基于BIM和GIS的市政管綜的設計探究

徐磊鑫，邵雪軍，吳曉龍，王 軼，顧鎮媛

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

0 引言

市政工程的管綜設計項目作為城市管網建設的重要組成部分。對保證城市水資源的利用率和城市經濟的發展起著至關重要的作用，所以市政管網優化技術是促進其作用發揮的重要保證。而設計進行信息的片面化和定位困難成為我國目前面臨的主要研究問題。建立信息模型（BIM）可以直觀地處理工程中的設計信息和工藝相關信息，并通過地理信息系統（GIS）對定位信息進行分析。BIM的出現意在建設工程項目的整個生命周期中進行數據信息資源管理，它為建設一個項目的全過程管理工作提供了一種先進的數字工具和信息共享服務平臺，并提供了一種可以用于實施集成項目風險管理的新方法。此外，不同的土地等高線、項目長期場地條件的變化、現有基礎設施段和施工期間的交通協調是影響新項目設計和施工的一些獨特因素。這些項目由于規模巨大、場地條件不利和設計復雜而極具挑戰性。GIS是一種解決這些復雜問題的方法。BIM和GIS在市政管理管網中的應用能夠更好地推動社會發展。

1 BIM技術和GIS技術在市政管綜工程的優勢

1.1 BIM技術在市政管網工程中的應用優勢

在我國的大多數市政管道工程中，都使用提前設計好的市政管道工程圖紙，但在審核中，缺乏專業的圖紙會審專家，而BIM技術可以提前發現圖紙相應的問題，并通過相應程序對于管道碰撞問題進行相應預防，杜絕了因人工而產生的審查失誤。尤其是隨著時代的飛速發展，傳統的平面二維圖紙已經不能展現日新月異的新工藝、新材料，這在目前的施工中有很大的局限性，同時也可以對內部隱藏的管線進行三維規劃，提高企業施工的效率。綜上所述，BIM技術在市政管網工程中的應用相對于傳統管綜設計施工是具有巨大發展優勢的[1]，可以作為一種三維圖像數據佐證，在某些復雜信息系統中以及對于一些我們需要不斷深化設計的方面，可采用MagiCAD軟件公司進行該項目管線綜合的BIM設計。碰撞檢測是BIM技術在市政管線綜合設計中的重要應用。BIM技術提供的碰撞檢測功能可以識別在哪里與其他實體發生碰撞，從而使市政工程在管道的綜合設計中有更好的解決方案。

1.2 GIS技術在市政管網工程中的應用優勢

市政管綜工程為保證城市交通通暢，多使用地下工程，GIS技術的利用，可以通過結合實地調查情況進行場地定位，將表格型數據轉換為地理的圖形顯示，并進行研究，解決隱藏管線的鋪設定位存在的問題，特別在于市政管網中的雨水管道，由于多是就近排入河道中，所以更容易受到地形地貌限制，如設計不佳，則會導致出現嚴重的積水現象，更會影響我國居民的交通安全問題。同時我們還需在適當位置設計開泵站、溢流閘門等，因地制宜，因此更需要詳細了解地下的情況。地理環境信息服務系統恰好包含這些會計信息并將其運用到生活實際應用工程項目設計教學中去，將信息轉化為具體要求施工人員定位。它甚至可以被使用特殊部位，可以通過查看地下管網的不同情況來分析管道的脆弱部位，降低檢查和維護成本。可以看出GIS技術在市政管綜方面發展具有極高的經濟效應、社會效應。

1.3 GIS技術和BIM技術在市政管網工程中的結合應用

在市政管網復雜的施工環境下，采用BIM技術建立的模型單一，缺乏說服力。同時，這種端到端的處理對于降低施工交底具有重要意義。可以說在市政管網建設中GIS技術和BIM技術的有機組合是具有巨大前景的[2]。不僅我們可以在前期就進行技術可行性分析，也可以通過同樣需要進行數據可視化分析，提前了解工程發展情況，為后期的維修和管理工作創造條件，而且也方便相關設計師對于圖紙的修改。

2 針對市政工程中管綜特性的BIM和GIS應用

2.1 擁有多種種類

正常發展情況下通過管道中給水、污水、雨水、電力、通訊、熱力、燃氣、網絡、煤氣等多種管線，尤其是企業需要學生甄別管道的用途可以進行一個特殊化處理，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的標記。地下情況復雜，在BIM軟件中對多根管道分別建模，利用GIS定位管道的空間位置，提高了多根管道使用的準確性和方便性，使施工工人在施工時更容易了解建筑物的地下情況[3]。再根據地下發展情況，做出選擇相應判斷，并符合相應原則。特殊情況達不到規范要求的距離時，必須進行局部特殊處理，必要時必須采取加固措施。

2.2 特殊管道由相應單位負責

市政工程中的管道不在現有管理方案中由同一單位管理。現有資料可以知道，供水管道由水務公司管理，污水管道和雨水管道由市政公司管理，電力管道由電業局管理。這些管道的維護企業管理均由不同相關單位負責。但由于分屬于自己不同的單位，所以在進行后期的維修中易出現由于管道沖突不斷發生的情況。在過去的幾年里，發生了多起切斷光纖的事件，導致許多公司遭受巨大的損失。所以更需要BIM技術企業進行研究前期建模作為一個基準，建立多機構、多部門的協同管理工作的機制，提高社會工作學習效率，同時我們應該重視學生通過BIM在施工前期對于管道碰撞方面的實驗，以避免相應損失。也可以模仿成熟的，且同樣基于BIM技術和GIS技術的水利工程數字檔案系統[3]，以建筑信息模型為框架，以GIS為平臺，同時利用檔案管理系統和檔案應用系統，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，實現結構化IFC模型數據與非結構化文檔數據的關聯，這也是整個檔案系統的主要方向。以BIM技術和GIS技術為核心，與各類企業應用管理系統可以實現經濟數據進行聯通和共享，將市政管綜工程中分散，無序的檔案信息與三維BIM模型鎖定，實現一個基于地理環境信息網絡系統設計為主要對象的聯動。從而在維修更新、統一規劃中減少溝通時間，提高工作效率。

2.3 市政管綜材料、技術更新速度快

由于市政工程的特殊性，技術和材料必須遵循以下幾點：①市政管網的建設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題；②在市政管網中，材料壽命和材料耐腐蝕性能最為重要；③隨著城市物流的進出壓力越來越大，現代城市市政道路建設項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發展提供支撐[4]。所以更需要學生實時更新材料和相應管理技術，BIM作為一種新興的軟件設計手段，緊跟時代步伐，并有多所企業進行分析相應更新換代，其中大部分研究內容不局限于時代，可以同時根據相關技術力發展而更改。而常見的CAD圖形需要多張詳圖圖紙作為重要補充才能形成完整呈現新技術的外觀尺寸情況，但是BIM技術所生成對的圖形作為社會一個三維圖形能在直觀上給人準確的數據，及新型職業技術環境科學工作情況的體現。

2.4 各方面的統籌困難

一般來說，市政工程建設一般是為了不打擾正常民生，市政工程的施工工地會比其他項目小，所以因為工地的規模，會有相關的問題。大量工程實例證明，現場保通程度決定了工程能否正常進行，甚至造成嚴重的質量問題和經濟問題[5]。這需要信息技術具有極高的時效性和準確性，并且我們需要通過多方面的綜合配合。利用GIS技術，通過建筑物施工仿真功能，可以預先模擬應急情況，并在此基礎上制定相應的應急預案，以減少甚至避免事故的發生。

3 結論

市政工程中的綜合管網有統一原則：統一規劃、合理配置、統一建設管理、資源共享、立足長遠、綜合利用。而我們國家需要企業依照相應原則，在利用好相應的BIM幾何可視化和GIS坐標變換的前提下，在設計發展階段可以利用BIM模型研究對于圖紙問題進行先行設計，在施工建設階段利用GIS進行分析管道定位及確認材料，在后期利用多管道的共同建模，協同各單位進行施工工作，并不斷使用GIS技術進行工程后期維修保障。只有充分發揮工程技術創新多手段的優勢，才能確保市政工程管線規劃使用趨于全面、細致、合理，圖1為基于基于BIM和GIS的市政綜合管線設計。

圖1 基于BIM和GIS的市政綜合管線設計