基于BIM的城市地下管網(wǎng)管理研究

王振濤 梅利芳 張玲玲

摘 要：通過(guò)分析傳統(tǒng)二維地下管網(wǎng)管理存在的問(wèn)題，提出利用BIM技術(shù)解決地下管線問(wèn)題的方案，講述了用BIM技術(shù)建立城市地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)的具體流程，最后對(duì)該系統(tǒng)在地下管線管理各個(gè)階段的應(yīng)用進(jìn)行了探究分析，為地下管網(wǎng)管理提供了新思路。

關(guān)鍵詞：地下管網(wǎng);BIM;管理;系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.094

1 引言

地下管線是指埋設(shè)在城市規(guī)劃道路下的給水、排水、燃?xì)狻崃?、工業(yè)等各種管道、電力、電信電纜以及地下管線綜合管廊等。地下管線作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市的生命線[1]。因此建立安全、準(zhǔn)確、科學(xué)、全面、智能、可視、有效的地下管線系統(tǒng)，是城市規(guī)劃、發(fā)展和管理的基本需要，是保障當(dāng)前社會(huì)發(fā)展和人民安居樂(lè)業(yè)的重要一步，也是人類對(duì)自然環(huán)境和人文環(huán)境必須承擔(dān)的一種責(zé)任。目前，地下管線數(shù)量和種類增多，地下空間開(kāi)發(fā)力度變大，地下管線空間更為狹窄，城市地下管線問(wèn)題已成為社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。

BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息化的產(chǎn)物，其在對(duì)龐大、復(fù)雜信息的管理及分析方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，在地下管線的日常運(yùn)維管理中引入BIM，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線的信息化管理，不但能夠提升生產(chǎn)效率，還能降低建造維護(hù)成本。

2 傳統(tǒng)城市地下管網(wǎng)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)地下管線主要通過(guò)二維平面圖紙資料進(jìn)行設(shè)計(jì)管理，其管理方式存在很多缺陷，主要存在于以下幾個(gè)方面：

2.1 直觀性差

傳統(tǒng)的管線設(shè)計(jì)是各專業(yè)將其設(shè)計(jì)的平面圖疊加以后，在按照一定的原則確定各種系統(tǒng)管線的相對(duì)位置，進(jìn)而確定管線所在位置，然后再畫出剖面圖，這種設(shè)計(jì)方法繁雜、不夠直觀、精確度低。

2.2 整體性缺乏

在地下城市管線中，尤其在交叉的地方只靠肉眼去看，很難看清管線是怎么相互交叉擺放的，特別是對(duì)于大型的市政道路，管線種類眾多，在道路標(biāo)高變化較大或周邊地形復(fù)雜的地方，管線避讓、滿足敷設(shè)要求以及控制埋深等各問(wèn)題之間常常顧此失彼，維修施工時(shí)解決了一處碰撞，又帶來(lái)別處的碰撞[2]。

2.3 信息準(zhǔn)確率低

地下管線長(zhǎng)期埋設(shè)在地下，部分專業(yè)管線一旦發(fā)生安全事故，通過(guò)傳統(tǒng)的壓力檢測(cè)法，總是不能及時(shí)有效的解決問(wèn)題以及確定事故所影響范圍，會(huì)對(duì)地下管線造成更大的破壞。

因?yàn)閭鹘y(tǒng)的地下管線管理模式存在上述的不足，采用BIM技術(shù)進(jìn)行地下管網(wǎng)管理成為針對(duì)大型復(fù)雜城市管網(wǎng)管理問(wèn)題的優(yōu)選解決方案。

3 BIM在地下管線設(shè)計(jì)與管理中的應(yīng)用

3.1 地下管線問(wèn)題的BIM解決方案

（1）運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)地下管線進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段針對(duì)地下管網(wǎng)的各類管線進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)和碰撞檢查，利用這兩大功能解決管線排布問(wèn)題，隨后用戶可以借助模型通過(guò)各種方式獲取構(gòu)件局部斷面和復(fù)雜部位的詳細(xì)信息，這些是傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

（2）通過(guò)三維BIM模型可以對(duì)地下管線進(jìn)行局部調(diào)整修改，各個(gè)碰撞點(diǎn)調(diào)整后所帶來(lái)的工程中的其他部位的連鎖反應(yīng)可以及時(shí)清晰地體現(xiàn)出來(lái)。在實(shí)際工作進(jìn)行中，借助BIM制定完整可行的問(wèn)題解決流程，有效地減少施工過(guò)程中的返工現(xiàn)象，保證了管線調(diào)整的全面性和準(zhǔn)確性。

（3）將BIM與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，兩者相輔相成，共同合作實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)管理，通過(guò)BIM模型對(duì)管網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)顯示，及時(shí)分析預(yù)報(bào)存在或可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，兩者的結(jié)合為地下管網(wǎng)的所有組件和設(shè)備賦予了感知能力和生命力。一旦發(fā)生險(xiǎn)情，管理人員可以立即通過(guò)BIM模型獲取事故管段的位置以及事故性質(zhì)等其他關(guān)鍵參數(shù)，為及時(shí)疏散和檢修處理提供信息。

3.2 建立基于BIM地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)

通過(guò)上述BIM技術(shù)應(yīng)用于城市地下管網(wǎng)管理分析，要保障BIM在地下管線設(shè)計(jì)與管理中的優(yōu)勢(shì)充分展現(xiàn)，使現(xiàn)代地下管線系統(tǒng)盡快順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，保證人們生活的正常的進(jìn)行，我們需要建立起一套專門用于城市地下管網(wǎng)的三維管理系統(tǒng)，以協(xié)助管理人員和建設(shè)人員更好的規(guī)劃管理地下管網(wǎng)。

該系統(tǒng)的構(gòu)建主要借助四大技術(shù)：BIM，GIS（Geographic Information System）、第三方系統(tǒng)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，BIM技術(shù)用來(lái)集成建筑物全壽命期的信息，GIS主要用來(lái)收集與環(huán)境相關(guān)的外部信息，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建基于BIM的地下管線模型，再通過(guò)第三方系統(tǒng)將管線上各傳感器的位置及測(cè)量信息實(shí)時(shí)反饋到三維管線模型中去，管理人員可通過(guò)三維模型查看管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行日常管理及維護(hù)[5]，實(shí)現(xiàn)各類管線的協(xié)同管理，以協(xié)助管理人員更好的管理地下管網(wǎng)，保證地下管線的正常運(yùn)行。

該系統(tǒng)的工作流程如下：1）輸入信息，基于管線位置環(huán)境信息平臺(tái)，將建筑物內(nèi)部信息、外部信息、已有的BIM模型、新建的模型等信息通過(guò)數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入BIM信息平臺(tái);2）集成信息，將GIS環(huán)境信息同BIM數(shù)據(jù)結(jié)合，借助BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，隨即進(jìn)行管線綜合調(diào)整，對(duì)模型深入優(yōu)化;3）共享信息，BIM平臺(tái)存儲(chǔ)各種分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果反饋給管理人員，以便項(xiàng)目各參與方能夠全，通過(guò)BIM軟件模擬地下管線的三維運(yùn)行狀態(tài)面掌握管線運(yùn)作狀況，及時(shí)解決存在的或即將出現(xiàn)的問(wèn)題[5];4）反饋信息，借助第三方信息系統(tǒng)，對(duì)管線的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，對(duì)潛在的安全隱患提前進(jìn)行預(yù)報(bào)，更好進(jìn)行管線維護(hù)。

4 基于BIM的地下管線管理系統(tǒng)的應(yīng)用探討

基于以上構(gòu)建的BIM地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)，結(jié)合管線全生命期長(zhǎng)以及隱蔽性的特點(diǎn)，針對(duì)BIM技術(shù)在城市地下空間開(kāi)發(fā)利用的中的應(yīng)用問(wèn)題，從以下幾個(gè)方面對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究。

4.1 應(yīng)用于地下管線的設(shè)計(jì)階段

BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在地下管線的施工前，通過(guò)模型在圖紙上對(duì)各專業(yè)的管線的安裝位置進(jìn)行協(xié)調(diào)，直接避免碰撞問(wèn)題。在BIM技術(shù)下繪制的每一個(gè)構(gòu)件在空間中都可以三維坐標(biāo)中表現(xiàn)出來(lái)它們的屬性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)電腦屏幕虛擬出來(lái)，達(dá)到三維可視化下的設(shè)計(jì)，如暖通、水電、通信這些管線，這些屬性通過(guò)軟件將數(shù)據(jù)保存為信息模型。在建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)完成后，也會(huì)將包含建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)數(shù)據(jù)的BIM信息導(dǎo)入進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)水電、暖通、設(shè)備等專業(yè)的BIM信息也可以導(dǎo)入建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)，達(dá)到了各個(gè)專業(yè)間數(shù)據(jù)的共享和互通。

4.2 應(yīng)用于地下管網(wǎng)的施工階段

施工是一個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)階段，運(yùn)用BIM技術(shù)，建立用于進(jìn)行虛擬施工和施工過(guò)程的控制、成本控制的模擬，實(shí)現(xiàn)虛擬施工過(guò)程中各階段和各方面的有效集成，根據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)行及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)成本的動(dòng)態(tài)管理，可以快速準(zhǔn)確的獲得施工過(guò)程中的工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，隨時(shí)為采購(gòu)和領(lǐng)料做準(zhǔn)備。在完成對(duì)管道的碰撞和交叉問(wèn)題的檢查后，就可以對(duì)整個(gè)地下管網(wǎng)系統(tǒng)所用的各類管材和用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這也是BIM模型的一個(gè)重要用途，再加上地下空間開(kāi)發(fā)也具有不可逆性，一旦建成，改造和拆除會(huì)很麻煩，因此施工方必須運(yùn)用BIM技術(shù)模擬多個(gè)施工方案，進(jìn)行對(duì)比分析，選擇出最佳的施工方案。

4.3 應(yīng)用于地下管線的運(yùn)維階段

對(duì)于地下管線這類隱蔽工程，在建筑設(shè)計(jì)階段往往會(huì)有一些隱蔽的管線信息是施工單位忽視的，即這些資料信息可能丟失，只有少數(shù)人知道，特別是隨著建筑物使用年限的增加，管理人員更換頻繁，這些安全隱患日益顯得突出，有時(shí)直接導(dǎo)致悲劇釀成?；贐IM地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)可以管理復(fù)雜的地下管網(wǎng)，如污水管、排水管、網(wǎng)線、電線以及相關(guān)管井，并且可以在圖上直接獲得相對(duì)位置關(guān)系。在后期的維護(hù)過(guò)程中，管線運(yùn)行出現(xiàn)異常，傳感器就可以直接將信息輸入BIM模型，管理人員及時(shí)獲取，對(duì)安全隱患進(jìn)行預(yù)防和制止。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)目前的地下管線存在的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析，結(jié)合BIM技術(shù)，提出基于BIM技術(shù)的地下管線問(wèn)題的解決方案，構(gòu)建了基于BIM的地下管線管理系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)應(yīng)用于地下管線的各個(gè)階段的情況進(jìn)行了探討，該系統(tǒng)為地下管網(wǎng)的管理開(kāi)辟了一條新道路，尤其是對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜、工期緊、質(zhì)量嚴(yán)、測(cè)點(diǎn)多、精度高、地質(zhì)條件復(fù)雜、危險(xiǎn)性大的工程具有良好的使用價(jià)值。通過(guò)BIM技術(shù)管理地下管網(wǎng)，既能提高深化設(shè)計(jì)質(zhì)量，又可以大大簡(jiǎn)化管理過(guò)程，對(duì)提升工程信息化管理水平和實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)作用重大，對(duì)保證工期、施工質(zhì)量具有顯著的使用價(jià)值，對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展也具有深遠(yuǎn)意義。

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