BIM在綜合管廊運維階段的應用研究

閆曉韌

（中鐵房地產(chǎn)集團設計咨詢有限公司 BIM中心，北京 102300）

1 引言

城市地下管線綜合管廊是城市建設現(xiàn)代化、科技化、集約化的標志之一，也是城市地下空間充分利用的象征。綜合管廊內(nèi)各種管線集中敷設，布局合理，統(tǒng)一管理，合理、充分、經(jīng)濟地利用了地下空間，將各類市政管線集中綜合布置，形成新型城市地下網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，使各種資源得到有效整合與利用，節(jié)約了城市用地。但地下綜合管廊建設一次性投資大、運營協(xié)調(diào)復雜，運行計費困難，為使綜合管廊具備可持續(xù)經(jīng)營能力，必須對其運維管理模式進行優(yōu)化。BIM（Building Information Model）作為一種以數(shù)據(jù)信息為中心，將項目中的全部信息整合的技術(shù)模式，為綜合管廊運維階段管理提供了技術(shù)支持。

運維管理的主要任務是實現(xiàn)各類資源的利用效率最大化。BIM應用于運維管理，可以實現(xiàn)顯著效益。文章將BIM應用于綜合管廊，作為運維管理的數(shù)據(jù)整合展示處理平臺，采集基于BIM的數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于BIM的綜合管廊運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的高效利用和項目的精細化管理，解決傳統(tǒng)運營管理中存在的管理不當、信息缺失及效率低下等問題，降低運營階段的成本。

2 綜合管廊運維管理系統(tǒng)基礎框架

2.1 管廊運維系統(tǒng)設計

2.1.1 指導思想

該系統(tǒng)設計開發(fā)以數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和BIM信息系統(tǒng)技術(shù)為支撐，以綜合管廊空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為基礎，通過對空間數(shù)據(jù)和各類數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理和更新，建立集數(shù)據(jù)采集、管理、控制、分析和顯示為一體的智慧管廊運維管理平臺。既要具備管廊運維數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)整理和整編能力，又要提供面向地下空間規(guī)劃、環(huán)境保護等決策的信息服務；既要具備科學的分類管理、快速檢索和聯(lián)機查詢的功能，又要具備數(shù)據(jù)綜合分析能力。

2.1.2 設計原則

以現(xiàn)實需要為基本出發(fā)點，確保達到綜合管廊管理的目標，系統(tǒng)設計遵循可靠性、可擴展性、兼容、開放、易維護、安全性、易用性。

2.2 管廊運維系統(tǒng)需求分析

2.2.1 數(shù)據(jù)需求分析

綜合管廊智慧運維管理信息系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)需求種類較多，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的應用不同劃分為基礎運維數(shù)據(jù)、管廊工程數(shù)據(jù)、管線數(shù)據(jù)、專題模擬數(shù)據(jù)等。涉及數(shù)據(jù)量龐大、種類繁雜。從數(shù)據(jù)更新的頻率而言，可劃分為：實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)兩大類型。實時數(shù)據(jù)是指在日常運維業(yè)務中不斷積累或變化的數(shù)據(jù)，其更新變化頻率一般為數(shù)天或更短不等，包括設備的狀態(tài)、巡檢數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)等；歷史數(shù)據(jù)是不需要進行更新、或更新頻率很小的數(shù)據(jù)，包括管廊廊體數(shù)據(jù)、管線數(shù)據(jù)、空間利用數(shù)據(jù)等。

根據(jù)上述要求與數(shù)據(jù)流程，搭建綜合管廊智慧運維管理的信息框架，可集成數(shù)據(jù)的存儲、提取與管理，實現(xiàn)地下管線的表達、分析與可視化，并提供一定程度的空間分析、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，為智慧管廊體系架構(gòu)的搭建墊定軟件平臺基礎。

2.2.2 系統(tǒng)功能需求

綜合管廊智慧運維管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理、三維顯示及應用等方面存在需求，主要功能需求包括以下幾個方面：

（1）管廊管控需求 。實現(xiàn)照明、通風、安保消防、通訊、監(jiān)控、巡檢、排水等管廊內(nèi)部智能控制系統(tǒng)的管理與控制，包括設備狀態(tài)實時顯示、設備控制，設備回饋數(shù)據(jù)的存儲、檢索、分析、統(tǒng)計等。

（2）地下管線一體化管理需求。從二維和三維視角實現(xiàn)對城市地下管線信息的管理。二維側(cè)重于管線的空間展布、屬性信息查詢、連通性分析、管線巡檢管理等；三維管理層面?zhèn)戎赜谡宫F(xiàn)管線在三維空間的分布情況以及結(jié)構(gòu)特征，支持導入第三方BIM模型文件，實現(xiàn)與管線系統(tǒng)的一體化管理。

（3）三維BIM數(shù)據(jù)管理需求。數(shù)據(jù)管理方面：實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)的導入、導出與保存功能，以及管廊BIM數(shù)據(jù)的三維渲染、信息附加、工程信息查詢、場景漫游、空間量測、參數(shù)化建模等。

2.3 管廊運維系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

2.3.1 功能設計

BIM應用功能側(cè)重展現(xiàn)微觀層面上人工建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與屬性特征，兼具輔助管理與場景分析功能，通過引入BIM的管理工具為運維管理搭建仿真、直觀的運維管理平臺。

BIM應用功能對基礎BIM模型數(shù)據(jù)、施工交付數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)實現(xiàn)集約管理，旨在為管廊的運營維護提供可視、直觀、精細的數(shù)據(jù)集成與輔助管理平臺。根據(jù)運維業(yè)務需求，BIM在綜合管廊運維過程中主要發(fā)揮了可視化運維、空間管理兩個方面的作用，其具體的功能點規(guī)劃與設計如圖1所示。

圖1 BIM管廊運維系統(tǒng)功能規(guī)劃與設計圖

2.3.2 系統(tǒng)架構(gòu)設計

系統(tǒng)架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、服務層、業(yè)務層以及用戶展現(xiàn)層四個部分，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖

3 綜合管廊運維管理系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)概述

綜合管廊BIM運維管理系統(tǒng)是一個綜合利用數(shù)據(jù)庫、BIM技術(shù)對城市地下綜合管廊管理運維過程及所涉及的各項管理業(yè)務進行管線監(jiān)管、業(yè)務信息獲取、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)共享分析、綜合展現(xiàn)的綜合性平臺系統(tǒng)。

3.2 數(shù)據(jù)庫設計

3.2.1 數(shù)據(jù)類型

綜合管廊運營過程中有多種數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量：

（1）管廊廊體數(shù)據(jù)：管廊三維結(jié)構(gòu)實體數(shù)據(jù)及其附屬設備資產(chǎn)。

（2）入廊管線數(shù)據(jù)：按照入廊管線類別，分專題建立供水、供電、熱力、燃氣、排水、通信等方面的數(shù)據(jù)信息。

（3）管廊運維業(yè)務數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)反映管廊運營維護階段重點關(guān)注信息，包含入廊管線運行維護信息，如管線事故隱患、歷史數(shù)據(jù)等。

（4）人員組織數(shù)據(jù)：指管廊運營維護中的機構(gòu)設置、人員配備、權(quán)限設定等相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2.2 數(shù)據(jù)存儲

綜合管廊運維工程涉及多個專業(yè)，應用數(shù)據(jù)往往來自于不同的平臺體系，如 BIM的數(shù)據(jù)，以及與硬件相關(guān)的數(shù)據(jù)，均遵循不同的模型數(shù)據(jù)標準，給數(shù)據(jù)存儲與管理帶來了一定的困難和障礙，容易導致信息共享與交換不暢。

因此，文章從以下兩個方面對數(shù)據(jù)存儲問題進行了研究：

（1）采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，建立數(shù)據(jù)存儲方案，實現(xiàn)物理或邏輯上的數(shù)據(jù)集成，為多個項目的數(shù)據(jù)存儲能力的應用打下堅實的基礎；

（2）基于上述數(shù)據(jù)存儲模式，建立數(shù)據(jù)的集成與管理模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與轉(zhuǎn)換的高效性和準確性。BIM存儲方案：BIM存儲平臺不僅有文檔管理的功能，還能提供一些 BIM 應用功能，搭建兼容IFC標準的BIM協(xié)同平臺。由于IFC的開放性，可采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對數(shù)據(jù)進行存儲。應用數(shù)據(jù)庫存儲為數(shù)據(jù)管理與應用提供良好的基礎，基于對象進行存儲，同時支持多項目大量數(shù)據(jù)的存儲，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成管理，更易于定制與外部程序兼容的應用接口。

3.2.3 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

建立基于BIM的管廊數(shù)據(jù)模型，綜合管廊 BIM數(shù)據(jù)管理的主體是竣工交互的 BIM 模型數(shù)據(jù)（廊體）和管廊內(nèi)部運行的管線數(shù)據(jù)。廊體指竣工交互的管廊三維 BIM 模型和附屬物模型數(shù)據(jù)。管線數(shù)據(jù)指管廊中部署的各類型專業(yè)管線數(shù)據(jù)。

管廊BIM廊體模型包含養(yǎng)護記錄、維修記錄、附屬物列表、管廊類型、管廊建設材料信息。

（1）附屬物中包含各個 BIM 子結(jié)構(gòu)，且涵蓋了相應的業(yè)務數(shù)據(jù)信息。

（2）養(yǎng)護記錄指與管廊廊體或者附屬物養(yǎng)護相關(guān)的信息。

（3）維修記錄指設備和管廊的維修信息備案，與模型想掛接。

（4）管廊類型指管廊的設計和施工樣式、規(guī)格相關(guān)，描述管廊的固有信息。

（5）管廊建設材料指管廊建設用到的材料，有利于后期運維參考。

專業(yè)管線包括各類管線的材質(zhì)，長度，直徑等信息。

3.3 管廊建模

3.3.1 基本信息管理

將設計、施工階段的全部信息集成到管廊項目BIM模型當中，實現(xiàn)管廊及其附屬物的三維信息可視化，后期利用基于竣工圖紙或施工階段交付的 BIM模型對管廊進行運營維護。竣工交付的BIM模型，包含管廊任意構(gòu)件的幾何參數(shù)，結(jié)構(gòu)信息，管線的生產(chǎn)廠家、幾何參數(shù)、管理負責人以及保修聯(lián)系電話等。實現(xiàn) BIM 模型按照名稱、時間、類型、狀態(tài)、施工等信息查詢檢索。包括模型拆分構(gòu)件、構(gòu)件名稱、責任人、構(gòu)件時間信息、相關(guān)維護信息等。 在運維階段，工作人員在維護維修完成后，將相關(guān)維修信息同步到BIM模型當中，作為后期運維的管理數(shù)據(jù)，并且在BIM模型中給每一個管線設置下一次檢修的時間計劃，臨近檢修時間時，系統(tǒng)將通知相應的管理人員對管廊內(nèi)的相應設備管線進行更新維護，保障后期運營的順利實施。

3.3.2 管廊三維模型可視化

通過管廊的幾何參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)建立BIM模型，對同構(gòu)件之間形成互動性和反饋性的可視，展示效果圖及生成報表，在可視化的狀態(tài)下，使項目設計、建造、運營過程順利進行。對管線的排布有更直觀的認識，更好地對管廊進行運維。

3.4 空間管理

通過BIM三維模型，以較為直觀的方式在計算機環(huán)境下再現(xiàn)地下管廊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、查看管廊內(nèi)部的管線分布、硬件設備部署安裝細節(jié)等。更加合理地分配、規(guī)劃建筑空間，避免各功能分區(qū)間的空間重疊或浪費。根據(jù)實際需要，結(jié)合成本分攤比率、配套設施等參考信息實現(xiàn)空間使用率的最大化。最大程度提升空間利用率，分攤運營成本，增加運營收益。從以下幾個方面實現(xiàn)空間管理：

3.4.1 空間利用率統(tǒng)計

通過BIM模型合理安排管線位置，進一步利用有效空間，根據(jù)已入廊管線統(tǒng)計所占空間一次性收取管廊租用費，結(jié)合管線敷設方式，管線的情況和數(shù)量、維修難度、更換頻率等收取日常維護管理費。通過對空置空間進行統(tǒng)計和分析針對性地調(diào)整閑置空間使用策略。

3.4.2 空間規(guī)劃

管廊空間規(guī)劃是城市綜合管廊中必不可缺少的部分，其可基于管線空間數(shù)據(jù)及其之間的拓撲關(guān)系數(shù)據(jù)等，提供管線綜合分析的能力，通過BIM三維模型能夠定義剖切平面，以直觀的方式在計算機環(huán)境下再現(xiàn)地下管廊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、查看管廊內(nèi)部的管線分布、硬件設備部署安裝細節(jié)等。為管廊規(guī)劃、管廊改造等提供輔助決策功能，實現(xiàn)管線管理的科學化和自動化。

3.4.3 碰撞檢查

在BIM模型中進行各專業(yè)管線的排布，可以實時查看正在布置的管線與其他管線之間的間距是否滿足預先設計的要求，在排布完成之后進行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)管線排布的軟碰撞和硬碰撞，硬碰撞主要是為了發(fā)現(xiàn)管線與管廊自身，或者管線與管線之間的碰撞；軟碰撞主要是為了檢查管線的間距等，在進行管線設計過程中，通過三維漫游模擬，驗證預留檢修空間以及人行道是否滿足運營階段的要求。

4 結(jié)語

通過BIM 技術(shù)在運維階段應用的探索，開發(fā)出基于BIM 的綜合管廊運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了BIM 技術(shù)在運維階段的應用，為運維人員提供了高效的運維手段，能提高施工效率，保證工程質(zhì)量。有效促進市政綜合管廊的發(fā)展與應用。