GIS+BIM技術在老舊小區綜合管線改造中的應用研究

宋健 ，潘雅靜

(1.中國煤炭地質總局煤航地質勘查院，陜西 西安 710199； 2.中煤(西安)地下空間科技發展有限公司，陜西 西安 710199)

1 引 言

西安為迎接第十四屆全國運動會，奮力推進國家中心城市核心示范區建設，加大城市有機更新力度，提出“三改一通一落地”的政策，切實解決群眾最關心、最直接最現實的利益問題。

社區是城市居民群眾生活的基本場所，是城市社會治理的基本單元，社區地下管線直接影響人民群眾的生活質量。改善居民的生活環境，拓展地下空間的發展應用，進一步完善基礎設施，首先要對老舊小區的綜合管線進行改造。西安是歷史文化名城，中心城區內的老舊小區居多，由于權屬單位不清晰、規劃意識薄弱等歷史原因，地下管網記錄不完整。用先進的三維數字化技術直觀地呈現管線的錯綜復雜、相互交疊的立體特征，輔助老舊小區高效、精準地完成改造，既可保障安全，又能節約成本。

2 西安某老舊小區綜合管線現狀及特點

西安市某小區是碑林區某單位家屬院，位于碑林環大學數據小鎮的長勝街，文化教育發達，科技力量雄厚，交通便利，周邊學校、產業園、商業配套設施齊全。該小區建設于20世紀90年代初，占地約4.6萬平方米，其中有3棟為工作單位建筑，7棟為小區家屬樓，小區內部管線敷設時間久遠，資料留存較少，后期園區經過多次升級改造，現在的管線情況錯綜復雜，難以掌握。經常出現排水管道的淤堵、電信網絡中斷、電力維修難，不僅開挖管道時容易破壞其他管線，成本費用高，而且小區內部道路也容易擁堵。

小區綜合管線的特點：

(1)〗地下管線雜亂無章。該小區污水、供水、熱力管道與小區建筑樓宇基本上是同時建設，而當時的供電、電信、有線電視等線路為架空線路，隨著社會經濟的不斷發展，通信、有線電視、燃氣等公共事業管道的建設需求也迅速增長，后期該小區的供電、信息線路也進行了“飛線入地”的改造，增設的管線隨意敷設，缺乏統一規劃，造成地下管線復雜無序，有些甚至是重疊放置。

(2)部分管線使用年代長，維修影響生產生活。現有部分管線建設使用長達30多年，經常出現淤堵和滲漏等情況，不時會進行開挖維修，內部道路較窄，小區內有工作單位，大量人流和車流，容易造成內部道路的擁堵，嚴重影響小區人民和職工的生產生活，同時對施工安全也提出了更高的要求。

(3)雖有物業公司統一管理，但原始管線資料沒有留存。因是單位家屬院，有專門的物業公司進行統一收費，安排維修等工作，管線的部署情況由于人員的更迭，辦公室的搬遷，原始的圖紙資料已經所剩無幾。

3 小區內部管線情況

現狀綜合管線圖是老舊小區內部管網升級改造工程前期勘察、規劃和設計的基礎資料，以方便設計單位對老舊小區內部管網進行統籌規劃和設計。

運用綜合物探、測繪與計算機技術對該小區內部管網進行探測，摸清內部地下各類管道管線的屬性、空間分布情況及附屬設施等，并繪制綜合地下管線圖、建立數據庫，為老舊小區內部管網升級改造提供建設依據。

首先對小區環境進行現場踏勘，小區內10棟樓自成一體，熟悉每棟樓體的位置格局，了解存在哪些管類與其分布情況，大體了解管線排布規律。其次收集一些地下管線的調繪資料，該小區管線竣工或設計圖資料很少，只有幾張紙質圖紙，后期還進行調整和變更，圖紙只能借鑒了解管線的類型和走向。

最后利用專業的管線探測儀對小區內部道路管網進行探測工作，這樣探測成果效率高、精度高、內容豐富，除傳統探測管線的平面位置、埋深、走向、類別、材質、規格及附屬設施等，著重對以下3個方面的內容進行標注。

一是查清地下管網真實情況。詳細查清各類地下管道，并查明每條管道的類型、性質、走向；標明地下管道的材質、管徑以及橫斷面尺寸；標明每條管道中管線的孔數和條數；標明管網附屬設施。

二是準確繪制管線點及其與周邊附屬設施的位置。準確標繪管線的起止點、交點、轉折點、暗井等管線點的位置，并標注管線埋深；準確標注各類管線附屬設施的位置，以及給排水、電力電信、燃氣等管線出入居民建筑物的位置。

三是準確繪制管網附近的地物地貌信息。綜合管線圖的編制除管網信息外還應按照《城市測量規范》和《國家基本比例尺地圖圖示》的要求，對管網附近的地物地貌進行準確繪制。

4 三維管線GIS數據呈現

傳統的基于二維平面地圖的城市地下管線管理方式難以準確表達該小區地下管線的復雜多樣特征，地下管線三維可視化表達將復雜空間對象以三維立體的方式展現，具有表現力強、效果逼真、空間關系明確等特點和優勢，作為新的管理手段對城市地下管線進行科學有效的管理。

三維管網GIS數據是給二維管網GIS數據添加了一個Z維度，用來表示特定點表面位置的值，如管線起始點高程、管點埋深等。在三維空間中，管件都是作為空間中的點數據進行存儲，管線作為空間中的線數據存儲。

三維管網GIS數據是基礎地理信息數據的表達，具有精準、形象、直觀、生動、高效等特點，提高了地下管線管理工作的質量和效率，為小區整體規劃、設計、施工及運維管理提供數據支持，能輔助分析與決策。

依據二維管線圖基于超圖平臺的插件可進行自動化建模生成管線三維模型，對于管線構件及井室則需要通過3ds Max進行精細化建模，同時需要結合外業紋理照片進行模型修飾，二者模型融合起來可以精準全面表達地下管線的位置、埋深、走向。管線探測的二維圖如圖1所示。

3ds Max是一款功能強大、制作三維模型的GIS軟件，可以制作復雜的管線直通、三通、直角等構件。管線的三維模型如圖2所示。

圖1 管線探測的二維圖

圖2 管線的三維模型

5 施工應用

根據實地調查探測的管線數據，最后以三維的形式呈現，此次在“三通改一落地”的政策下，對該小區的管線進行改造。在現有的管線基礎上進行BIM設計，可直觀進行節點定位、精細制圖，避免不同管線碰撞交錯現象，尤其是井室、彎頭、連通處等施工難點進行優化設計，提高設計水平，節約設計周期。

在施工過程中，會涉及設計方、施工方、監理方等各個單位協調管理，可以應用GIS+BIM三維管線數據進行現場交底，用動畫方式模擬施工，嚴格控制施工工期和成本管理。對于施工過程中的難點和可預見的安全隱患重點關注和分析，實時動態安全檢查，增強保護措施，降低安全事故發生概率，從而提高項目整體施工效率，提高項目經濟效益。

地下管線敷設是復雜的，在施工中會存在很多變化，設計也需要隨著施工條件進行調整，三維的數據更新快，可根據現場情況進行修改，快速高效真實還原施工現場，從而保障最終的竣工模型。

該小區年代久遠，管線復雜多樣，在施工過程中遇到許多問題，更換彎頭和連通管81處，新增加134處，與預算成本基本一致。因是在小區內部施工，除本身管線改造現場的安全隱患外，還有給小區道路人員等帶來安全隱患和不便。根據三維模型進行施工，預計兩個月的工期最終50天完成，并且獲得了最新的管線電子資料，也方便日后的更新。施工現場如圖3所示。

圖3 施工現場

6 信息化運維

管線信息化是小區運營管理的重要保障。運維管理者可以根據GIS+BIM三維管線模型進行信息查詢(圖4)、距離測量、橫斷面的分析、開挖模擬、覆土深度分析、爆管分析、資產設備管理等，提高管理效率和服務水平，讓老舊小區的管理更加數字化、透明化、智慧化。

圖4 管線屬性查詢

7 結 語

本文以西安城區某小區為例，用GIS+BIM技術獲取地下管線數據，可直觀分析現有管線運營現狀，幫助老舊小區對地下管線進行設計改造施工，提高小區數字化建設，為小區邁向智慧化管理提供了基礎保障。