朱栩瑩 吳 迪 李 丹

(解放軍理工大學(xué)，江蘇 南京 210007)

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BIM技術(shù)在城市地下管線設(shè)計(jì)與管理中的應(yīng)用

朱栩瑩 吳 迪 李 丹

(解放軍理工大學(xué)，江蘇 南京 210007)

通過分析城市地下管網(wǎng)的現(xiàn)狀及存在的問題，提出采用BIM技術(shù)解決地下管線問題的方案，闡述了利用BIM技術(shù)建立城市地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)的流程，分析了BIM技術(shù)在推廣應(yīng)用中面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，對建筑業(yè)的信息化發(fā)展有一定的意義。

BIM技術(shù)，地下管網(wǎng)，三維模型，物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

城市地下管線作為居民生活保障設(shè)施中不可或缺的一部分，主要負(fù)責(zé)著各種物質(zhì)的輸送、調(diào)配以及通訊信息的傳輸?shù)裙ぷ鳎匾钥芍^是城市的“生命線”。地下管線一旦出現(xiàn)問題，對社會(huì)造成的危害是我們不得不重視的。為了避免各種問題的出現(xiàn)，我們急需探尋新的思路和技術(shù)，將其引入城市地下管線的設(shè)計(jì)和管理中去。

BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息化的產(chǎn)物，其在對龐大、復(fù)雜信息的管理及分析方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。在設(shè)計(jì)以及施工階段應(yīng)用BIM實(shí)現(xiàn)對地下管線管理的信息化，不但能夠提高生產(chǎn)效率，還能降低建造成本。在地下管線的日常運(yùn)維管理中引入BIM更是可以實(shí)現(xiàn)地下管線問題的及時(shí)反饋和預(yù)報(bào)，并對問題所在部位精準(zhǔn)定位，避免不必要的勞動(dòng)量。

1 城市地下管網(wǎng)現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 城市地下管網(wǎng)現(xiàn)狀

隨著城市的飛速發(fā)展，地下管網(wǎng)與城市發(fā)展之間的矛盾逐漸突顯。各類施工的安全事故頻發(fā)，一到大雨天就“看?！?，管網(wǎng)工程施工對地面的“開腔破肚”比比皆是，缺失井蓋的窨井頻頻“吃人”，好好的路面突然就會(huì)塌陷，在人行橫道上行走會(huì)掉進(jìn)熱水坑，輸油管道的泄漏引發(fā)爆炸……

1.2 城市地下管網(wǎng)存在的問題

傳統(tǒng)地下管線存在以下缺陷:1)傳統(tǒng)的地下管線一般是采用二維的設(shè)計(jì)手段，其斷面圖、平面圖以及交叉節(jié)點(diǎn)圖等僅僅是對特定截面信息的局部描述，對于管線的所有交叉節(jié)點(diǎn)以及管網(wǎng)整體很難實(shí)現(xiàn)全局性的分析。2)設(shè)計(jì)缺乏整體性，進(jìn)行管線交叉綜合時(shí)無法避免局部調(diào)整引起的連鎖反應(yīng)，經(jīng)常解決了一處碰撞又引起了更多其他位置的碰撞。3)傳統(tǒng)圖紙標(biāo)注精確化程度不高，各專業(yè)交叉時(shí)僅僅規(guī)定豎向的極值標(biāo)高，在施工的過程中很難保證施工的精準(zhǔn)定位。4)由于管材的老化、操作的不當(dāng)?shù)仍蚩赡軐?dǎo)致爆管事件的發(fā)生。在發(fā)生緊急事故時(shí)，傳統(tǒng)的報(bào)警方式是由事故現(xiàn)場的工作人員進(jìn)行逐級上報(bào)或者通過管線中的壓力監(jiān)測點(diǎn)所發(fā)出參數(shù)變化進(jìn)而報(bào)警，因此很難及時(shí)、有效的準(zhǔn)確鎖定發(fā)生爆管的管段，以及事故所影響的范圍。一個(gè)小問題有時(shí)還需要大開挖來排查。傳統(tǒng)的管線維護(hù)見圖1。

針對以上種種問題，引入BIM的解決方式迫在眉睫。

2 BIM在地下管線設(shè)計(jì)與管理中的應(yīng)用

2.1 地下管線問題的BIM解決方案

1)運(yùn)用BIM技術(shù)對地下管線進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)成果是對工程整體的全方位表達(dá)(如圖2所示)，用戶可以根據(jù)需要獲取不同角度的局部斷面以及復(fù)雜部位的詳細(xì)信息。這在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中是不可能實(shí)現(xiàn)的。

2)在三維BIM模型中對地下管線進(jìn)行調(diào)整修改，各個(gè)碰撞點(diǎn)調(diào)整后所帶來的工程中其他部位的連鎖反應(yīng)可以及時(shí)清晰地體現(xiàn)出來，避免出現(xiàn)調(diào)整盲點(diǎn)和遺漏，保證管線調(diào)整的全面性和準(zhǔn)確性。

3)地下管線三維BIM模型中所有標(biāo)高均為準(zhǔn)確標(biāo)高，用戶完全可以基于模型得到任意需要部位的準(zhǔn)確尺寸信息。從而在施工期間就可以嚴(yán)格要求施工人員按照設(shè)計(jì)標(biāo)高作業(yè)，避免因施工人員的判斷失誤而產(chǎn)生的各種施工問題，影響施工效率和質(zhì)量。

4)將BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對地下管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的全方位監(jiān)測管理。在監(jiān)測管段上預(yù)先安裝各種傳感器，并將各個(gè)傳感器測點(diǎn)的位置以及檢測信息在模型中同步體現(xiàn)出來。在平時(shí)運(yùn)營管理中，可以通過BIM模型對管網(wǎng)的水力情況進(jìn)行監(jiān)測顯示，及時(shí)分析預(yù)報(bào)存在或可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。在事故發(fā)生的第一時(shí)間，可以通過BIM模型獲取事故管段的位置以及事故性質(zhì)等其他關(guān)鍵參數(shù)，以便工作人員檢修處理。

2.2 建立城市地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)

為了更好的實(shí)現(xiàn)BIM在地下管線設(shè)計(jì)與管理中的優(yōu)勢，需要設(shè)計(jì)開發(fā)一套城市地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)城市地下管線信息的采集和模型的建立，并且可以對各方面信息進(jìn)行分析處理，通過智能化的管理手段保障地下管網(wǎng)的正常運(yùn)作。

該系統(tǒng)借助BIM，GIS以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。BIM主要用來整合建筑物本身全生命周期的信息，GIS則是與環(huán)境相關(guān)的外部信息，在運(yùn)維階段結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將管線上各傳感器的位置及測量信息實(shí)時(shí)反饋到三維管線模型中去，用戶可通過三維模型查看管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)還可通過對各參數(shù)的分析計(jì)算，作出管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)。

該系統(tǒng)的工作流程如下：1)導(dǎo)入信息，將已有構(gòu)筑物BIM模型導(dǎo)入基于GIS的環(huán)境信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)的結(jié)合。2)在以上包含建筑內(nèi)部信息以及外部環(huán)境信息的模型基礎(chǔ)上建立管線、道路，以及新建模型的幾何物理等屬性信息。3)借助碰撞檢測插件分析得到全部碰撞點(diǎn)，并自動(dòng)分類顯示管道間的接近碰撞、軟碰撞以及硬碰撞。4)進(jìn)行管線綜合調(diào)整，解決各個(gè)專業(yè)間的各類碰撞類型。5)模型深入優(yōu)化后開始組織相關(guān)人員施工，施工中在管網(wǎng)系統(tǒng)中關(guān)鍵部位布設(shè)傳感器，將傳感器信息通過有線或者無線傳輸?shù)较到y(tǒng)主機(jī)。6)主機(jī)存儲(chǔ)分析各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果反饋給用戶，以便用戶能夠全面掌握管網(wǎng)運(yùn)作狀況，及時(shí)解決存在的或即將出現(xiàn)的問題。7)當(dāng)管網(wǎng)出現(xiàn)問題或事故時(shí)，系統(tǒng)第一時(shí)間向用戶報(bào)警，并準(zhǔn)確定位事故發(fā)生位置，使工作人員能夠迅速準(zhǔn)確地對問題部位進(jìn)行檢修處理。

3 面臨的挑戰(zhàn)和阻礙

盡管BIM擁有眾多無與倫比的優(yōu)勢，但是作為一項(xiàng)新技術(shù)，它的推廣應(yīng)用仍然困難重重，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)設(shè)計(jì)人員思維轉(zhuǎn)變難。思維從二維到三維的轉(zhuǎn)變必然需要經(jīng)歷一段痛苦的適應(yīng)過程，但這并不意味著BIM高不可攀，未來它將成為一個(gè)大眾化的技術(shù)。2)對BIM的本地化、行業(yè)化完善不夠。3)BIM與GIS數(shù)據(jù)分別采用不同的標(biāo)準(zhǔn)。要想實(shí)現(xiàn)BIM與GIS數(shù)據(jù)的互通，必須制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。4)任何技術(shù)的發(fā)展，人才的培養(yǎng)都是重中之重。一個(gè)市政設(shè)計(jì)技術(shù)人員的誕生尚需要經(jīng)歷一個(gè)漫長的周期，何況同時(shí)他也要熟練掌握BIM技術(shù)。5)現(xiàn)階段中國的BIM行業(yè)尚未建立統(tǒng)一完善的開放性標(biāo)準(zhǔn)，制約了BIM的發(fā)展。

4 結(jié)語

基于BIM進(jìn)行地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)，集成龐大的信息化數(shù)據(jù)于三維可視化模型，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的分析管理以及仿真模擬，前瞻性地解決施工時(shí)才可能發(fā)現(xiàn)的各種問題。借助BIM來優(yōu)化地下管線設(shè)施的養(yǎng)護(hù)管理時(shí)，依托BIM大量的數(shù)據(jù)，可以對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化的科學(xué)預(yù)警，增強(qiáng)設(shè)施的使用壽命。

隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，城市地下空間建設(shè)、利用的大力開展，地下管網(wǎng)的信息化必將成為焦點(diǎn)。BIM技術(shù)帶來的不僅僅是設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維相關(guān)工作的技術(shù)進(jìn)步，對整個(gè)行業(yè)的發(fā)展也具有深遠(yuǎn)意義。

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The application of BIM technology in urban underground pipelines design and management

Zhu Xuying Wu Di Li Dan

(PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Through the analysis on present situation and existing problems of urban underground pipelines, this paper proposed the scheme using BIM technology to solve the problem of underground pipeline, elaborated the process using BIM technology establishment of urban underground pipeline network information system, analyzed the opportunities and challenges of BIM technology in popularization and application, had certain significance for the building information development.

BIM technology, underground pipe network, three-dimensional model, Internet of things

1009-6825(2016)22-0230-03

2016-05-21

朱栩瑩(1992- )，男，在讀碩士； 吳 迪(1993- )，男，在讀碩士； 李 丹(1990- )，女，在讀碩士

TU990.3

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