基于BIM和GIS的市政管綜的設(shè)計(jì)探究

徐磊鑫，邵雪軍，吳曉龍，王 軼，顧鎮(zhèn)媛

（1.南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，江蘇 南通 226019；2.南通市市政設(shè)施管理處，江蘇 南通 226000）

0 引言

市政工程的管綜設(shè)計(jì)項(xiàng)目作為城市管網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。對(duì)保證城市水資源的利用率和城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，所以市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)是促進(jìn)其作用發(fā)揮的重要保證。而設(shè)計(jì)進(jìn)行信息的片面化和定位困難成為我國(guó)目前面臨的主要研究問(wèn)題。建立信息模型（BIM）可以直觀地處理工程中的設(shè)計(jì)信息和工藝相關(guān)信息，并通過(guò)地理信息系統(tǒng)（GIS）對(duì)定位信息進(jìn)行分析。BIM的出現(xiàn)意在建設(shè)工程項(xiàng)目的整個(gè)生命周期中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息資源管理，它為建設(shè)一個(gè)項(xiàng)目的全過(guò)程管理工作提供了一種先進(jìn)的數(shù)字工具和信息共享服務(wù)平臺(tái)，并提供了一種可以用于實(shí)施集成項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的新方法。此外，不同的土地等高線、項(xiàng)目長(zhǎng)期場(chǎng)地條件的變化、現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施段和施工期間的交通協(xié)調(diào)是影響新項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工的一些獨(dú)特因素。這些項(xiàng)目由于規(guī)模巨大、場(chǎng)地條件不利和設(shè)計(jì)復(fù)雜而極具挑戰(zhàn)性。GIS是一種解決這些復(fù)雜問(wèn)題的方法。BIM和GIS在市政管理管網(wǎng)中的應(yīng)用能夠更好地推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。

1 BIM技術(shù)和GIS技術(shù)在市政管綜工程的優(yōu)勢(shì)

1.1 BIM技術(shù)在市政管網(wǎng)工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在我國(guó)的大多數(shù)市政管道工程中，都使用提前設(shè)計(jì)好的市政管道工程圖紙，但在審核中，缺乏專業(yè)的圖紙會(huì)審專家，而BIM技術(shù)可以提前發(fā)現(xiàn)圖紙相應(yīng)的問(wèn)題，并通過(guò)相應(yīng)程序?qū)τ诠艿琅鲎矄?wèn)題進(jìn)行相應(yīng)預(yù)防，杜絕了因人工而產(chǎn)生的審查失誤。尤其是隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的平面二維圖紙已經(jīng)不能展現(xiàn)日新月異的新工藝、新材料，這在目前的施工中有很大的局限性，同時(shí)也可以對(duì)內(nèi)部隱藏的管線進(jìn)行三維規(guī)劃，提高企業(yè)施工的效率。綜上所述，BIM技術(shù)在市政管網(wǎng)工程中的應(yīng)用相對(duì)于傳統(tǒng)管綜設(shè)計(jì)施工是具有巨大發(fā)展優(yōu)勢(shì)的[1]，可以作為一種三維圖像數(shù)據(jù)佐證，在某些復(fù)雜信息系統(tǒng)中以及對(duì)于一些我們需要不斷深化設(shè)計(jì)的方面，可采用MagiCAD軟件公司進(jìn)行該項(xiàng)目管線綜合的BIM設(shè)計(jì)。碰撞檢測(cè)是BIM技術(shù)在市政管線綜合設(shè)計(jì)中的重要應(yīng)用。BIM技術(shù)提供的碰撞檢測(cè)功能可以識(shí)別在哪里與其他實(shí)體發(fā)生碰撞，從而使市政工程在管道的綜合設(shè)計(jì)中有更好的解決方案。

1.2 GIS技術(shù)在市政管網(wǎng)工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

市政管綜工程為保證城市交通通暢，多使用地下工程，GIS技術(shù)的利用，可以通過(guò)結(jié)合實(shí)地調(diào)查情況進(jìn)行場(chǎng)地定位，將表格型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理的圖形顯示，并進(jìn)行研究，解決隱藏管線的鋪設(shè)定位存在的問(wèn)題，特別在于市政管網(wǎng)中的雨水管道，由于多是就近排入河道中，所以更容易受到地形地貌限制，如設(shè)計(jì)不佳，則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的積水現(xiàn)象，更會(huì)影響我國(guó)居民的交通安全問(wèn)題。同時(shí)我們還需在適當(dāng)位置設(shè)計(jì)開泵站、溢流閘門等，因地制宜，因此更需要詳細(xì)了解地下的情況。地理環(huán)境信息服務(wù)系統(tǒng)恰好包含這些會(huì)計(jì)信息并將其運(yùn)用到生活實(shí)際應(yīng)用工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)中去，將信息轉(zhuǎn)化為具體要求施工人員定位。它甚至可以被使用特殊部位，可以通過(guò)查看地下管網(wǎng)的不同情況來(lái)分析管道的脆弱部位，降低檢查和維護(hù)成本?？梢钥闯鯣IS技術(shù)在市政管綜方面發(fā)展具有極高的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、社會(huì)效應(yīng)。

1.3 GIS技術(shù)和BIM技術(shù)在市政管網(wǎng)工程中的結(jié)合應(yīng)用

在市政管網(wǎng)復(fù)雜的施工環(huán)境下，采用BIM技術(shù)建立的模型單一，缺乏說(shuō)服力。同時(shí)，這種端到端的處理對(duì)于降低施工交底具有重要意義?？梢哉f(shuō)在市政管網(wǎng)建設(shè)中GIS技術(shù)和BIM技術(shù)的有機(jī)組合是具有巨大前景的[2]。不僅我們可以在前期就進(jìn)行技術(shù)可行性分析，也可以通過(guò)同樣需要進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析，提前了解工程發(fā)展情況，為后期的維修和管理工作創(chuàng)造條件，而且也方便相關(guān)設(shè)計(jì)師對(duì)于圖紙的修改。

2 針對(duì)市政工程中管綜特性的BIM和GIS應(yīng)用

2.1 擁有多種種類

正常發(fā)展情況下通過(guò)管道中給水、污水、雨水、電力、通訊、熱力、燃?xì)?、網(wǎng)絡(luò)、煤氣等多種管線，尤其是企業(yè)需要學(xué)生甄別管道的用途可以進(jìn)行一個(gè)特殊化處理，如在給水管中通常使用的都是鍍鋅管道。施工時(shí)工人很容易將特殊管道和廢料混合在一起，因此需要在圖紙上做相應(yīng)的標(biāo)記。地下情況復(fù)雜，在BIM軟件中對(duì)多根管道分別建模，利用GIS定位管道的空間位置，提高了多根管道使用的準(zhǔn)確性和方便性，使施工工人在施工時(shí)更容易了解建筑物的地下情況[3]。再根據(jù)地下發(fā)展情況，做出選擇相應(yīng)判斷，并符合相應(yīng)原則。特殊情況達(dá)不到規(guī)范要求的距離時(shí)，必須進(jìn)行局部特殊處理，必要時(shí)必須采取加固措施。

2.2 特殊管道由相應(yīng)單位負(fù)責(zé)

市政工程中的管道不在現(xiàn)有管理方案中由同一單位管理?，F(xiàn)有資料可以知道，供水管道由水務(wù)公司管理，污水管道和雨水管道由市政公司管理，電力管道由電業(yè)局管理。這些管道的維護(hù)企業(yè)管理均由不同相關(guān)單位負(fù)責(zé)。但由于分屬于自己不同的單位，所以在進(jìn)行后期的維修中易出現(xiàn)由于管道沖突不斷發(fā)生的情況。在過(guò)去的幾年里，發(fā)生了多起切斷光纖的事件，導(dǎo)致許多公司遭受巨大的損失。所以更需要BIM技術(shù)企業(yè)進(jìn)行研究前期建模作為一個(gè)基準(zhǔn)，建立多機(jī)構(gòu)、多部門的協(xié)同管理工作的機(jī)制，提高社會(huì)工作學(xué)習(xí)效率，同時(shí)我們應(yīng)該重視學(xué)生通過(guò)BIM在施工前期對(duì)于管道碰撞方面的實(shí)驗(yàn)，以避免相應(yīng)損失。也可以模仿成熟的，且同樣基于BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的水利工程數(shù)字檔案系統(tǒng)[3]，以建筑信息模型為框架，以GIS為平臺(tái)，同時(shí)利用檔案管理系統(tǒng)和檔案應(yīng)用系統(tǒng)，在市政工程管理整體中使用同類檔案。最后，以三維模型為載體，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化IFC模型數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化文檔數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，這也是整個(gè)檔案系統(tǒng)的主要方向。以BIM技術(shù)和GIS技術(shù)為核心，與各類企業(yè)應(yīng)用管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)通和共享，將市政管綜工程中分散，無(wú)序的檔案信息與三維BIM模型鎖定，實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于地理環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主要對(duì)象的聯(lián)動(dòng)。從而在維修更新、統(tǒng)一規(guī)劃中減少溝通時(shí)間，提高工作效率。

2.3 市政管綜材料、技術(shù)更新速度快

由于市政工程的特殊性，技術(shù)和材料必須遵循以下幾點(diǎn)：①市政管網(wǎng)的建設(shè)周期必須盡可能縮短，以避免道路周圍的正常交通和民生問(wèn)題；②在市政管網(wǎng)中，材料壽命和材料耐腐蝕性能最為重要；③隨著城市物流的進(jìn)出壓力越來(lái)越大，現(xiàn)代城市市政道路建設(shè)項(xiàng)目必須考慮人民生活的基本要求，保證城市市政道路在各種極端情況下為城市基礎(chǔ)發(fā)展提供支撐[4]。所以更需要學(xué)生實(shí)時(shí)更新材料和相應(yīng)管理技術(shù)，BIM作為一種新興的軟件設(shè)計(jì)手段，緊跟時(shí)代步伐，并有多所企業(yè)進(jìn)行分析相應(yīng)更新?lián)Q代，其中大部分研究?jī)?nèi)容不局限于時(shí)代，可以同時(shí)根據(jù)相關(guān)技術(shù)力發(fā)展而更改。而常見的CAD圖形需要多張?jiān)攬D圖紙作為重要補(bǔ)充才能形成完整呈現(xiàn)新技術(shù)的外觀尺寸情況，但是BIM技術(shù)所生成對(duì)的圖形作為社會(huì)一個(gè)三維圖形能在直觀上給人準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，及新型職業(yè)技術(shù)環(huán)境科學(xué)工作情況的體現(xiàn)。

2.4 各方面的統(tǒng)籌困難

一般來(lái)說(shuō)，市政工程建設(shè)一般是為了不打擾正常民生，市政工程的施工工地會(huì)比其他項(xiàng)目小，所以因?yàn)楣さ氐囊?guī)模，會(huì)有相關(guān)的問(wèn)題。大量工程實(shí)例證明，現(xiàn)場(chǎng)保通程度決定了工程能否正常進(jìn)行，甚至造成嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[5]。這需要信息技術(shù)具有極高的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，并且我們需要通過(guò)多方面的綜合配合。利用GIS技術(shù)，通過(guò)建筑物施工仿真功能，可以預(yù)先模擬應(yīng)急情況，并在此基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，以減少甚至避免事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

市政工程中的綜合管網(wǎng)有統(tǒng)一原則：統(tǒng)一規(guī)劃、合理配置、統(tǒng)一建設(shè)管理、資源共享、立足長(zhǎng)遠(yuǎn)、綜合利用。而我們國(guó)家需要企業(yè)依照相應(yīng)原則，在利用好相應(yīng)的BIM幾何可視化和GIS坐標(biāo)變換的前提下，在設(shè)計(jì)發(fā)展階段可以利用BIM模型研究對(duì)于圖紙問(wèn)題進(jìn)行先行設(shè)計(jì)，在施工建設(shè)階段利用GIS進(jìn)行分析管道定位及確認(rèn)材料，在后期利用多管道的共同建模，協(xié)同各單位進(jìn)行施工工作，并不斷使用GIS技術(shù)進(jìn)行工程后期維修保障。只有充分發(fā)揮工程技術(shù)創(chuàng)新多手段的優(yōu)勢(shì)，才能確保市政工程管線規(guī)劃使用趨于全面、細(xì)致、合理，圖1為基于基于BIM和GIS的市政綜合管線設(shè)計(jì)。

圖1 基于BIM和GIS的市政綜合管線設(shè)計(jì)