基于BIM技術的既有地下管線三維自動化建模分析

摘要：以往在地下空間開展各種工程時，由于地下空間的管線數量諸多，稍有不慎可能對某些管線造成破壞，所以一般在開展地下工程之前，需要針對地下管線展開全方位檢測。為了確保檢測結果足夠精準，本文以BIM技術為基礎，針對既有地下管線展開三維自動化建模，并以某工程為例，詳細分析BIM在既有地下管線三維自動化建模中的相關要點，這樣便可根據模型確定管線具體狀況，調整工程施工方案，避免地下管線遭到各種破壞。

關鍵詞：BIM技術;既有地下管線;三維自動化建模

引言：以往在城市規劃中，通信線路、電力線路以及給排水線路，都是由不同部門負責開展，這些部門之間并不會相互共享管線安設信息，而且大部分管線都處于無人看管的狀態，一旦需要在地下空間開展其他工程，這些管線必然會增加地下工程的開展難度。為了避免地下管線對工程開展造成限制，在開展地下工程時，可以通過BIM技術提前進行管線建模，利用模型為工程提供更多參考信息，只有這樣才能避免地下管線檢測結果出現錯誤數據。

1.BIM技術概述

BIM技術英文全稱為： Building Information Modeling， 主要是指利用三維建筑數字化技術，對整個建筑工程的三維建筑數字化模型進行施工處理，制成一個可以存儲在計算機中的三維數字化建筑工程設計模型，并將所有建筑工程施工相關信息添加到工程模型中，形成了建筑工程施工相關信息處理數據庫。BIM還可以更真實地模擬響應管道的三維時空長度分布的變化，同時，它還能模擬地下生成管道模型的安全性，檢測所有安全問題，如管道生產模型之間的沖突和管道之間的沖突。通過各種BIM模擬，不僅能快速確定合理的設計方案、施工進度和將施工所需的整個工程機械產品及原材料供應和進度，快速計算和工程設計方便的改變時間相應的整個工程的建設成本，為整個項目快速準確地生成預算。不僅可以自動優化項目設計，還可以根據每個項目的實際需要自動生成相應的項目圖像。

2.地下管線三維自動化建模

BIM技術是在應用于地下排水管線三維工程信息管理模型時，根據不同項目實際應用環境特點的不同，在具體設計流程中可能存在一定的技術差別，詳細流程如下圖所示：

根據上圖可以將地下管線三維自動化建設流程分為：（1）物探，物探的工作目的主要任務是對在BIM等軟件程序運行管理過程中所可能需要的大量數據資料進行分析獲取，從而為物探建模工作程序運行奠定良好的數據基礎，在物探建模工作的具體開展運行過程中，需要正確選擇其相對應的物探探測設備，并且還需要在結合原有物探圖紙的數據基礎上對其進行準確的數據探測。（2）二次開發，進行設計二次開發的設計目的，主要是為了保證所有信息數據的一致性，根據系統模塊中所對應數據內容的不同，所需要設置的數據內容也就會有所謂的不同。在這些模塊化的設置工作完成之后，就已經可以初步設計建立出三維立體模型。（3）碰撞復測檢查，碰撞復測檢查功能是BIM檢測軟件本身自帶的重要技術功能之一，在碰撞復測作業設計完成之后，會自動產生與其對應的相關信息，設計技術人員隨時可以根據這些相關信息，對現場管線開展其相對應的碰撞復測檢查工作。確保地下施工管線位置模型與實際基層埋設時的位置模型達到完全基本相符的施工狀態同，從而為下一步施工設計奠定技術基礎，減少由于地下施工設計方案結構設定不合理而可能造成零件破壞和無法返工等的工序，降低地下工程施工的技術成本。

3.基于BIM技術的既有地下管線三維自動化工程案例

3.1 工程案例

本工程位于上海市寶山區軍工路南側，屬于低壓高架路管線設計施工提供重要基礎設計資料，避免因施工高壓公路管線不清，在盲目施工時隨意修改管線設計，造成人、財、物嚴重浪費，延誤設計工期，也為了保證施工時高壓管線的正常保護使用提供重要依據， 避免盲目使用施工對高壓管道造成嚴重破壞而造成的重大經濟損失和不利的社會影響，對地下管道進行了專門的綜合探索。

3.2 工程難點

在本次工程中開展難點主要有以下幾方面： （1）檢測區域多為硬質路面和部分綠化帶。這次行動需要把路面鑿破。估計每個精細檢測位置的破碎路范圍為2米*0.4米，業主需要協調挖掘回填相關事宜。（2）探測范圍內的一些道路開放通行。在作業期間，業主應對作業區域內車輛的移動，協調相關交通部門的工作;（3）現有鐵路南北方向探測區域，雙方均有停運，據勘測，鐵路位置自來水管道埋深約5米，該區域應由業主協調相關部門辦理手續，允許施工、運營，如果允許手續齊全，建議在東側抽水站進行施工的吊車將工具運到鐵路區域，應由業主進行協調;（4）由于本次檢測主要針對高架橋橋墩的位置，如需在泵站區域設置橋墩，應告知泵站的基底邊界，避免對其造成破壞。

為了順利解決地下管線的探測問題，最終決定通過BIM技術構建三維自動化模型，但在建模過程需要注意以下要點。

4.基于BIM技術的既有地下管線三維自動化建模要點

4.1數據整理

族是創建BIM模型過程的基本部分，BIM模型是一個功能單元，而用于控制參數初始化過程的函數家族類型是創建家庭模型過程的基本部分。為了便于地下排水管道的批處理建模，有必要建立地下排水管道的批處理建模基礎。根據管架設計的要求和實際應用，創建了標準化的地下隧道線路各參數的沿襲庫，其主要是基于地下隧道管道規范的基礎知識內容的創建方法，根據不同類型的地下管線設置相應的管線附屬物，結合實際應用需要創建相應的管線。通過對地下排水管道的研究和優化，規范建立了各種附屬家庭庫和類型。在普通地下排水管道中設置配套家庭庫，如：檢查井、閥門、水表、信號桿等，每套約20種。這些子族的長度、寬度、高度和運行方向，由需要創建的各種參數控制，可根據實際情況而改變，滿足了地下管線建模需求。除此之外，當這些數據足夠充足后，施工單位便可對所有數據進行統一整理，根據整理結果確定錄入BIM平臺中的建模信息，這樣模型尺寸就會在大量數據的支持下更加貼近于實際情況，從根本滿足既有地下管線三維自動化建模的各種需求，并以此降低本次工程的開展難度。

4.2建模

在本次開發工程中僅在完成設計數據收集整理各個環節后，便人員可立即開始準備著手進行準備地下排水管線設計模型的正式開發建設，在此一個環節中就需要人員靈活運用MicrosoftVisualStudio等軟件，將其與BIM技術相互結合后進行合理化的開發。在系統開發設計工作全部完成之后，要求實現系統設計模塊的基礎功能主要包括工程數據的自動批量處理導入，多孔隧道管線自動排布、管線自動批量避讓和無線連接、運行過程數據自動導入等多個功能方面，從而用戶能夠依據實際應用情形自動進行系統建模，模型如下圖所示：

根據本工程項目工作開展的總體要求， 在準確設置地下隧道線路號數據模塊號時，首先要根據地下管道的點號、不同的主要功能和特殊材料分別確定地下管道的編號，要采用相應的編號為精確的英文大寫和字母，相同的材料類型的地下管線根據垂直和水平方向坐標，和線管地面高程數據上下三個主要單位是按順序編號，地下管道類型與不同的材料決定的。在此基礎上，重新確定不同品種和編號類型的管道的管頂及其埋深、管徑、孔號等附件及其相鄰或連接的接線點。對于不同空間管道的多個附件，可以通過選擇相應的單獨管道模塊直接創建，并將這些單獨的模塊直接放置在相應的管道空間管理位置。在每個模塊中建立了整體模型之后，可以通過直接批量導入模塊數據來快速生成所需的所有數據模型。

4.3碰撞檢測

在對地下管線展開碰撞檢測時，由于本次工程中涉及諸多類型的管道線路與附屬物，其中還有諸多附屬物存在于地層之上，這樣碰撞檢測的難度就會增加，既需要針對管道之間的碰撞情況進行檢測，又需要針對管道和附屬物之間的碰撞情況進行檢測，檢測結果具體如下。

（1）管線間的碰撞檢測

在使用BIM的碰撞檢測軟件的測試過程設計完成后，一條管線上同時有兩千多個碰撞點，這些管線上的碰撞點大部分都是在一條管線連接的同時發生碰撞接觸的部位，即熱熔通過管道與其他附屬的施工方式連接相撞，而不是通過其他附件連接成線路碰撞連接，這樣可以達到同時出現多個碰撞連接點的主要目的。對于這種碰撞后的情形，可以暫時予以忽略不計，但是在一些小量大口徑多孔連接管線與大量小口徑的單向多孔連接線管之間也可能出現幾十個交叉連接碰撞的特殊位置， 造成這種特殊情況的主要原因相當復雜：部分是由于檢測建設中數據采集的巨大誤差;有些人檢測施工過程中可以采用的多孔橋式直接繞著多孔連接或使用相應的鏈接，但在建筑工程的檢測是準確的位置上下兩端多孔管連接，沒有準確地確定每個圓線的位置。對于這些碰撞地點，必須依照碰撞模型所需要顯示的地點位置重新設計開展現場碰撞復測處理工作，對于其中可能出現復測錯誤的地點位置必須進行準確性的勘察，在此基礎上通過采用附屬物的重新添加或其他解決方案可以建立準確的排水管線碰撞模型，如下圖所示：

（2）管線和附屬物間的碰撞檢測

管道與其他附件之間劇烈的碰撞運動使其更加頻繁，需要顯示的實際碰撞情況也更加復雜，在不同碰撞位置點的態勢顯示分析結果中，管道通過地下窖井時，不同碰撞位置點可能在管道的不同位置出現最多，這種顯示情況在實際管道設計和工程施工中是相同或一致的。但與此同時，同一井坑的排水井也會出現兩條不同的排水管線，這種特殊情形在我國傳統的大型市政排水管線系統設計工程施工管理過程中，幾乎是不大有可能同時出現的，產生這種失誤碰撞現象結果不準確的主要形成原因之一，是由于在窖井進行物探測定工作時，沒有對窖中內井的實際直徑大小和井體運行旋轉方向情況進行準確測定，并在進行模塊化的設定工作過程中，人為地對窖中的井實際大小方向進行錯誤確認，從而導致出現了相對應的窖井失誤碰撞現象。在此前的情形下，需要重新開始進行現場碰撞復測，將現場復測后的結果與實驗模型中所顯示的兩個碰撞點結果進行精度對比。在設備進行質量復測對比作業時，不僅必須要準確測定固體附屬物的實際移動位置，還要對其移動方向位置進行準確性的測定，以便于確保質量對比試驗結果的客觀準確性。

4.4綜合出圖

根據要探索的排水線類型的數據，利用BIM統計軟件按順序組合不同類型的排水線，建立了排水線模型。地下排水線的顏色是用不同品種的顏色來定義的，以便參照目前有關的國家地下地球物理管理標準進行精確區分。將檢測目前所有涉及各種管線、電力輸送管道，管道信息，聯通管道，管道在網上通話，手機信號傳輸管道管線，水管道，天然氣管道運輸管道、污水管道和其他背景顏色分別為紅色、粉紅、綠色、藍色、紫色等顏色。建模完成后，根據地下排水沖擊檢測模型的實際應用和規范，對沖擊檢測模型數據進行綜合分析。

結束語

綜上所述，將BIM應用在既有地下管線三維自動化建模之中，完全可以利用技術特性，強化地下管線工程的整體能力。通過數據整理能夠幫助施工單位收集信息，保證建模數據的準確度，通過建模能夠幫助施工單位精準確定每一條地下管線的分布狀況，通過碰撞檢測能夠幫助施工單位規避管線出現碰撞狀況。由此可知，BIM完全可以幫助工程規避各種問題，大幅強化各類工程的整體效益。

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作者簡介：石大波;1982.01，男，苗族，貴州省思南縣人，遵義醫學院，本科學歷，信息與計算科學，從事工程測繪相關工作。

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