基于BIM 的地下管線管理與應用

鐘占行 曹相杰

（嘉興市規(guī)劃設計研究院有限公司 浙江嘉興 314050）

1 引言

地下管線是保證居民日常生活的重要基礎，通過該管線可以完成物質(zhì)運輸、信息傳輸?shù)榷喾矫娴墓ぷ鲀?nèi)容，其重要性不言而言。作為城市發(fā)展的生命線，地下管理質(zhì)量非常關鍵。為了更好地保護地下管線，避免地下管線出現(xiàn)問題，必須通過創(chuàng)新性的技術對地向下管理進行統(tǒng)一的管理，而BIM 技術完全符合地下管線管理的相關要求，可以在地下管線管理中進行應用。

2 BIM 技術的原理和優(yōu)勢

建筑信息模型主要就是對工程所有信息進行全面的整合，并以此為基礎，利用BIM 技術建立統(tǒng)一的模型，使建筑內(nèi)的所有信息都可以通過該模型進行展示，使管理人員可以對建筑信息有詳細的了解。

2.1 BIM 技術原理

一般情況下，可以將BIM 技術作為建立建筑模型的重要基礎，通過應用該技術可以將項目所有涉及到的信息進行快速的整合，以BIM 多維平臺技術作為建立模型的主要依據(jù)[1]。從項目設計階段到項目結(jié)束，通過數(shù)字信息仿真模擬，對建筑的實際建設情況進行展示，從而全面管理工程整體建設，使工程可以在安全的環(huán)境中順利進行，保證工程質(zhì)量符合實際需要[2]。

2.2 BIM 技術的優(yōu)勢分析

在科學、規(guī)范的管理方法的輔助下，BIM 技術可以將項目建設過程中所有零散的信息進行整合，形成強大的整體，從根本保證信息的整體性和統(tǒng)一性。從整體方面進行全方位的監(jiān)測，使項目建設可以以直觀的方式進行展示，避免施工內(nèi)容的重復，提高建設資源的利用效率，使不同施工主體可以保持緊密的溝通和交流，保持意見的一致性[3]。同時，在建立模型時，可以根據(jù)需要建立不同種類的模型，使模型更加具有針對性，按照不同的模型特點開展具體的業(yè)務，使圖紙信息可以在模型中直接展示。在提升工程質(zhì)量的基礎上，對可能出現(xiàn)的施工風險進行規(guī)避，對施工投入資金進行有效的控制。

3 工程案例

受嘉興市聯(lián)合污水處理有限責任公司的委托，嘉興市規(guī)劃設計研究院有限公司承擔嘉興市聯(lián)合污水處理廠三維信息模型（BIM）建設項目地下管線測量任務。其探測內(nèi)容為查明探測區(qū)域內(nèi)各類管線所在位置、管道規(guī)格、埋深、走向、材質(zhì)等。管線探測成果數(shù)據(jù)以文字內(nèi)容及圖形電子數(shù)據(jù)格式提交，以滿足工程初步設計的需要。其中一期施測為2016 年8月30 日至2016 年9 月27 日；二期施測為2018 年4 月15 日至2018 年11 月21 日；三期施測為2019年12 月7 日至2019 年12 月18 日。

4 本工程地下管線探測問題分析

4.1 地下管線現(xiàn)狀

采取科學、規(guī)范的方法進行探測，可以對地下管線現(xiàn)狀有清晰的了解，緩解地下管線與污水廠運行之間的矛盾。近幾年由于污水廠周圍環(huán)境地下管理施工不合理，在地下管線運行過程中很容易引發(fā)安全問題，同時受到多種不同因素的影響，導致管網(wǎng)施工相對比較混亂，經(jīng)常出現(xiàn)路面塌陷問題，已經(jīng)對污水廠發(fā)展產(chǎn)生嚴重的制約。而通過本次探測，可以對污水處理廠地下管線的的走向和材質(zhì)等有清晰的了解，經(jīng)探測管線總長度為五十九點四一千米。針對污水廠地下管理現(xiàn)狀，必須采取切實有效的措施加強地下管線的管理，使地下管線可以在地下合理分布，逐漸延長地下管線的使用時間，避免地下管線出現(xiàn)問題影響污水廠的穩(wěn)定發(fā)展[4]。

4.2 地下管網(wǎng)存在的問題

本工程在進行探測后發(fā)現(xiàn)污水廠現(xiàn)有地下管線存在很多的問題，以二維設計方式進行設計，無法獲取全面的地下管線信息，無法對斷面圖、平面圖等信息進行詳細的描述。地下管線設計不夠科學，如果對管線布局進行調(diào)整將會對其他管線產(chǎn)生影響，引發(fā)一系列的連鎖反應[5]。另外，傳統(tǒng)圖紙布置精度無法保證精準性，由于管材使使用環(huán)境特殊，隨著時間的延長，本工程污水廠很多管材已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的老化，如果無法及時更換管材，采取的施工方式不合理將會使管道發(fā)生爆裂。因此，很難及時發(fā)現(xiàn)污水廠管段產(chǎn)生的問題，無法保證報警的及時性，如果一旦發(fā)生緊急事故，只能通過現(xiàn)場人員觀察管線變化了解情況，到發(fā)生較大的危險變化再報警就后果嚴重了，會使事故影響范圍不斷擴大。有時即使發(fā)生比較小的問題也需要通過開挖才能排查到，不僅浪費時間，同時也會影響污水廠的正常運行，對資源造成浪費，引發(fā)經(jīng)濟方面的損失。如圖1 所示為污水廠傳統(tǒng)的地下管線維護。針對本工程污水廠管線存在的問題，應用BIM 技術解決已經(jīng)成為必然的趨勢[6]。

圖1 傳統(tǒng)地下管線維護

5 BIM 在污水廠地下管線管理中的應用

BIM 技術在我國已經(jīng)發(fā)展多年，在各類工程管理中進行應用具有十分重要的作用。為了使本工程污水處理廠地下管理可以得到規(guī)范性的管理，必須合理應用BIM 技術，充分發(fā)揮該技術的價值，從根本促進管理水平的提高，使相關人員及時了解地下管線的運行情況，并合理作出調(diào)整和維護，避免產(chǎn)生無謂的消耗[7]。

5.1 地下管線問題的BIM 解決方案

如圖2 所示為本工程下管線及周圍環(huán)境的三維表達。運用BIM 技術可以對地下管線現(xiàn)狀有清晰的了解，并進行三維設計，在保證設計方案合理性的同時，還可以在設計方案中準確展示工程整體，為相關人員了解局部信息提供便利。該技術的應用在以往二維設計中根本無法實現(xiàn)。

圖2 地下管線及周圍環(huán)境的三維表達

在三維BIM 模型中可以針對性的調(diào)整地下管線的位置，經(jīng)過調(diào)整后本工程地下管線碰撞問題可以得到針對性的解決，避免不同管線互相影響產(chǎn)生嚴重的問題，全面監(jiān)測地下管線，避免地下管線存在盲點影響運維工作效果提升。

BIM 技術通過建立模型可以對本工程污水廠管線以直觀的方式進行展示，保證標高的準確性，可以根據(jù)實際需要了解不同部位的詳細新信息。從而在施工過程中，為施工人員提供準確的依據(jù)，使其可以嚴格按照該標準進行施工，使施工效率可以逐漸提升。

將BIM 技術與物聯(lián)網(wǎng)技術進行緊密的融合，對地下管線運行狀態(tài)運行狀態(tài)進行全面的監(jiān)測。將各種不同類型的傳感器安裝在監(jiān)測管段上，將不同位置的信息在模型中以直觀的方式進行展示。在本工程污水處理廠日常運維管理過程中，通過BIM 造型可以對管網(wǎng)水力情況有詳細的了解，對管線運行狀態(tài)有準確的判斷，根據(jù)運行狀態(tài)明確存在的問題，并及時進行解決。即使出現(xiàn)事故，通過BIM 模型也可以快速定位事故位置，明確事故出現(xiàn)的原因，并進行深入的分析，為檢修人員處理事故提供重要的支持，使檢修人員可以根據(jù)各項參數(shù)開展針對性的檢修，進一步提高檢修速度。

5.2 建立地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)

在本工程中建立地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)，對地下管線分布情況進行全面的監(jiān)測，統(tǒng)一管理地下管線。該系統(tǒng)不僅可以全方位采集地下管線數(shù)據(jù)，同時對信息進行整合，根據(jù)信息建立規(guī)范性的模型，通過該模型對信息進行全方位的展示，并對信息進行性科學的分析，通過智能化的管理手段給地下管網(wǎng)平穩(wěn)運行提供穩(wěn)定的基礎。

本工程應用BIM 技術，建立完善的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將BIM 與物聯(lián)網(wǎng)技術等進行整合。BIM 對建筑生命周期信息進行整合，GIS 則全面獲取與環(huán)境有關的信息，在運維階段應用物聯(lián)網(wǎng)技術，向三維模型傳輸大量的信息，使運維人員快速了解管網(wǎng)運行狀態(tài)，同時系統(tǒng)能快速計算和分析各項參數(shù)，及時作出管網(wǎng)風險預警。

該系統(tǒng)將BIM 信息傳輸?shù)紾IS 環(huán)境信息平臺，使所有數(shù)據(jù)快速整合。該模型包括建筑內(nèi)外環(huán)境的所有信息，也可建立管線的幾何物理屬性信息，對管線有更加全面的認識。在對碰撞點進行分析時，需要利用碰撞檢測插件進行檢測，并使用自動分類功能對不同管道間的碰撞情況進行信息顯示。在綜合調(diào)整管線時，使不同管線間的碰撞情況得到順利的解決。模型深入優(yōu)化后，組織本工程所有施工人員開展規(guī)范性的施工，施工過程中在關鍵部位設置傳感器，通過傳感器向系統(tǒng)主機傳輸信息。主機存儲分析功能對數(shù)據(jù)進行全面的監(jiān)測，并及時反饋分析結(jié)果，使管線管理人員管線運行情況有準確的了解，及時解決存在的問題。當管網(wǎng)發(fā)生問題時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)報警功能，明確事故發(fā)生的具體位置，使工作人員對問題部門進行規(guī)范性的檢修，從而保證管線的良好運行。

在建立地下管線三維信息模型時，利用物探技術對地下管線進行探測和測繪，對地下管線相關數(shù)據(jù)進行全面的獲取，并對管線信息進行模擬，根據(jù)地下管線數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的BIM 模型，專門用于管道系統(tǒng)的管理。

在本工程管線綜合設計圖紙的基礎上，利用BIM 技術建立BIM 模型，建立的模型可在三維狀態(tài)下對參數(shù)進行性直接的修改。在建立BIM 模型時，需要以建筑設計資料為依據(jù)，以保證模型的真實性。

6 結(jié)束語

綜上所述，本工程通過BIM 技術進行地下管網(wǎng)設計和管理，對數(shù)據(jù)進行全面的整合，并以此為基礎建立三維可視化模型，對信息進行全面的分析系和管理，并通過仿真模擬對施工過程中可能出現(xiàn)的問題進行預測，以解決施工中存在的不同問題。借助BIM 技術進行管理，使地下管線設施得到良好的養(yǎng)護，依托BIM 數(shù)據(jù)，對風險進行預測，并提高預警的及時性，使地下管線在穩(wěn)定的環(huán)境中使用更長的時間。隨著社會經(jīng)濟環(huán)境的不斷變化，地下管線范圍不斷拓展，采取信息化的方式管理地下管線已經(jīng)成為社會關注的重點。BIM 技術不僅僅能為設計、運維提供重要的支持，同時還可以促進整個行業(yè)的發(fā)展和完善。BIM 軟件雖然對不同的地下管線進行預建模，為設計水平提升提供技術方面的支持，但是其無法將探測到的地下管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與之相符的三維模型，在今后應用過程中還需要不斷加強開發(fā)力度，以滿足地下管線的管理需要，提高BIM 技術的應用效率。