BIM技術(shù)在管理云平臺應(yīng)用研究

林志滔

(福州市規(guī)劃勘測設(shè)計研究總院 福建福州 350108)

0 引言

地下綜合管廊是一個將電力、通信、燃氣、給排水等各種工程管線集于一體的地下隧道空間，可以很好地改善城市地下空間布局，提高城市防災(zāi)和抗災(zāi)能力。目前，我國地下綜合管廊建設(shè)仍處于初級階段，由于地下綜合管廊是地下工程，存在施工難度大、涉及專業(yè)多、施工地質(zhì)條件復(fù)雜等問題，導(dǎo)致地下綜合管廊在建設(shè)過程中遇到各式各樣的問題，大大阻礙了地下綜合管廊在城市建設(shè)中的進程。近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM技術(shù)日趨成熟，在地下管廊工程中BIM技術(shù)應(yīng)用也越來越頻繁。在地下綜合管廊工程中可借助BIM技術(shù)的可視化、可模擬性、可優(yōu)化等特點，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)空間屬性，將BIM+GIS技術(shù)應(yīng)用到地下綜合管廊建設(shè)中，可以對地下綜合管廊及管線進行三維模擬與空間布置，可以深化各自領(lǐng)域，大大提高設(shè)計效率[1]，有利于縮短工期和減少各個專業(yè)之間的沖突，提高項目全生命周期的整體管控水平，實現(xiàn)市政項目管理手段和管控方式的創(chuàng)新。傅蜀燕等[2]利用三維 BIM + WebGIS 技術(shù)構(gòu)建區(qū)域數(shù)字水庫，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)水利機構(gòu)間各類信息資源的高度共享與統(tǒng)一管理。陳金文等[3]利用三維GIS技術(shù)建立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的三維可視化城市管理系統(tǒng)，滿足了現(xiàn)代城市精細化管理的要求。由此可見，BIM+GIS技術(shù)在市政工程中有廣闊的應(yīng)用前景。

本文以福州市新店外環(huán)路地下綜合管廊工程為例，并結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)空間屬性，將BIM+GIS技術(shù)應(yīng)用到地下綜合管廊建設(shè)中，并搭建綜合管廊管理云平臺。該平臺利用BIM技術(shù)進行各專業(yè)云協(xié)調(diào)，對綜合管廊進行參數(shù)化和精細化設(shè)計，減少各個專業(yè)管線之間的碰撞，并進行方案三維動態(tài)比選；利用SUPERMAP-9D平臺作為數(shù)據(jù)技術(shù)支撐，將系統(tǒng)建設(shè)分為C/S端與B/S兩部分，快速處理龐大的BIM模型數(shù)據(jù)信息；同時，建設(shè)過程中各參與方均可登錄云平臺共享數(shù)據(jù)信息，有效解決信息孤島問題，提升項目全生命周期的整體管控水平。

1 管理云平臺地下綜合管廊的應(yīng)用中存在的問題

管理云平臺之所以至今在地下綜合管廊中沒有得到廣泛的應(yīng)用，其原因主要有如下幾個方面。

(1)投資成本較高

目前，國內(nèi)管廊的建設(shè)主要集中在北京、上海等發(fā)達地區(qū)，而在很多中小型城市進展相對緩慢。這主要是因為地下綜合管廊的建設(shè)前期投入資金高，建設(shè)過程中仍然需要消耗大量資金。在建設(shè)初期，由于需要將各個管線匯集到一起，涉及到電力、通信、燃氣等管線，工程量大；同時，還要考慮到對原有管線工程進行改造。而云平臺也需要對建設(shè)期管線進行動態(tài)管理，這些都需要大量的資金支持。因此，建設(shè)投資成本是制約地下綜合管廊云平臺推廣的一大難點。

(2)各專業(yè)之間協(xié)調(diào)難度大

地下綜合管廊的建設(shè)本身就涉及到電力、通信、燃氣和給排水等專業(yè)，而且很多現(xiàn)有的地下管線的現(xiàn)狀情況不明確，極易造成地下綜合管廊的規(guī)劃和現(xiàn)有管線之間的沖突。同時，地下綜合管廊一般與市政橋梁、地鐵等工程同期實施，無形中又增大施工難度。因此，不同程度上都加大了地下綜合管廊建設(shè)的難度。

(3)數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)困難

城市管廊建設(shè)參與方較多，包括政府決策部門、建設(shè)單位、勘察設(shè)計單位、施工單位、分包商、運維管養(yǎng)單位以及工地管理廠商等。各個參與方均按原有數(shù)據(jù)模式進行問題分析處理，缺乏一個共有平臺以及信息數(shù)據(jù)處理方法，使信息交流變得異常困難。因此，各部門多保持現(xiàn)有工作模式與工作方法，嚴重削弱了云平臺管理應(yīng)用帶來的建設(shè)紅利。

(4)數(shù)據(jù)處理工作量巨大

現(xiàn)階段BIM信息數(shù)據(jù)精細化程度已經(jīng)達到了一個較高水準，但如果將BIM+GIS數(shù)據(jù)在現(xiàn)實世界示例相同的基礎(chǔ)上完整展現(xiàn)所有要素，就需要重新定義模型細節(jié)設(shè)計水平，否則數(shù)據(jù)處理工作量巨大。

(5)缺乏完善的技術(shù)指導(dǎo)規(guī)范和數(shù)據(jù)標準

我國相關(guān)行業(yè)標準和軟件并不成熟，國家缺乏相應(yīng)的約束標準，資源信息浪費嚴重(目前，國家已經(jīng)積極建立各方面的標準體系，相信在不久的將來，該問題將會得到解決)。

(6)收費機制不健全

在綜合管廊建設(shè)中，不同的建設(shè)階段管理成本均不相同。但是，現(xiàn)在國家并沒有建立統(tǒng)一的費用分攤機制，導(dǎo)致管廊成本在實際分攤過程中缺乏相應(yīng)的標準依據(jù)，造成投資方成本回收困難。因此，管廊云平臺的收費機制的建立和完善是當務(wù)之急，目前可以借鑒國外成功的案例并結(jié)合中國現(xiàn)有國情，制定出符合中國特色的收費標準。

誠然，任何一個新生事物的生成、發(fā)展都經(jīng)過一段或長或短的過程，希望在于努力踐行?；诖?，下文擬以福州某一工程為案例，探討B(tài)IM技術(shù)在市政綜合管廊云平臺中的應(yīng)用。

2 工程背景

福州市新店外環(huán)路西段道路工程位于福州市晉安區(qū)新店片區(qū)，是福州市第二批緩堵項目十大重點工程之一，拆遷難度大，工期緊，邊界條件復(fù)雜，該項目中地下綜合管廊部分與橋梁、地鐵、現(xiàn)狀管線等相互制約，施工難度大，線路長，全長約4.3km。該工程在設(shè)計階段進行三維建模，分析比較三維模型并進行碰撞檢查。同時，構(gòu)建起統(tǒng)一融合的BIM+GIS平臺，將綜合管廊三維模型與地理空間框架進行整合，建立完善的管廊地理空間數(shù)據(jù)資源體系，從而促進城市綜合管廊運營管理目標上的整體一致性，推動智慧城市的發(fā)展，如圖1所示。

圖1 綜合管廊單艙與雙艙斷面示意圖

3 BIM技術(shù)在地下綜合管廊前期的應(yīng)用

考慮到綜合管廊的入廊管線較多，管線空間排布較為復(fù)雜，該項目地下綜合管廊在設(shè)計初期就采用BIM技術(shù)。在設(shè)計階段應(yīng)用BIM技術(shù)進行了多次方案比選、技術(shù)優(yōu)化，并在確定方案后進行多專業(yè)、多維度協(xié)同設(shè)計工作。

3.1 項目信息概況量化

傳統(tǒng)的設(shè)計概預(yù)算工程量都較粗略，工程量的統(tǒng)計要靠人工重復(fù)性完成，一旦設(shè)計方案變更，工程量又得重新計算，既費工費時，又不準確。使用BIM進行設(shè)計時，由于是用參數(shù)化進行模型控制，工程量的統(tǒng)計可以自動生成，自動更新。雖然從目前來講，一些功能可能沒那么智能，但大部分的工程量自動計算能滿足要求，一些工程量統(tǒng)計也可以通過變通的方法達到效果，這樣就大大提高了設(shè)計工作效率。

該項目利用BIM技術(shù)進行項目信息量化梳理，計算出了管廊的工程數(shù)量，如圖2所示。

圖2 項目信息化處理示意圖

3.2 族庫建立及其參數(shù)化、精細化設(shè)計

建立參數(shù)化管廊族庫，管廊標準族庫如圖3所示。通過控制參數(shù)的設(shè)定，實現(xiàn)了族庫在項目中的獨特性與適用性，有效提高了設(shè)計效率。同時，族庫的建立為將來其他項目中的信息共享提供了可靠的技術(shù)支持與材料儲備。

(a)管廊單艙標準段族

(b)管廊雙艙標準段族圖3 管廊標準段族庫

3.3 管廊各專業(yè)綜合碰撞及動態(tài)展示

綜合管廊碰撞檢查，包括內(nèi)部各專業(yè)碰撞檢查以及外部已建或已規(guī)劃的橋梁、地下空間、軌道交通的碰撞檢查。綜合管廊設(shè)計管線種類、數(shù)量繁多，需要安裝的附屬設(shè)施較多部位設(shè)計復(fù)雜，使得管線之間、管線與附屬設(shè)施之間等存在較多碰撞問題。如圖4所示，地下空間中地鐵與地下管廊的相互關(guān)系，在施工期間邊界有交叉重合的部分(外部碰撞)；如圖5所示，雙艙管廊斷面節(jié)點處混凝土層未給管線出口預(yù)留位置(洞口預(yù)警)。利用 BIM 設(shè)計平臺，則可以完成地面和地上環(huán)境建模并進行碰撞糾錯，可有效解決各專業(yè)之間存在的沖突問題，規(guī)避邊界交叉情況的發(fā)生，減少資源的浪費，提高設(shè)計質(zhì)量。

圖4 地鐵與管廊相互關(guān)系(外部碰撞)

圖5 洞口預(yù)警(外部碰撞)

在綜合管廊的以往設(shè)計中，通常采用施工圖紙來展示設(shè)計方案，如今隨著現(xiàn)代電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，則可利用BIM方案模型進行不同方案的比較和決策。管廊內(nèi)部空間有限，管線種類較多，利用 BIM 模型，將管廊截面形式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及管線排布等以三維的形式進行展示，并且針對不同管線標記不同顏色，使管線排布更清晰。管廊BIM三維模型如圖6所示。在BIM三維模型中，利用動態(tài)調(diào)整功能對管廊截面、內(nèi)部構(gòu)造以及管線排布不斷優(yōu)化，找到最適合的截面形式、尺寸及排布方案，加快設(shè)計速度。

(a)

(b)圖6 管廊BIM三維模型

4 地下管廊管理云平臺的搭建與應(yīng)用

在項目開展過程中，需要對照項目周邊場地信息進行分析，結(jié)合地理信息勘探數(shù)據(jù)開展設(shè)計，需要將BIM模型與GIS地理信息相結(jié)合應(yīng)用。BIM 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括空間數(shù)據(jù)(模型)及屬性數(shù)據(jù)(參數(shù))，其中空間數(shù)據(jù)模型又包含空間位置、外觀形狀等，這與GIS 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相似，為BIM+GIS融合提供可能。

云平臺建設(shè)是一項規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、數(shù)據(jù)量大、功能眾多、涉及面廣的系統(tǒng)工程。將云技術(shù)應(yīng)用于BIM+GIS模型管理應(yīng)用中，可提高效率。

4.1 BIM和GIS集成構(gòu)建信息模型

將BIM模型與GIS系統(tǒng)進行集成，在GIS中實現(xiàn)BIM模型的展示和查詢，同時也可以結(jié)合應(yīng)用傾斜攝影、測繪地形數(shù)據(jù)等構(gòu)成現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進行綜合展示。運用GIS功能實現(xiàn)BIM場景平移、頂視、環(huán)視瀏覽等基礎(chǔ)瀏覽功能，實現(xiàn)場景視圖可放大、縮小，場景縮放、漫游、飛行模式等功能，如圖7所示。

圖7 地下綜合管廊云平臺展示

4.2 信息模型綜合應(yīng)用

將BIM模型經(jīng)過輕量化處理，導(dǎo)入至GIS地理信息平臺中，根據(jù)坐標位置將BIM模型與地形信息模型精確融合進行綜合展示，可以實現(xiàn)PC端、移動端等多終端展示瀏覽，輕量化的模型更加保障瀏覽的流暢性。在GIS云平臺上，還可以展示BIM模型詳細的構(gòu)建信息，例如管線材質(zhì)、管徑、長度、編號等。

首先，通過平臺進行查詢檢索，按照指定的條件在搜索框中對項目進行查詢，三維場景中將自動定位到查詢結(jié)果項目模型位置進行顯示，也可以輸入指定的條件對BIM模型進行查詢，三維場景中將自動定位到該模型位置進行高亮顯示，點擊該模型可顯示其屬性信息以及二維圖。部件查詢搜索框輸入指定的條件對部件進行查詢，三維場景中將自動定位到該部件位置進行高亮顯示，點擊該部件可顯示其屬性信息，如圖8～圖9所示。

其次，通過桌面GIS軟件導(dǎo)入主流BIM模型以及屬性信息，支持對BIM模型信息分組展示。系統(tǒng)提供基于BIM的建筑進度時間軸管理，可以根據(jù)時間軸顯示/隱藏或者高亮對應(yīng)的BIM模型，以此來反饋施工的進度。

圖8 地下綜合管廊云平臺資料檢索

圖9 地下綜合管廊云平臺資料屬性定義

5 結(jié)語

(1)該項目充分利用BIM三維信息技術(shù)特點，發(fā)揮其專業(yè)協(xié)同共享功能，整合全專業(yè) BIM 模型，查找碰撞干涉，并結(jié)合以往地下綜合管廊實際經(jīng)驗，探索形成標準化三維管廊模型，極大地減少了數(shù)據(jù)整合的工作量，為管廊BIM數(shù)據(jù)在云平臺的延伸應(yīng)用發(fā)揮重大基礎(chǔ)作用。

(2)BIM結(jié)合GIS技術(shù)集成云平臺，利用SUPERMAP-9D平臺作為數(shù)據(jù)技術(shù)支撐，將系統(tǒng)建設(shè)分為C/S端與B/S兩部分，快速處理龐大的BIM模型數(shù)據(jù)信息；同時，建設(shè)過程中各參與方均可登錄云平臺共享數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)平臺展示、資料檢索及屬性定義，有效解決信息孤島問題，為運維管理基層技術(shù)的實現(xiàn)做好充分準備，提升了項目全生命周期的整體管控水平，為智慧城市更為廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。