基于BIM＋GIS＋低代碼的校園地下管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用

李新軍 李 蔚

華東理工大學(xué)基建處 上海 200237

高校地下管網(wǎng)作為高?；A(chǔ)設(shè)施的經(jīng)脈，承載各種能源流、信息流，是基礎(chǔ)設(shè)施賴以生存的“生命線”，對(duì)校園的日常運(yùn)行起著關(guān)鍵性作用[1]。隨著高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，后期翻新改造持續(xù)推進(jìn)，圖紙更新不及時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致地下管網(wǎng)信息缺失嚴(yán)重，現(xiàn)狀管道布局與原設(shè)計(jì)圖紙不符的情況。同時(shí)地下管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)不完整及二維信息圖紙的局限性也是導(dǎo)致地下管網(wǎng)運(yùn)維管理缺乏主動(dòng)性的原因之一。當(dāng)前依賴經(jīng)驗(yàn)的管理手段已無(wú)法滿足高校地下管網(wǎng)全生命管理的需求[2]。

BIM技術(shù)作為建筑信息化建設(shè)的重要技術(shù)，能夠支撐建筑全生命周期的各個(gè)階段，以其詳盡的信息數(shù)據(jù)作為模型基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)全程信息化、智能化，能夠保證地下管網(wǎng)信息智慧化管理的可持續(xù)性[3]。GIS是融合計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)于一體，保存和處理空間對(duì)象的一項(xiàng)技術(shù)。運(yùn)用GIS可以實(shí)現(xiàn)管線二維平面視圖到三維立體視圖的轉(zhuǎn)變，可清楚地顯示管線的空間位置關(guān)系以及管線交叉位置的層次關(guān)系[4]。通過(guò)BIM和GIS的結(jié)合，可以有效地進(jìn)行地下管線的三維建模，從而把地下模型微觀數(shù)據(jù)與其周圍宏觀地理環(huán)境融合[5]。將該集成技術(shù)應(yīng)用到高校地下管網(wǎng)信息建設(shè)中，不僅提高對(duì)校園基礎(chǔ)設(shè)施、能源設(shè)施的管理水平，還將推動(dòng)智慧校園的信息化建設(shè)進(jìn)程。

本文以華東理工大學(xué)徐匯校區(qū)地下管網(wǎng)信息建設(shè)為例，構(gòu)建滿足校園地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維管理需求的BIM信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)功能層面，開(kāi)發(fā)具有廣泛兼容性、便捷性、可持續(xù)性的地下管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)，既可滿足當(dāng)前地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)歸檔、管理的需求，也可以滿足后續(xù)持續(xù)的運(yùn)維管理需求。

1 基于BIM技術(shù)的地下管網(wǎng)模型

1.1源數(shù)據(jù)

在建模之前先對(duì)地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行梳理，整合歷年圖紙后發(fā)現(xiàn)，校區(qū)完整施工圖紙已經(jīng)太過(guò)久遠(yuǎn)，過(guò)程維修信息零散、缺失。

為了保證建模數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，2017年啟動(dòng)全校區(qū)地下管網(wǎng)的物探普查工作，并結(jié)合2019年起校區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施改造工程，對(duì)主要開(kāi)挖路段的管線進(jìn)行跟蹤測(cè)量。綜合普查數(shù)據(jù)、跟蹤測(cè)量數(shù)據(jù)及2次復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，基本完成覆蓋整個(gè)校區(qū)地下管網(wǎng)及附屬物的源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

1.2建模標(biāo)準(zhǔn)

基于CJJ 61—2017《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》以及上海首部巖土工程方向BIM信息規(guī)范DGTJ 08-2278—2018《巖土工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，針對(duì)華東理工大學(xué)校園在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段的不同需求制定了《華理校園地下管線BIM建模數(shù)據(jù)規(guī)則》，從建模數(shù)據(jù)規(guī)則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、模型整合、模型數(shù)據(jù)交換以及模型應(yīng)用等方面，對(duì)地下管網(wǎng)及周邊附屬物進(jìn)行了定義和規(guī)定。規(guī)則針對(duì)當(dāng)前地下管網(wǎng)分為9大類，主要涵蓋供電（GD）、路燈（LD）、電信電纜（DX）、信息（XX）、監(jiān)控（JK）、上水（SS）、雨水（YS）、污水（WS）、天然氣（TR）等專業(yè)。

項(xiàng)目組對(duì)不同類型管網(wǎng)的屬性信息均做了相應(yīng)的規(guī)定，主要從點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)、高程、管頂埋深、管徑、孔數(shù)/纜數(shù)、管點(diǎn)類型、排列方式、材質(zhì)、井室大小、流向、埋設(shè)方式、埋設(shè)年代以及道路代碼等字段劃分。

1.3模型成果

根據(jù)物探數(shù)據(jù)，建立華東理工大學(xué)徐匯校區(qū)的地下管網(wǎng)三維實(shí)體模型（圖1），統(tǒng)計(jì)完成的9大類地下管網(wǎng)的長(zhǎng)度及相應(yīng)附屬物如表1所示。

表1 各類管線及附屬物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

圖1 地下管網(wǎng)BIM模型

2 基于BIM＋GIS＋低代碼的地下管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)

2.1平臺(tái)介紹

基于BIM＋GIS＋低代碼的校園地下管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)作為底層的業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，在加載上述BIM地下管網(wǎng)及附屬物信息模型后，面向基建、后勤、信息、保衛(wèi)等部門提供多元化服務(wù)。

該平臺(tái)以低代碼技術(shù)作為底座[6]，將BIM引擎以及GIS引擎作為表單組件，最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)內(nèi)快速調(diào)用BIM模型數(shù)據(jù)，模型內(nèi)快速查看業(yè)務(wù)內(nèi)容。此方法相比于傳統(tǒng)的信息化開(kāi)發(fā)，具有實(shí)施周期短、開(kāi)發(fā)成本低、迭代速度快、拓展能力強(qiáng)的特點(diǎn)[7]。

校園地下管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)需要將BIM模型以及GIS模型進(jìn)行融合展示，因此將BIM模型全量信息無(wú)縫轉(zhuǎn)化到GIS引擎上是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)完整的關(guān)鍵一步。本項(xiàng)目技術(shù)路徑如下：采用Revit進(jìn)行BIM建模，通過(guò)定制地下管網(wǎng)批處理插件，將物探DWG圖紙進(jìn)行自動(dòng)化批處理，生成地下管網(wǎng)BIM粗模。粗模進(jìn)行調(diào)整后，分批次導(dǎo)入GIS引擎中，與無(wú)人機(jī)三維實(shí)景的3D tiles模型進(jìn)行融合展示。如圖2、圖3所示。平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)多端支持，在無(wú)需安裝插件的情況下，可以直接在網(wǎng)頁(yè)和手機(jī)上打開(kāi)模型和圖紙。

圖2 BIM與三維實(shí)景模型融合展示

2.2功能詳情

2.2.1 BIM&GIS模型管理模塊

本模塊可實(shí)現(xiàn)BIM及GIS模型的瀏覽與分析、提供測(cè)量長(zhǎng)度、面積功能，提供定制化分析統(tǒng)計(jì)功能?；贐IM的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)模型檢索、空間查看、屬性查詢等功能?；贕IS綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)圖上算量、坐標(biāo)定位、地區(qū)導(dǎo)航、標(biāo)記對(duì)比、分屏對(duì)比、圖上標(biāo)繪、飛行漫游展示、地圖打印、實(shí)時(shí)分享等功能。

1）大體量瓦片模型瀏覽[8]?？蓪?shí)現(xiàn)混合瀏覽，對(duì)不同來(lái)源模型的混合加載與查看，支持BIM＋GIS的同步查看與比對(duì)。

2）地圖及基礎(chǔ)底圖瀏覽?？蓪?shí)現(xiàn)公開(kāi)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)加載，已經(jīng)導(dǎo)入天地圖、百度地圖、高德地圖等?；跓o(wú)人機(jī)航拍生成精細(xì)正射影像及地形數(shù)據(jù)，為校區(qū)提供超高清地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。正射影像地圖精度達(dá)到每個(gè)像素1.8 cm。

3）模型數(shù)據(jù)版本管理?？蓪?shí)現(xiàn)模型版本管理，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間狀態(tài)下模型的歷史數(shù)據(jù)對(duì)比。同時(shí)自定義項(xiàng)目、自定義項(xiàng)目管理權(quán)限，保障數(shù)據(jù)安全。

4）量測(cè)功能?？蓪?shí)現(xiàn)直線距離、垂直距離等長(zhǎng)度測(cè)量，支持體積測(cè)量與計(jì)算。

5）圖上標(biāo)繪與三維特效功能。可實(shí)現(xiàn)基于視角及建筑物體的標(biāo)注，可用于道路、建筑及附屬物設(shè)備設(shè)施的標(biāo)注及說(shuō)明。標(biāo)注形式不限于文字、立體模型、圖片等，可以提供多樣化靈活標(biāo)注方式。

6）統(tǒng)計(jì)、分析及可視化模塊?？蓪?shí)現(xiàn)構(gòu)件全量參數(shù)檢索與統(tǒng)計(jì)。用戶可以用任意字段模糊檢索模型構(gòu)件，也可在GIS地圖上，通過(guò)框選形式選中組件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2.2.2 運(yùn)維管理模塊

當(dāng)前的地下管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)維管理過(guò)程中，參與部門眾多，仍然以人為管理中心。除了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查詢、檢索和統(tǒng)計(jì)之外，實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中涉及大量的管理業(yè)務(wù)。這些管理業(yè)務(wù)大多數(shù)依靠人工、Excel文檔以及紙質(zhì)媒介進(jìn)行管理，很多業(yè)務(wù)工作量巨大，重復(fù)性高，亟待通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范化管理，并提高人員效率。

1）運(yùn)維巡檢管理。平臺(tái)和物業(yè)管理相結(jié)合，建立設(shè)備設(shè)施全生命周期跟蹤管控配套系統(tǒng)，系統(tǒng)功能包括：設(shè)備二維碼掃碼查詢、設(shè)備巡檢打卡、維護(hù)排班與通知、巡檢記錄匯總分析等。平臺(tái)基于BIM模型和低代碼搭建的管理表單，可以幫助運(yùn)維人員清晰地查看地下管網(wǎng)及附屬物設(shè)備設(shè)施基礎(chǔ)信息，方便快捷地填報(bào)相關(guān)信息，提高人員協(xié)作效率?；谄脚_(tái)的二維碼模塊，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)所有窨井蓋的統(tǒng)一編碼與統(tǒng)一鋼印，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員通過(guò)手機(jī)掃碼，即可快速調(diào)取設(shè)備信息，進(jìn)行相關(guān)的查詢及巡檢維護(hù)工作。

2）管網(wǎng)連通性分析。管網(wǎng)連通性分析是地下管網(wǎng)運(yùn)維管理中亟需解決的難點(diǎn)。由于地下管網(wǎng)涉及類型繁多，附屬信息復(fù)雜，通過(guò)人工去判斷管道流向的效率低、工作量大、準(zhǔn)確性差。地下管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)支持管網(wǎng)流向拓?fù)洌c(diǎn)擊任意管段，即可自動(dòng)分析管道流向，協(xié)助用戶摸排管網(wǎng)連通情況，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)工作量。

3）空間管理。地下管網(wǎng)BIM模型與校園三維實(shí)景模型共同構(gòu)建了立體數(shù)字化校園，地下管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)維平臺(tái)提供地理空間的測(cè)量、標(biāo)注、三維空間繪制等功能，協(xié)助用戶從三維角度對(duì)施工環(huán)境以及其他空間利用情況進(jìn)行管理，進(jìn)而提升空間管理水平。

2.3開(kāi)放數(shù)據(jù)接口

校園地下管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)提供完備的BIM模型以及GIS模型數(shù)據(jù)接口，通過(guò)獲取數(shù)據(jù)權(quán)限，外部系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)調(diào)用最新的校園底圖數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)查閱相關(guān)建筑及地下管網(wǎng)信息。

3 展望

采用BIM＋GIS技術(shù)，對(duì)地下管網(wǎng)及附屬物、全校區(qū)建筑進(jìn)行綜合可視化管理，同時(shí)提供開(kāi)放平臺(tái)接口，為其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。后續(xù)平臺(tái)可以在如下方面進(jìn)行持續(xù)拓展：

1）深化運(yùn)維平臺(tái)應(yīng)用。目前管理平臺(tái)的功能模塊局限于運(yùn)維工單管理、巡檢管理以及常規(guī)的設(shè)備設(shè)施管理，應(yīng)用場(chǎng)景較單一。基于低代碼技術(shù)，在采集需求后，可以幫助一線人員快速搭建業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，可以將管理邊界拓展至進(jìn)銷存、工作協(xié)同、項(xiàng)目管理等范圍，形成一體化管理系統(tǒng)。

2）拓寬BIM模型應(yīng)用范圍，接入IoT物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建智慧校園。當(dāng)前系統(tǒng)僅對(duì)地下管網(wǎng)BIM模型進(jìn)行綜合管理與應(yīng)用，作為基礎(chǔ)技術(shù)，已經(jīng)具備所有BIM模型綜合管理能力，后續(xù)將導(dǎo)入新建建筑及既有改造建筑BIM模型，構(gòu)建數(shù)字孿生校園底圖。同時(shí)新增校園物的管理模型，對(duì)地下管網(wǎng)及附屬物的傳感器進(jìn)行批量接入及管理，實(shí)現(xiàn)部分業(yè)務(wù)的自動(dòng)化采集與管理。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目基于歷史及當(dāng)前物探資料，完成了校區(qū)全部專業(yè)的地下管線（包含管井、檢修口等管道附件）建模，提供全專業(yè)地下管線模型；完成了指定空間地下管線、管件及配件的運(yùn)維數(shù)據(jù)錄入。采用無(wú)人機(jī)對(duì)校區(qū)進(jìn)行三維實(shí)景航拍建模，繪制高精度正射影像地圖，提供高精度三維實(shí)景模型。

系統(tǒng)應(yīng)用方面，基于BIM及GIS引擎，實(shí)現(xiàn)多源模型融合瀏覽，提供全量數(shù)據(jù)的檢索與分析，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端＋網(wǎng)頁(yè)端的輕量化系統(tǒng)體驗(yàn)?；诘痛a中臺(tái)技術(shù)，在融合BIM＋GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)分析、運(yùn)維巡檢及空間管理等功能，對(duì)外提供完備的數(shù)據(jù)接口，為外部系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。

校園地下管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)，解決了既有地下管網(wǎng)信息缺失、可視化程度低、數(shù)據(jù)應(yīng)用效率低下等實(shí)際問(wèn)題，采用積極主動(dòng)的管理方法，降低運(yùn)維成本，幫助運(yùn)維人員在三維可視化數(shù)字界面中進(jìn)行高效的運(yùn)維管理。