基于BIM管網(wǎng)工程全生命周期管理研究

潘二虎

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

BIM(建筑信息模型)是利用幾何學(xué)、建筑學(xué)、工程學(xué)及信息管理等學(xué)科來(lái)存儲(chǔ)和管理整個(gè)項(xiàng)目周期中建筑物信息的平臺(tái)，其具有可視化、協(xié)同性、模擬性、可優(yōu)化性以及可剖切出圖等特征。2015年，住建部發(fā)布了關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)，旨在推動(dòng)BIM技術(shù)在工程建設(shè)全過(guò)程的集成應(yīng)用，開(kāi)展建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要和建筑機(jī)器人發(fā)展研究工作，提升建筑行業(yè)信息化水平[1]；2020年，湖南省住建廳發(fā)布了國(guó)內(nèi)第一個(gè)關(guān)于BIM全生命期交付的標(biāo)準(zhǔn)——《湖南省建筑工程信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》，既規(guī)定了信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)，又可為BIM收費(fèi)提供參照[2]；同年，廣東省住建廳也制定了BIM技術(shù)提升目標(biāo)：規(guī)定省內(nèi)建筑面積超過(guò)20 000 m2的建筑工程項(xiàng)目?jī)?yōu)先采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]。各級(jí)政府有關(guān)部門(mén)在政策上對(duì)BIM技術(shù)的推廣極其重視，但城市地下管網(wǎng)管理涉及較多職能部門(mén)，且存在多頭管理與權(quán)責(zé)不清等問(wèn)題，改建城市地下管網(wǎng)工程時(shí)，往往面臨管網(wǎng)探測(cè)難及重復(fù)開(kāi)挖等問(wèn)題[4]。廣東省某市政道路兩邊擬各新建一條DN1 000排水管道，目前已探明地下綜合管線有：通信光纖15根，高壓電纜2根，DN400中壓燃?xì)夤艿?根，鑄鐵給水管5根，大型引水管1根，雨污合流管2根以及1條在建地鐵隧道。本文以廣東省某排水管道工程為對(duì)象，分別研究了應(yīng)用BIM技術(shù)在方案設(shè)計(jì)階段、施工及管理運(yùn)營(yíng)階段的可行性，可供類(lèi)似管網(wǎng)項(xiàng)目參考。

1 城市管網(wǎng)工程BIM全生命周期管理方案

參建各方及各專(zhuān)業(yè)在項(xiàng)目初期依托BIM協(xié)同功能，實(shí)現(xiàn)資源數(shù)據(jù)共享，建立數(shù)字化協(xié)同交流機(jī)制，利用數(shù)字信息仿真模擬建筑物全生命周期各階段的存在形式，分別在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)階段指導(dǎo)決策，提升項(xiàng)目的整體水平[5]。其中，在方案設(shè)計(jì)階段，三維可視化、信息化和多專(zhuān)業(yè)協(xié)同的設(shè)計(jì)形式，可減少不同管線碰撞沖突問(wèn)題，及時(shí)實(shí)現(xiàn)方案的調(diào)整與優(yōu)化；在施工階段，利用BIM5D施工模擬平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)度管控、合同管理及成本控制，施工模擬過(guò)程中還可對(duì)方案進(jìn)一步優(yōu)化，減少返工[6]；在運(yùn)維階段，開(kāi)發(fā)出便于展示輕量化BIM模型的在線預(yù)覽平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)模型三維展示、管網(wǎng)流速水質(zhì)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)設(shè)備定檢巡檢等目的[7]。城市管網(wǎng)工程BIM全生命周期管理流程見(jiàn)圖1。

2 城市管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 基于Revit的排水系統(tǒng)建模技術(shù)

2.1.1 管道及井室建模

預(yù)制混凝土檢查井，可建立Revit參數(shù)化“族”，族的意思為包含尺寸、類(lèi)型、形狀等參數(shù)的圖元，類(lèi)似于CAD中的參數(shù)塊，一個(gè)完整的Revit項(xiàng)目就是由多個(gè)這種參數(shù)塊組成。具體操作步驟為：選取參照平面，利用拉伸(實(shí)心)功能制作井室外壁及下底板和下底面，再在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建空心拉伸體，作為上下游連通口。在地下排水管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建中，還包含基坑支護(hù)、管道基礎(chǔ)、鋼筋混凝土管、基坑回填體等部件，可對(duì)重要構(gòu)筑物以新建“族”的形式進(jìn)行繪制三維模型。繪制好的多種族構(gòu)建，組成族庫(kù)，并分別賦予參數(shù)屬性信息，實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)化，甚至信息化[8]，如井室及Ⅱ級(jí)鋼筋混凝土管道等部件可以添加內(nèi)徑、外徑、長(zhǎng)度等參數(shù)(見(jiàn)圖2)，后期調(diào)用時(shí)通過(guò)參數(shù)控制模型尺寸，也可供管理運(yùn)營(yíng)階段數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)使用；然后新建項(xiàng)目，將所需要的參數(shù)族部件載入項(xiàng)目文件中，調(diào)整族位置及坡度，整個(gè)管段模型就已按實(shí)際要求完成繪制(見(jiàn)圖3)。后期可通過(guò)剖切所需要的斷面進(jìn)行導(dǎo)出二維剖面圖，三維模型尺寸調(diào)整后，相應(yīng)二維剖面圖也會(huì)聯(lián)動(dòng)更新標(biāo)注，避免了常規(guī)繪圖方式反復(fù)改圖的麻煩[9]。

在地表處理方面，可在相同坐標(biāo)系的新項(xiàng)目中，導(dǎo)入測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)文件生成地形，之后將地形文件與管段文件通過(guò)“鏈接Revit”的方法鏈接為一個(gè)項(xiàng)目。龐大且復(fù)雜地形場(chǎng)景，可利用Civil 3D軟件，利用點(diǎn)文件、文字高程文件、屬性塊文件等生成帶有三維信息的地形文件[10]。

2.1.2 水位及水質(zhì)檢測(cè)儀器建模

對(duì)于水位水質(zhì)等監(jiān)測(cè)檢測(cè)儀器，也可通過(guò)電氣族元件并賦予元件不同屬性值的方式實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖4)，元件族(族庫(kù))建立后，按坐標(biāo)定位到完整管道項(xiàng)目中。每個(gè)監(jiān)測(cè)儀(元件)對(duì)應(yīng)唯一一個(gè)圖元ID(見(jiàn)圖5)，方便后期運(yùn)營(yíng)階段通過(guò)搜索元件ID來(lái)達(dá)到調(diào)取儀器數(shù)據(jù)的目的，也可為將來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與運(yùn)用奠定基礎(chǔ)[11]。

此外Revit還提供了Dynamo可視化編程插件，該插件簡(jiǎn)單易懂，非編程專(zhuān)業(yè)人員拖拽節(jié)點(diǎn)命令即可達(dá)到編程效果。通過(guò)可視化編程，可使監(jiān)測(cè)儀器與管道主體模型之間形成數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)[12]。

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)與深化設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)

協(xié)同建模過(guò)程中，項(xiàng)目重要設(shè)計(jì)人員可通過(guò)統(tǒng)一的云BIM協(xié)同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)和信息關(guān)聯(lián)，避免重復(fù)專(zhuān)業(yè)間更新滯后，減少信息傳輸錯(cuò)誤；項(xiàng)目一般參與人員通過(guò)輕量化協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)共享和并行設(shè)計(jì)，無(wú)須安裝大型三維建模軟件即可查看模型信息，大大節(jié)約了溝通交流時(shí)間。

深化設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)成果校核時(shí)應(yīng)用Navisworks軟件，將各個(gè)專(zhuān)業(yè)的模型成果鏈接為一個(gè)整體，進(jìn)行碰撞檢測(cè)，以解決不同專(zhuān)業(yè)、不同構(gòu)件間的碰撞問(wèn)題并進(jìn)行方案優(yōu)化，提高了設(shè)計(jì)有效率[13]。

3 城市管網(wǎng)工程施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用

工程施工前基于BIM 5D平臺(tái)(施工BIM模型+進(jìn)度+預(yù)算)，可實(shí)現(xiàn)施工模擬、進(jìn)度控制及預(yù)算控制等。將施工BIM模型進(jìn)行輕量化處理后導(dǎo)入BIM 5D平臺(tái)，各參與方可通過(guò)電腦端或者手機(jī)移動(dòng)端的形式及時(shí)查閱關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)操作流程、部件位置及工程造價(jià)等信息[14]，加強(qiáng)項(xiàng)目管理人員對(duì)工程建設(shè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)管控。

在施工實(shí)施階段，針對(duì)工程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、隱蔽處或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜位置等，平臺(tái)提供施工模擬步驟動(dòng)畫(huà)，進(jìn)行施工前技術(shù)交底，使作業(yè)班組人員更清晰直觀地了解整個(gè)施工流程及重點(diǎn)難點(diǎn)，達(dá)到指導(dǎo)施工的目的，正確的交底也可保證施工步驟合理規(guī)范，盡可能減少返工情況和降低質(zhì)檢不合格率。

4 城市管網(wǎng)工程運(yùn)營(yíng)階段BIM技術(shù)應(yīng)用

運(yùn)維模型是在工程竣工的基礎(chǔ)上，對(duì)施工階段的BIM模型的進(jìn)一步完善深化，精度更高，集成了模型展示、監(jiān)測(cè)檢測(cè)和用戶管理等模塊，為管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理單位提供服務(wù)[15]。圖6為BIM的運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)操作界面。

1)模型展示。在運(yùn)營(yíng)模塊里，對(duì)管網(wǎng)三維模型進(jìn)行輕量化展示，保證管理人員在平臺(tái)上可查看管線走向、管徑及高程件信息。

2)監(jiān)測(cè)檢測(cè)。基于監(jiān)測(cè)檢測(cè)傳感器收集到的水位、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，結(jié)合BIM運(yùn)營(yíng)模型及時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析，使運(yùn)營(yíng)管理單位及時(shí)作出調(diào)度與決策。

3)用戶管理。用戶管理模塊提供項(xiàng)目參建人員的賬戶注冊(cè)、登錄及密碼修改等服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)可全方位參與設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等工程每一個(gè)環(huán)節(jié)，且搭建全生命周期管理平臺(tái)可操作性較強(qiáng)，類(lèi)似工程參建者可參考運(yùn)用。在地下管網(wǎng)建設(shè)管理過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)用BIM技術(shù)功能最多，時(shí)間最長(zhǎng)，作用最大。管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)、后續(xù)其他工程的管網(wǎng)勘探工作都將基于運(yùn)營(yíng)模型展開(kāi)，所以運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)的模型需要著重優(yōu)化。

基于BIM技術(shù)的地下管網(wǎng)全生命周期管理研究有一定作用，但仍有許多值得提升改善之處，倘若能融合“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等技術(shù)參與管網(wǎng)全生命周期管理平臺(tái)，將使平臺(tái)更安全、更高效。