城市綜合管廊BIM三維建模方法研究

【摘" " 要】：針對二維設計平臺難以清晰表達綜合管廊設計思路的問題，提出基于BIM技術的城市綜合管廊三維設計方法，建立管廊構件分類族庫，研究管廊族庫的參數化建模方法，將建成的地下綜合管廊模型與地面交通及沿線城市建筑物等三維景觀相集成，解決了地下綜合管廊模型的快速拼裝和精準定位問題，有效提高了建模效率。

【關鍵詞】：城市綜合管廊；BIM技術；族庫；參數化建模

【中圖分類號】：TU990.3 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）01-70-06

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.01.018

Research on 3D Modeling Method of Urban Utility Tunnel Based on BIM

ZHU Pengye，ZHANG Zhicheng

（Tianjin Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co. Ltd.， Tianjin 300392，China）

【Abstract】： Aiming at the problem of difficulty in clearly expressing the design ideas of comprehensive pipe galleries on two-dimensional design platforms， a three-dimensional design method for urban comprehensive pipe galleries based on BIM technology is proposed. A classification family library of pipe gallery components is established， and the parametric modeling method of pipe gallery family library is studied. The built underground comprehensive pipe gallery model is integrated with the three-dimensional landscape of ground traffic and urban buildings along the line， solved the problems of rapid assembly and precise positioning of underground comprehensive pipe gallery models， effectively improving modeling efficiency.

【Key words】： urban comprehensive pipe corridor；BIM technology；amily of library；parametric modeling

近些年，地下基礎設施建設滯后問題突出，地下管線敷設、增設及維修管理得不到有效解決。綜合管廊的出現及應用有效解決了地下基礎設施滯后的突出問題，減少了地面交通擁堵，也方便了電力、通信、燃氣、供排水等市政設施的維護和檢修[1～2]。常規二維設計平臺因自身技術條件限制，難以清楚表達綜合管廊設計理念，容易出現諸多錯漏碰缺，不利于各專業間的數據匯聚，在與項目其他參與方溝通時產生不便。建筑信息建模（BIM）作為一種設計施工管理全過程技術，已在各領域應用，可以在項目全生命周期中獲取高效的施工可交付成果[3]。采用BIM對綜合管廊建模，以三維視角提供較為直觀的方案展示，便于規劃、設計、施工、運維等各參與方理解[4]；目前綜合管廊BIM模型創建主要考慮了綜合管廊本體結構及管線模型單一的參數化建模方法，缺乏綜合管廊在整條線路上的模型自動生成、拼裝、精準定位和參數修改等研究[5]；結合管廊沿線地面交通及建筑物模型進行場景搭建，對管廊設計、施工及運維進行優化的研究仍有待深化。本文采用BIM技術完成綜合管廊整體模型的搭建，設計集成三維立體城市景觀的綜合管廊模型，應用Revit二次開發實現城市地面建筑物模型的定位和自動建模，在有效提高建模效率的同時考慮地面交通等環境因素影響，實現管廊結構的優化設計。

1 綜合管廊構件分類及族庫創建

研究基于任意管廊截面建模的方法，通過對綜合管廊主體結構和附屬設施特征及入廊管線種類的特征分析，提出分類編碼管廊構件后依照構件信息進行族庫創建，高效實現綜合管廊主體及管線的建模。

1.1 綜合管廊構件分類

針對綜合管廊量多繁雜的結構設計，在進行分類編碼構件前按系統類別將管廊構件細分。見表1。

綜合管廊中不同系統構件數量及細分后的構件種類眾多，為便于更加精準完備地構建綜合管廊族庫，設計了基于需要的一種構件分類編碼方法，包括構件所屬的系統編碼、構件的類型編碼和細分編碼3部分。其中，系統編碼的編碼原則依據綜合管廊十大系統劃分，采用兩位阿拉伯數字進行區分標識；類型編碼和細分編碼均采用字母編碼，分別取前三位和前兩位構件拼音首字母進行。對于無細分類別的構件使用00來進行構件細分編碼。見圖1和表2-表5。

1.2 族庫建模方法

1.2.1 結構主體建模方法

創建真實的綜合管廊三維模型，首先要生成綜合管廊定位線。定位線對綜合管廊主體結構建模及內部附屬結構的定位都有重要作用，利用Civil 3D復現綜合管廊線路，從軟件中提取逐樁坐標表并進行導出。

考慮實際綜合管廊結構主體在施工中遇到有障礙物或涉及交叉口等關鍵節點位置時管廊截面出現變化的情況，不宜采用主體結構統一建模的方法，而是將管廊結構主體建模分為標準段和關鍵節點處建模兩部分。可根據實際情況對模型進行不同空心拉伸開洞等操作。見圖2。

1.2.2 入廊管線建模方法

雖然綜合管廊入廊管線種類繁多、錯綜交匯，但每類管線均可看作由定點位置的管點和沿著相鄰兩管點確定的管段兩部分組成。多個管段連同連接多管段的多個管點構成一條入廊管線，多條管線交錯排列，共同構成綜合管廊入廊管線系統，因此不同種類的管線模型可通過相同的建模方法完成。為便于精準高效地構建入廊管線模型，可對每段管線進行編號，從每條管線的起點至終點依次獲取管點的位置坐標和連接方式信息，同時整理對應管點類型、尺寸及材質等信息存儲在管線信息Excel表中。根據管線種類，結合Revit二次開發技術，在機械制圖族樣板中通過添加參數信息創建不同的族類型。見圖3。

管件族庫都屬于標準的連接件，異形連接件需要進行多個標準件的組合使用。在綜合管廊管線連接處，分布著大量的彎頭、三通、四通等管件，這些管件的創建主要在于參數信息的設定。以創建彎頭為例，在“公制風管彎頭”族樣板中按照規范要求對彎頭尺寸參數進行添加，參數添加完成之后，選擇放樣模式繪制彎頭放樣線，然后繪制放樣輪廓，生成彎頭族，通過調整彎頭角度，可以生成不同角度的彎頭。其他管件，如三通、四通等，可以在對應的“公制風管T形三通”和“公制風管四通”族樣板中創建。將創建好的標準連接件通過連接器及銜接管段依次連接，最終可得到組合成的各類異形連接件。

1.2.3 附屬設施建模方法

以支撐系統中大量存在的支架構件為例，支撐系統中的其他構件模型創建方法相同。見圖4。

消防系統中的消防栓、防火門等設施結構較為復雜，消防系統中的其他構件模型創建方法相同。見圖5。

除管廊結構主體和入廊管線外，其余系統中各構件的建模方法都相同，將創建的族庫相應構件按照一定的坐標進行布置，即可完成各個附屬設施系統模型的創建。

1.3 管廊族庫創建

1）結構主體模型。標準段結構主體模型創建完成之后，根據實際要求對綜合管廊的材質信息進行添加。各部分模型創建完成后，通過原點到原點的方式將模型連接到一起生成完整的綜合管廊結構主體模型。見圖6。

2）入廊管線模型。將管段、標準管件、異型管件等根據實際情況依次連接，最終完成入廊管線模型的創建。見圖7。

進行入廊管線管網建模，基于各類管線布置原則，完成管段、標準管件、異形管件的連接，對錯綜復雜的入廊管線進行碰撞檢測，最終生成綜合管廊入廊管線模型。見圖8。

3）附屬設施模型。其他系統構件均可以采用附屬設施建模方法進行參數化建模。

族庫構建完成后，可以使用Revit API調用這些構件并完成定位拼裝。較長的綜合管廊可以分段處理，然后采用上述建模方法依次對各段綜合管廊進行建模，最后通過拼裝的方法實現模型的創建。

將所有項目文件通過原點到原點的方式連接到一起，最終完成綜合管廊模型的創建。見圖9。

2 三維環境搭建及模型信息集成

考慮城市道路、建筑物等地面環境對綜合管廊建設運營及維護階段的重大影響，對地面上城市景觀及地面交通等場景進行搭建，利用BIM軟件實現對城市綜合管廊三維立體大場景的漫游，解決二維平臺所不能提供的模型動態渲染問題。

2.1 城市道路建模

為方便城市綜合管廊的設計施工及后續維修養護，保證管線齊全的與入廊管線相銜接，將地下綜合管廊定位在城市主干道路下方，由地面上道路中心線確定出城市地下綜合管廊定位線。城市道路作為城市交通景觀的一部分，不僅是管廊線形的主導因素，還是城市道路周圍景觀的基準。對城市道路進行建模，首先需要獲取道路中心線的控制點三維坐標數據，通過管廊定位線坐標反算獲取數據，將獲取的數據以Excel表進行存儲。

采用與綜合管廊標準段相同的方法創建城市道路模型。見圖10。

以道路中心線為放樣線生成道路模型后，為還原逼真的城市道路景觀，需設置地面標志標線。對于標線圖像來說，遇到曲線部分的道路模型，不宜沿著道路走向進行高效耦合，因而采用單獨建立道路標線模型的方法達到還原真實道路的效果。根據現實情況，創建道路實線和虛線標線族。實線標線族通過沿道路中心線放樣標線斷面輪廓的方法創建；而虛線標線族沿中心線直線段自動排列布置，需考慮在曲線段處隔一定距離進行旋轉布置。

2.2 沿線建筑物模型建立

沿城市主干道分布的城市建筑物較密集，周邊建筑的分布情況同時也對綜合管廊的建設運維及養護有著較大的影響。為充分利用空間和資源整合，消除地面、地下沖突，保證管廊施工及運營安全；同時減少周邊對線路局部走向影響較大的房屋建筑等的拆遷量，降低施工養護成本，保證得到最優的綜合管廊設計方案，對綜合管廊上部沿線建筑物模型進行創建，通過BIM技術實現與上面城市道路模型相鏈接的效果。

要進行地上道路周邊建筑物建模，首先要了解周邊建筑物的分布情況，依據建筑物的類型，提取CAD圖中的建筑物輪廓，將CAD中所屬不同圖層的建筑物分別導入Revit中，可以避免管廊沿線建筑物數量過多導致的手工建模效率低且精度不足的問題，本文采用Revit二次開發來完成綜合管廊地面沿線建筑物的自動建模。見圖11。

2.3 地面水系模型建立

通過對地面水系模型的建立，準確地將線路與水系連同建筑物相對位置關系進行直觀表達，有利于不同專業之間設計的協調配合。水系主要包括呈封閉面狀的湖泊和呈長帶狀的河流，河流還有干流與支流之分。采用不同建模方法進行模型邊界線處理，通過參數化實現這兩種水系的建模。

由于邊界控制點數量對邊界線形狀影響較大，數據點不足將影響模型的精確表達，故為提高模型精度，對控制點進行內插。見圖12和圖13。

相較于湖泊建模，河流邊界線受流域內地形特征的影響，邊界線高程隨地勢高低起伏變化，對河流邊界線的處理要重點解決干流和支流之間數據融合和模型的銜接。同樣對河流邊界點進行三次埃爾米特插值，但加密過程中會遇到數據點重合問題，需要進行加密后數據點的選擇性剔除。為實現河流整體的快速建模，需要將干流和支流的所有有效數據點整合在一起。由于河流呈長大帶狀，無需考慮河岸坡度等局部信息，將河面相對高程、水深及地面相對高程使用同一套平面坐標整合在Excel中。見圖14。

2.4 三維環境一體化搭建

綜合管廊運維管理與管廊上部沿線城市場景息息相關。為提高道路建筑物模型真實性，研究道路模型快速建模方法和基于建筑物輪廓線的建筑物模型快速建模方法，完成城市綜合管廊集成城市場景模型的搭建，最終搭建的實景環境建模整體效果。見圖15。

3 結論

1）實現綜合管廊BIM模型的快速創建、拼裝、修改、樣式調整和精確定位的過程需參考實際管廊施工圖紙，結合現場勘察，根據管廊設計規范和真實數據對綜合管廊中的分類構件進行編碼和族庫參數化創建。

2）利用Revit二次開發和Dynamo相關插件完成綜合管廊整體模型的搭建，研究了各類管線布置與管廊主體結構及附屬設施模型的適配能力，通過管線與管線之間的碰撞檢測，實現了管廊結構的優化設計。

3）應用BIM技術集成三維立體城市景觀，搭建綜合管廊城市道路沿線建筑物三維模型需要將CAD輪廓線轉換化為Revit模型線，應用Revit二次開發實現不同類別的建筑物模型自動建模，有效地提高了建模效率。

4）以BIM技術為基礎，對信息設置和篩選，提出集成城市三維場景的綜合管廊的三維建模的研究方法，此方法在管廊設計中具有很好的適用性。

參考文獻：

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[5]馬" 浩. 基于Revit綜合管廊三維建模二次開發應用研究[D]. 西安：西安工業大學，2018.

收稿日期：2024-03-21

作者簡介：朱鵬燁（1995 - ）， 男， 碩士， 河北定州人， 工程師， 從事鐵路及軌道交通工程設計工作。