林志滔

(福州市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 福建福州 350108)

0 引言

地下綜合管廊是一個(gè)將電力、通信、燃?xì)?、給排水等各種工程管線集于一體的地下隧道空間，可以很好地改善城市地下空間布局，提高城市防災(zāi)和抗災(zāi)能力。目前，我國(guó)地下綜合管廊建設(shè)仍處于初級(jí)階段，由于地下綜合管廊是地下工程，存在施工難度大、涉及專業(yè)多、施工地質(zhì)條件復(fù)雜等問題，導(dǎo)致地下綜合管廊在建設(shè)過(guò)程中遇到各式各樣的問題，大大阻礙了地下綜合管廊在城市建設(shè)中的進(jìn)程。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM技術(shù)日趨成熟，在地下管廊工程中BIM技術(shù)應(yīng)用也越來(lái)越頻繁。在地下綜合管廊工程中可借助BIM技術(shù)的可視化、可模擬性、可優(yōu)化等特點(diǎn)，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)空間屬性，將BIM+GIS技術(shù)應(yīng)用到地下綜合管廊建設(shè)中，可以對(duì)地下綜合管廊及管線進(jìn)行三維模擬與空間布置，可以深化各自領(lǐng)域，大大提高設(shè)計(jì)效率[1]，有利于縮短工期和減少各個(gè)專業(yè)之間的沖突，提高項(xiàng)目全生命周期的整體管控水平，實(shí)現(xiàn)市政項(xiàng)目管理手段和管控方式的創(chuàng)新。傅蜀燕等[2]利用三維 BIM + WebGIS 技術(shù)構(gòu)建區(qū)域數(shù)字水庫(kù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)水利機(jī)構(gòu)間各類信息資源的高度共享與統(tǒng)一管理。陳金文等[3]利用三維GIS技術(shù)建立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的三維可視化城市管理系統(tǒng)，滿足了現(xiàn)代城市精細(xì)化管理的要求。由此可見，BIM+GIS技術(shù)在市政工程中有廣闊的應(yīng)用前景。

本文以福州市新店外環(huán)路地下綜合管廊工程為例，并結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)空間屬性，將BIM+GIS技術(shù)應(yīng)用到地下綜合管廊建設(shè)中，并搭建綜合管廊管理云平臺(tái)。該平臺(tái)利用BIM技術(shù)進(jìn)行各專業(yè)云協(xié)調(diào)，對(duì)綜合管廊進(jìn)行參數(shù)化和精細(xì)化設(shè)計(jì)，減少各個(gè)專業(yè)管線之間的碰撞，并進(jìn)行方案三維動(dòng)態(tài)比選；利用SUPERMAP-9D平臺(tái)作為數(shù)據(jù)技術(shù)支撐，將系統(tǒng)建設(shè)分為C/S端與B/S兩部分，快速處理龐大的BIM模型數(shù)據(jù)信息；同時(shí)，建設(shè)過(guò)程中各參與方均可登錄云平臺(tái)共享數(shù)據(jù)信息，有效解決信息孤島問題，提升項(xiàng)目全生命周期的整體管控水平。

1 管理云平臺(tái)地下綜合管廊的應(yīng)用中存在的問題

管理云平臺(tái)之所以至今在地下綜合管廊中沒有得到廣泛的應(yīng)用，其原因主要有如下幾個(gè)方面。

(1)投資成本較高

目前，國(guó)內(nèi)管廊的建設(shè)主要集中在北京、上海等發(fā)達(dá)地區(qū)，而在很多中小型城市進(jìn)展相對(duì)緩慢。這主要是因?yàn)榈叵戮C合管廊的建設(shè)前期投入資金高，建設(shè)過(guò)程中仍然需要消耗大量資金。在建設(shè)初期，由于需要將各個(gè)管線匯集到一起，涉及到電力、通信、燃?xì)獾裙芫€，工程量大；同時(shí)，還要考慮到對(duì)原有管線工程進(jìn)行改造。而云平臺(tái)也需要對(duì)建設(shè)期管線進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，這些都需要大量的資金支持。因此，建設(shè)投資成本是制約地下綜合管廊云平臺(tái)推廣的一大難點(diǎn)。

(2)各專業(yè)之間協(xié)調(diào)難度大

地下綜合管廊的建設(shè)本身就涉及到電力、通信、燃?xì)夂徒o排水等專業(yè)，而且很多現(xiàn)有的地下管線的現(xiàn)狀情況不明確，極易造成地下綜合管廊的規(guī)劃和現(xiàn)有管線之間的沖突。同時(shí)，地下綜合管廊一般與市政橋梁、地鐵等工程同期實(shí)施，無(wú)形中又增大施工難度。因此，不同程度上都加大了地下綜合管廊建設(shè)的難度。

(3)數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)困難

城市管廊建設(shè)參與方較多，包括政府決策部門、建設(shè)單位、勘察設(shè)計(jì)單位、施工單位、分包商、運(yùn)維管養(yǎng)單位以及工地管理廠商等。各個(gè)參與方均按原有數(shù)據(jù)模式進(jìn)行問題分析處理，缺乏一個(gè)共有平臺(tái)以及信息數(shù)據(jù)處理方法，使信息交流變得異常困難。因此，各部門多保持現(xiàn)有工作模式與工作方法，嚴(yán)重削弱了云平臺(tái)管理應(yīng)用帶來(lái)的建設(shè)紅利。

(4)數(shù)據(jù)處理工作量巨大

現(xiàn)階段BIM信息數(shù)據(jù)精細(xì)化程度已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)較高水準(zhǔn)，但如果將BIM+GIS數(shù)據(jù)在現(xiàn)實(shí)世界示例相同的基礎(chǔ)上完整展現(xiàn)所有要素，就需要重新定義模型細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)水平，否則數(shù)據(jù)處理工作量巨大。

(5)缺乏完善的技術(shù)指導(dǎo)規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和軟件并不成熟，國(guó)家缺乏相應(yīng)的約束標(biāo)準(zhǔn)，資源信息浪費(fèi)嚴(yán)重(目前，國(guó)家已經(jīng)積極建立各方面的標(biāo)準(zhǔn)體系，相信在不久的將來(lái)，該問題將會(huì)得到解決)。

(6)收費(fèi)機(jī)制不健全

在綜合管廊建設(shè)中，不同的建設(shè)階段管理成本均不相同。但是，現(xiàn)在國(guó)家并沒有建立統(tǒng)一的費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制，導(dǎo)致管廊成本在實(shí)際分?jǐn)傔^(guò)程中缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，造成投資方成本回收困難。因此，管廊云平臺(tái)的收費(fèi)機(jī)制的建立和完善是當(dāng)務(wù)之急，目前可以借鑒國(guó)外成功的案例并結(jié)合中國(guó)現(xiàn)有國(guó)情，制定出符合中國(guó)特色的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

誠(chéng)然，任何一個(gè)新生事物的生成、發(fā)展都經(jīng)過(guò)一段或長(zhǎng)或短的過(guò)程，希望在于努力踐行?；诖耍挛臄M以福州某一工程為案例，探討B(tài)IM技術(shù)在市政綜合管廊云平臺(tái)中的應(yīng)用。

2 工程背景

福州市新店外環(huán)路西段道路工程位于福州市晉安區(qū)新店片區(qū)，是福州市第二批緩堵項(xiàng)目十大重點(diǎn)工程之一，拆遷難度大，工期緊，邊界條件復(fù)雜，該項(xiàng)目中地下綜合管廊部分與橋梁、地鐵、現(xiàn)狀管線等相互制約，施工難度大，線路長(zhǎng)，全長(zhǎng)約4.3km。該工程在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行三維建模，分析比較三維模型并進(jìn)行碰撞檢查。同時(shí)，構(gòu)建起統(tǒng)一融合的BIM+GIS平臺(tái)，將綜合管廊三維模型與地理空間框架進(jìn)行整合，建立完善的管廊地理空間數(shù)據(jù)資源體系，從而促進(jìn)城市綜合管廊運(yùn)營(yíng)管理目標(biāo)上的整體一致性，推動(dòng)智慧城市的發(fā)展，如圖1所示。

圖1 綜合管廊單艙與雙艙斷面示意圖

3 BIM技術(shù)在地下綜合管廊前期的應(yīng)用

考慮到綜合管廊的入廊管線較多，管線空間排布較為復(fù)雜，該項(xiàng)目地下綜合管廊在設(shè)計(jì)初期就采用BIM技術(shù)。在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行了多次方案比選、技術(shù)優(yōu)化，并在確定方案后進(jìn)行多專業(yè)、多維度協(xié)同設(shè)計(jì)工作。

3.1 項(xiàng)目信息概況量化

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)概預(yù)算工程量都較粗略，工程量的統(tǒng)計(jì)要靠人工重復(fù)性完成，一旦設(shè)計(jì)方案變更，工程量又得重新計(jì)算，既費(fèi)工費(fèi)時(shí)，又不準(zhǔn)確。使用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于是用參數(shù)化進(jìn)行模型控制，工程量的統(tǒng)計(jì)可以自動(dòng)生成，自動(dòng)更新。雖然從目前來(lái)講，一些功能可能沒那么智能，但大部分的工程量自動(dòng)計(jì)算能滿足要求，一些工程量統(tǒng)計(jì)也可以通過(guò)變通的方法達(dá)到效果，這樣就大大提高了設(shè)計(jì)工作效率。

該項(xiàng)目利用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目信息量化梳理，計(jì)算出了管廊的工程數(shù)量，如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目信息化處理示意圖

3.2 族庫(kù)建立及其參數(shù)化、精細(xì)化設(shè)計(jì)

建立參數(shù)化管廊族庫(kù)，管廊標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)如圖3所示。通過(guò)控制參數(shù)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了族庫(kù)在項(xiàng)目中的獨(dú)特性與適用性，有效提高了設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，族庫(kù)的建立為將來(lái)其他項(xiàng)目中的信息共享提供了可靠的技術(shù)支持與材料儲(chǔ)備。

(a)管廊單艙標(biāo)準(zhǔn)段族

(b)管廊雙艙標(biāo)準(zhǔn)段族圖3 管廊標(biāo)準(zhǔn)段族庫(kù)

3.3 管廊各專業(yè)綜合碰撞及動(dòng)態(tài)展示

綜合管廊碰撞檢查，包括內(nèi)部各專業(yè)碰撞檢查以及外部已建或已規(guī)劃的橋梁、地下空間、軌道交通的碰撞檢查。綜合管廊設(shè)計(jì)管線種類、數(shù)量繁多，需要安裝的附屬設(shè)施較多部位設(shè)計(jì)復(fù)雜，使得管線之間、管線與附屬設(shè)施之間等存在較多碰撞問題。如圖4所示，地下空間中地鐵與地下管廊的相互關(guān)系，在施工期間邊界有交叉重合的部分(外部碰撞)；如圖5所示，雙艙管廊斷面節(jié)點(diǎn)處混凝土層未給管線出口預(yù)留位置(洞口預(yù)警)。利用 BIM 設(shè)計(jì)平臺(tái)，則可以完成地面和地上環(huán)境建模并進(jìn)行碰撞糾錯(cuò)，可有效解決各專業(yè)之間存在的沖突問題，規(guī)避邊界交叉情況的發(fā)生，減少資源的浪費(fèi)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

圖4 地鐵與管廊相互關(guān)系(外部碰撞)

圖5 洞口預(yù)警(外部碰撞)

在綜合管廊的以往設(shè)計(jì)中，通常采用施工圖紙來(lái)展示設(shè)計(jì)方案，如今隨著現(xiàn)代電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，則可利用BIM方案模型進(jìn)行不同方案的比較和決策。管廊內(nèi)部空間有限，管線種類較多，利用 BIM 模型，將管廊截面形式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及管線排布等以三維的形式進(jìn)行展示，并且針對(duì)不同管線標(biāo)記不同顏色，使管線排布更清晰。管廊BIM三維模型如圖6所示。在BIM三維模型中，利用動(dòng)態(tài)調(diào)整功能對(duì)管廊截面、內(nèi)部構(gòu)造以及管線排布不斷優(yōu)化，找到最適合的截面形式、尺寸及排布方案，加快設(shè)計(jì)速度。

(a)

(b)圖6 管廊BIM三維模型

4 地下管廊管理云平臺(tái)的搭建與應(yīng)用

在項(xiàng)目開展過(guò)程中，需要對(duì)照項(xiàng)目周邊場(chǎng)地信息進(jìn)行分析，結(jié)合地理信息勘探數(shù)據(jù)開展設(shè)計(jì)，需要將BIM模型與GIS地理信息相結(jié)合應(yīng)用。BIM 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括空間數(shù)據(jù)(模型)及屬性數(shù)據(jù)(參數(shù))，其中空間數(shù)據(jù)模型又包含空間位置、外觀形狀等，這與GIS 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相似，為BIM+GIS融合提供可能。

云平臺(tái)建設(shè)是一項(xiàng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、數(shù)據(jù)量大、功能眾多、涉及面廣的系統(tǒng)工程。將云技術(shù)應(yīng)用于BIM+GIS模型管理應(yīng)用中，可提高效率。

4.1 BIM和GIS集成構(gòu)建信息模型

將BIM模型與GIS系統(tǒng)進(jìn)行集成，在GIS中實(shí)現(xiàn)BIM模型的展示和查詢，同時(shí)也可以結(jié)合應(yīng)用傾斜攝影、測(cè)繪地形數(shù)據(jù)等構(gòu)成現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合展示。運(yùn)用GIS功能實(shí)現(xiàn)BIM場(chǎng)景平移、頂視、環(huán)視瀏覽等基礎(chǔ)瀏覽功能，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景視圖可放大、縮小，場(chǎng)景縮放、漫游、飛行模式等功能，如圖7所示。

圖7 地下綜合管廊云平臺(tái)展示

4.2 信息模型綜合應(yīng)用

將BIM模型經(jīng)過(guò)輕量化處理，導(dǎo)入至GIS地理信息平臺(tái)中，根據(jù)坐標(biāo)位置將BIM模型與地形信息模型精確融合進(jìn)行綜合展示，可以實(shí)現(xiàn)PC端、移動(dòng)端等多終端展示瀏覽，輕量化的模型更加保障瀏覽的流暢性。在GIS云平臺(tái)上，還可以展示BIM模型詳細(xì)的構(gòu)建信息，例如管線材質(zhì)、管徑、長(zhǎng)度、編號(hào)等。

首先，通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行查詢檢索，按照指定的條件在搜索框中對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行查詢，三維場(chǎng)景中將自動(dòng)定位到查詢結(jié)果項(xiàng)目模型位置進(jìn)行顯示，也可以輸入指定的條件對(duì)BIM模型進(jìn)行查詢，三維場(chǎng)景中將自動(dòng)定位到該模型位置進(jìn)行高亮顯示，點(diǎn)擊該模型可顯示其屬性信息以及二維圖。部件查詢搜索框輸入指定的條件對(duì)部件進(jìn)行查詢，三維場(chǎng)景中將自動(dòng)定位到該部件位置進(jìn)行高亮顯示，點(diǎn)擊該部件可顯示其屬性信息，如圖8～圖9所示。

其次，通過(guò)桌面GIS軟件導(dǎo)入主流BIM模型以及屬性信息，支持對(duì)BIM模型信息分組展示。系統(tǒng)提供基于BIM的建筑進(jìn)度時(shí)間軸管理，可以根據(jù)時(shí)間軸顯示/隱藏或者高亮對(duì)應(yīng)的BIM模型，以此來(lái)反饋施工的進(jìn)度。

圖8 地下綜合管廊云平臺(tái)資料檢索

圖9 地下綜合管廊云平臺(tái)資料屬性定義

5 結(jié)語(yǔ)

(1)該項(xiàng)目充分利用BIM三維信息技術(shù)特點(diǎn)，發(fā)揮其專業(yè)協(xié)同共享功能，整合全專業(yè) BIM 模型，查找碰撞干涉，并結(jié)合以往地下綜合管廊實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，探索形成標(biāo)準(zhǔn)化三維管廊模型，極大地減少了數(shù)據(jù)整合的工作量，為管廊BIM數(shù)據(jù)在云平臺(tái)的延伸應(yīng)用發(fā)揮重大基礎(chǔ)作用。

(2)BIM結(jié)合GIS技術(shù)集成云平臺(tái)，利用SUPERMAP-9D平臺(tái)作為數(shù)據(jù)技術(shù)支撐，將系統(tǒng)建設(shè)分為C/S端與B/S兩部分，快速處理龐大的BIM模型數(shù)據(jù)信息；同時(shí)，建設(shè)過(guò)程中各參與方均可登錄云平臺(tái)共享數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)展示、資料檢索及屬性定義，有效解決信息孤島問題，為運(yùn)維管理基層技術(shù)的實(shí)現(xiàn)做好充分準(zhǔn)備，提升了項(xiàng)目全生命周期的整體管控水平，為智慧城市更為廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。