BIM技術在城市地下管線設計與管理中的應用

朱栩瑩 吳 迪 李 丹

(解放軍理工大學，江蘇 南京 210007)

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BIM技術在城市地下管線設計與管理中的應用

朱栩瑩 吳 迪 李 丹

(解放軍理工大學，江蘇 南京 210007)

通過分析城市地下管網的現狀及存在的問題，提出采用BIM技術解決地下管線問題的方案，闡述了利用BIM技術建立城市地下管網信息系統的流程，分析了BIM技術在推廣應用中面臨的機遇和挑戰，對建筑業的信息化發展有一定的意義。

BIM技術，地下管網，三維模型，物聯網

0 引言

城市地下管線作為居民生活保障設施中不可或缺的一部分，主要負責著各種物質的輸送、調配以及通訊信息的傳輸等工作，重要性可謂是城市的“生命線”。地下管線一旦出現問題，對社會造成的危害是我們不得不重視的。為了避免各種問題的出現，我們急需探尋新的思路和技術，將其引入城市地下管線的設計和管理中去。

BIM技術作為建筑業信息化的產物，其在對龐大、復雜信息的管理及分析方面具有得天獨厚的優勢。在設計以及施工階段應用BIM實現對地下管線管理的信息化，不但能夠提高生產效率，還能降低建造成本。在地下管線的日常運維管理中引入BIM更是可以實現地下管線問題的及時反饋和預報，并對問題所在部位精準定位，避免不必要的勞動量。

1 城市地下管網現狀及存在的問題

1.1 城市地下管網現狀

隨著城市的飛速發展，地下管網與城市發展之間的矛盾逐漸突顯。各類施工的安全事故頻發，一到大雨天就“看海”，管網工程施工對地面的“開腔破肚”比比皆是，缺失井蓋的窨井頻頻“吃人”，好好的路面突然就會塌陷，在人行橫道上行走會掉進熱水坑，輸油管道的泄漏引發爆炸……

1.2 城市地下管網存在的問題

傳統地下管線存在以下缺陷:1)傳統的地下管線一般是采用二維的設計手段，其斷面圖、平面圖以及交叉節點圖等僅僅是對特定截面信息的局部描述，對于管線的所有交叉節點以及管網整體很難實現全局性的分析。2)設計缺乏整體性，進行管線交叉綜合時無法避免局部調整引起的連鎖反應，經常解決了一處碰撞又引起了更多其他位置的碰撞。3)傳統圖紙標注精確化程度不高，各專業交叉時僅僅規定豎向的極值標高，在施工的過程中很難保證施工的精準定位。4)由于管材的老化、操作的不當等原因可能導致爆管事件的發生。在發生緊急事故時，傳統的報警方式是由事故現場的工作人員進行逐級上報或者通過管線中的壓力監測點所發出參數變化進而報警，因此很難及時、有效的準確鎖定發生爆管的管段，以及事故所影響的范圍。一個小問題有時還需要大開挖來排查。傳統的管線維護見圖1。

針對以上種種問題，引入BIM的解決方式迫在眉睫。

2 BIM在地下管線設計與管理中的應用

2.1 地下管線問題的BIM解決方案

1)運用BIM技術對地下管線進行三維設計，其設計成果是對工程整體的全方位表達(如圖2所示)，用戶可以根據需要獲取不同角度的局部斷面以及復雜部位的詳細信息。這在傳統二維設計中是不可能實現的。

2)在三維BIM模型中對地下管線進行調整修改，各個碰撞點調整后所帶來的工程中其他部位的連鎖反應可以及時清晰地體現出來，避免出現調整盲點和遺漏，保證管線調整的全面性和準確性。

3)地下管線三維BIM模型中所有標高均為準確標高，用戶完全可以基于模型得到任意需要部位的準確尺寸信息。從而在施工期間就可以嚴格要求施工人員按照設計標高作業，避免因施工人員的判斷失誤而產生的各種施工問題，影響施工效率和質量。

4)將BIM與物聯網技術相結合，實現對地下管網運行狀態的全方位監測管理。在監測管段上預先安裝各種傳感器，并將各個傳感器測點的位置以及檢測信息在模型中同步體現出來。在平時運營管理中，可以通過BIM模型對管網的水力情況進行監測顯示，及時分析預報存在或可能存在的風險。在事故發生的第一時間，可以通過BIM模型獲取事故管段的位置以及事故性質等其他關鍵參數，以便工作人員檢修處理。

2.2 建立城市地下管網信息系統

為了更好的實現BIM在地下管線設計與管理中的優勢，需要設計開發一套城市地下管網信息系統。該系統不僅可以實現城市地下管線信息的采集和模型的建立，并且可以對各方面信息進行分析處理，通過智能化的管理手段保障地下管網的正常運作。

該系統借助BIM，GIS以及物聯網技術。BIM主要用來整合建筑物本身全生命周期的信息，GIS則是與環境相關的外部信息，在運維階段結合物聯網技術，將管線上各傳感器的位置及測量信息實時反饋到三維管線模型中去，用戶可通過三維模型查看管網的運行狀態，系統還可通過對各參數的分析計算，作出管網風險預報。

該系統的工作流程如下：1)導入信息，將已有構筑物BIM模型導入基于GIS的環境信息平臺，實現BIM數據和GIS數據的結合。2)在以上包含建筑內部信息以及外部環境信息的模型基礎上建立管線、道路，以及新建模型的幾何物理等屬性信息。3)借助碰撞檢測插件分析得到全部碰撞點，并自動分類顯示管道間的接近碰撞、軟碰撞以及硬碰撞。4)進行管線綜合調整，解決各個專業間的各類碰撞類型。5)模型深入優化后開始組織相關人員施工，施工中在管網系統中關鍵部位布設傳感器，將傳感器信息通過有線或者無線傳輸到系統主機。6)主機存儲分析各種監測數據，將分析結果反饋給用戶，以便用戶能夠全面掌握管網運作狀況，及時解決存在的或即將出現的問題。7)當管網出現問題或事故時，系統第一時間向用戶報警，并準確定位事故發生位置，使工作人員能夠迅速準確地對問題部位進行檢修處理。

3 面臨的挑戰和阻礙

盡管BIM擁有眾多無與倫比的優勢，但是作為一項新技術，它的推廣應用仍然困難重重，主要表現在以下幾個方面：1)設計人員思維轉變難。思維從二維到三維的轉變必然需要經歷一段痛苦的適應過程，但這并不意味著BIM高不可攀，未來它將成為一個大眾化的技術。2)對BIM的本地化、行業化完善不夠。3)BIM與GIS數據分別采用不同的標準。要想實現BIM與GIS數據的互通，必須制定統一的數據標準。4)任何技術的發展，人才的培養都是重中之重。一個市政設計技術人員的誕生尚需要經歷一個漫長的周期，何況同時他也要熟練掌握BIM技術。5)現階段中國的BIM行業尚未建立統一完善的開放性標準，制約了BIM的發展。

4 結語

基于BIM進行地下管網設計，集成龐大的信息化數據于三維可視化模型，能夠實現信息的分析管理以及仿真模擬，前瞻性地解決施工時才可能發現的各種問題。借助BIM來優化地下管線設施的養護管理時，依托BIM大量的數據，可以對風險進行量化的科學預警，增強設施的使用壽命。

隨著社會不斷進步，城市地下空間建設、利用的大力開展，地下管網的信息化必將成為焦點。BIM技術帶來的不僅僅是設計、施工、運維相關工作的技術進步，對整個行業的發展也具有深遠意義。

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The application of BIM technology in urban underground pipelines design and management

Zhu Xuying Wu Di Li Dan

(PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Through the analysis on present situation and existing problems of urban underground pipelines, this paper proposed the scheme using BIM technology to solve the problem of underground pipeline, elaborated the process using BIM technology establishment of urban underground pipeline network information system, analyzed the opportunities and challenges of BIM technology in popularization and application, had certain significance for the building information development.

BIM technology, underground pipe network, three-dimensional model, Internet of things

1009-6825(2016)22-0230-03

2016-05-21

朱栩瑩(1992- )，男，在讀碩士； 吳 迪(1993- )，男，在讀碩士； 李 丹(1990- )，女，在讀碩士

TU990.3

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