠加融合，作为数字化建设管理系统的信息载体，满足信息化数据底座应用要求。

监测人员和设备的工作状态，并对作业的规范性进行评估。对于物联网和视频监控不能覆盖的受控作业，通过移动终端在作业现场采集作业图像和数据。在精准的实时感知、精确动态分析的基础上，信息化技术使各方高效协同，使得过程精细化管理得以实现。

建设管理各项业务系统通过对人、料、机状态的分析，建设数据与计划进度的对比，质量问题、安全隐患发生事故率的分类统计分析，进行针对性精细化管理提升。在精细管理的基础上，用数据说话，对履约单位和作业班组、工作人员、材料供应商、料源地进行评价，让考核评比更客观。通过大数据分析，找出参建相关方、甚至是相关岗位的管理和技术的优势和短板，进行针对性的交流和培训，提升建设水平。

针对13445工程高速公路项目建设前期的工作重点，平台内置了6个工作划分，28个工作内容，162个主要节点；管控流程标准化，全过程留痕可追溯，紧盯技术、用地、投资三条主线，全力压茬推进、交叉推进、平行推进前期工作。系统主要包括建设项目前期管理，如工作报告管理、工作台账管理、项目动态、智能审批、工程进展展示。建设前期自动评价管理，包括建设前期评价、自动预警、建设前期节点计划及完成台账。建设项目管理评价，包括施工期自我评价和综合评价、竣工验收期评价、考核评价台账等，提升项目建设前期管理效率。

建设项目前期管理系统

以“项目级平台数据实时抓取为基础、主线”，开发上线集团级数字看板，可视化呈现项目建设的各项指标，丰富数字化管理方式，实现投资进度、工程进度动态综合监管、质量安全动态综合监管履约方考核，重点监管、服务事项、实现投资、建设进度、质量、项目建设总体态势把控。

集团级总控平台

以公路建设“管理数字化、施工智慧化”为目标，聚焦12类应用、40个功能模块，以工序报验为主轴，实现质量、安全、合同、进度管理全覆盖，验工计价归档一体化，形成了统一的工程建设大数据，实现了公路工程智能建造和数字化交付。

项目级管控平台

BIM集成 ：工序报验是工程施工进度体现和工程质量把控的核心主线，也是计量支付的重要依据。首先将工程根据质检和计量的要求，进行分部、分项划分，再将设计参数、设计图纸、清单造价信息关联至分项的三维模型上，实现了三维可视化的工程设计大数据；接下来再根据施工工序和报验流程制定相关表单，系统预定义了河南省公路工程204类、55429个分项的586个工序、852个标准表单。

BIM集成

协同管理——工序报验 ：将工程全线按照分部分项划分导入系统，根据不同工程系统自动配置施工工序及质检表格，系统内进行填写、评定；同时根据施工工序将施工方案审批、开工报告、桩基检测、试验管理、隐蔽工程管理等模块穿插至各个工序报验阶段，规范施工工序管理。

实现质检资料的电子化，内置检验评定规范，支持报验时按照工序验收质检资料，实现随施工、随记录、随归档。与工序报验联动，对资料的完整性与及时性进行自动检查与预警。

协同管理——进度管理 ：支持分部分项级计划的制定，收集工序报验的数据以及质检资料的信息，自动统计当日产值，形成形象进度。支持模型通过不同颜色展示工程进度，进行多维进度（计划进度、形象进度、质检进度、计量进度）的对比分析。

进度管理

协同管理——工程巡检 ：内置质量、安全、环保风险隐患库，支持现场发现问题拍照上传，多级审批闭合流程，具备多维统计分析功能，能够筛选出高频问题和共性问题。

协同管理——计量支付 ：采用线上计量支付，实现施工、监理、设计、检测单位支付流程的审批。与工序报验联动，自动生成当期计量单，验工计价，提高计量效率，保障资金支付进度。计量支付网上审批，实现自动锁定清单、锁定计量上限，结合工序报验系统质检资料自动计算阶段性的计量款项；同时自动汇总变更管理中已批复的变更，实时更新施工单位清单价，避免人为误差、超计、漏计，提高中间计量效率、缩短计量周期。

协同管理——履约管理 ：对各项目施工、监理、试验检测等参建单位人员“分岗分级”精准划定电子围栏、设置打卡规则，实现身份证与人脸核验人证合一，严格落实合同履约人员实名上岗，实时动态监管，避免违规顶替、随意变更。通过人脸识别和活体检测技术，便捷考勤管理，达到动态监管的效果。

IOT集成 ：主要应用于：物料管控、拌和监控、试验监控、张拉压浆监控、压路机监控、视频监控等。试验资料无纸化，设置签字、签章流程，并结合工序报验系统对试验资料进行归档。对万能机、压力机数据进行采集、分析和预警。使用“一机一码”，对试验设备的标定、维修、保养进行全过程跟踪。对标养室温湿度实时采集，不满足要求及时预警。开发挂接试验管理系统的物料管理系统，系统按照相关规范要求频率监督自检、抽检工作。如缺少自检、抽检信息，系统自动报警，不合格情况系统内闭合；结合资金拨付系统内备案合同，对非入围厂家或非备案合同厂家的材料及时预警。

数字档案 ：依据交竣工管理办法，使用CA签章，按照组卷规则，对工程数据进行组织，归档工程信息，形成电子档案。

数字信用 ：充分利用工程大数据，对参建单位、劳务人员、材料供应商、机械设备等各类生产要素进行评价，辅助建立省级黑白名单数字评价体系，提高省内交通建设行业参建单位的信用意识，充分保障“13445工程”项目建设的高质量、高标准、高水平、高效率。

自“13445”工程数字化建设管理系统上线使用以来，所有38个项目累计进场6000余名履约人员，实行人脸识别打卡；施工、监理、检测等重点人员履约率从初期的43.8%到目前的92.1%。累计发起工序报验超63万次，填写资料531万余张，人工填报数据减少70%，大幅度提升现场施工、监理的流转效率，质量评定效率提升3倍以上。截至目前发现隐患线索31000余条， 对于76.3%的隐患整改实现当日即改即合，平均闭合时间6.9小时，设备隐患数量降低38.7%。累计产生近23万条过磅数据，进行自检超1.5万次、抽检近3500次，自检抽检合格率超98%。有效地提升了我省“13445”工程高速公路大规模集中建设项目的管理效能。

公路智建系统通过一年多在“13445”工程38个项目上的运行，达到了集团对项目的精准管控，精细化管理，有效提升管理水平，基本形成了河南省高速公路建设数字化的成套技术服务能力和体系。未来我们将考虑将如此多的建设过程数据进行交付与后续管养、运维服务，形成有效的数据复用，贯彻将工程数据进行全生命周期应用需求。