饒 艦，韓 佳，王亞旭

(1.云基智慧工程股份有限公司，廣東 深圳 518000；2.建筑信息模型(BIM)技術(shù)應用交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，廣東 深圳 518000)

0 引言

GIS技術(shù)逐漸應用于市政工程管線信息化管理中[1-3]，但由于GIS缺乏管線信息數(shù)據(jù)，且無法全面應用于市政工程管線施工中，單獨應用難以滿足管線遷改的復雜需求。近些年，BIM技術(shù)逐步應用于機電綜合管線[4]、市政給排水管線[5]、軌道交通管線[6]、城市地下管線[7]設(shè)計與施工中，在市政工程管線遷改方面雖也有研究應用，如城市地下管線遷改[7]、城市立交橋管網(wǎng)遷改[8]，但具有一定局限性。本文綜合GIS與BIM技術(shù)在管線中的研究成果[9]，全面闡述市政工程管線遷改設(shè)計階段和施工階段的BIM應用點及應用實現(xiàn)方式，力求為BIM技術(shù)在市政工程管線遷改中的應用提供技術(shù)依據(jù)和實施思路。

1 管線遷改特點及BIM應用

1.1 市政工程管線遷改特點

1)管線排布復雜，遷改難度大 市政工程管線包括電力、燃氣、給水、排水、通信、熱力等，且各類管線分屬不同權(quán)屬單位，導致各種管線設(shè)計和施工均相對獨立，缺乏管線間的聯(lián)合設(shè)計與總體協(xié)調(diào)，管線排布縱橫交錯、極為復雜，給管線遷改設(shè)計和施工帶來很大困難，傳統(tǒng)設(shè)計與施工管理模式造成的問題突出。

2)周邊環(huán)境影響大，場地布設(shè)復雜 市政工程管線大體沿道路沿線布設(shè)，周圍市政工程眾多，周邊環(huán)境復雜，建筑物和構(gòu)筑物密集分布，建筑物與構(gòu)筑物、地鐵線路、交通設(shè)施等均對市政工程管線遷改影響較大。此外，市政工程環(huán)境決定管線遷改施工場地狹小、布設(shè)復雜，線下分析難以尋找最優(yōu)布置方案，影響施工進程。

3)遷改順序影響因素多，方案確定困難 遷改順序及施工組織影響管線遷改效率與質(zhì)量，需綜合考慮遷改管線類型、遷改時間、遷改難度、影響管線的因素等，施工組織方案確定困難。

1.2 管線遷改BIM應用優(yōu)勢

1)管線三維可視，空間位置清晰 通過BIM建模，在BIM+GIS三維應用場景中展示既有管線分布和遷改管線設(shè)計情況，復核既有管線的類型、位置、尺寸等信息準確性，同時管線間的交叉搭接和空間位置清晰可見。

2)精細化施工管控，提高遷改效率 基于市政工程管線設(shè)施BIM模型，通過BIM施工管理應用，如虛擬施工模擬[10]、安全管理[11]、4D進度管控[12]等，進行精細化施工管控，提高管線遷改質(zhì)量和管理效率。

3)全生命期數(shù)據(jù)繼承，深度挖掘數(shù)據(jù)價值 通過BIM模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，形成管線竣工模型，利用管線全生命期數(shù)據(jù)可直觀查閱遷改前后的完整業(yè)務(wù)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效集成，以數(shù)據(jù)為抓手，深度挖掘價值，指導管線運維管控。

1.3 管線遷改BIM應用流程

市政工程管線遷改與道路工程和軌道交通工程特點不同，在市政工程管線遷改中進行BIM應用，明確BIM應用流程以指導項目進行BIM應用實施非常重要。

以原既有拆除管線竣工圖紙和勘察階段獲得的物探數(shù)據(jù)為依據(jù)，建立既有管線BIM模型，通過模型碰撞檢查復核修正圖紙和物探數(shù)據(jù)錯漏點，確保既有管線數(shù)據(jù)信息完整準確?；诩扔泄芫€BIM模型和GIS實景三維應用環(huán)境，設(shè)計管線遷改方案，并建立遷改后的管線BIM模型，同樣進行碰撞檢查修正設(shè)計圖紙，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。最后，基于既有和新建管線BIM模型進行管線遷改BIM單點應用和BIM綜合應用，BIM 技術(shù)在管線遷改中的應用流程如圖1所示。

圖1 BIM 技術(shù)在管線遷改中的應用流程

1)管線BIM建模

目前 BIM建模軟件有Revit系列軟件、Archi CAD系列軟件、Bentley系列軟件、CATIA系列軟件等[13]。推薦采用Bentley系列建模軟件進行三維管線BIM建模，亦可采用Revit系列軟件進行建模，Bentley系列建模軟件兼容Revit輸出文件。

管線BIM建模最重要的是管線尺寸無誤、交叉關(guān)系表達準確。BIM建模前宜建立BIM構(gòu)件族，以提高建模速度并準確控制管線尺寸，包括管線、管線配件(如電表、水表、開關(guān)閥、彎管、分叉管等)、附屬結(jié)構(gòu)物(如檢查井、雨水井、電箱等)，根據(jù)BIM構(gòu)件族，利用參數(shù)化建模和二次開發(fā)建模工具對管線進行快速建模。BIM建模后通過構(gòu)件顏色(材質(zhì))標識區(qū)分管線類別、用途、管徑等，提高辨識度。根據(jù)項目涉及遷改管線情況制定“管線BIM模型顏色(材質(zhì))表達對比表”，通過顏色區(qū)分完整表達所有管線類別、用途、管徑等信息，提高BIM模型可讀性。

2)模型拆分與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

根據(jù)市政工程管線走向、長度、構(gòu)配件設(shè)置情況及施工需要，合理拆分管線BIM模型，為實現(xiàn)管線遷改精細化管理，細分模型精細度，便于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，提高BIM模型可用性。

模型拆分后即建立BIM模型和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，BIM應用初期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)直接寫入BIM構(gòu)件，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過線下梳理數(shù)據(jù)表，按照BIM建模時計算機生成的唯一編碼進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。核心解決方案是通過WBS(工作分解結(jié)構(gòu))編碼和EBS(工程分解結(jié)構(gòu))編碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)與BIM構(gòu)件的互聯(lián)互通。將WBS編碼和EBS編碼通過建模軟件寫入構(gòu)件屬性信息中，根據(jù)寫入規(guī)則和建模軟件特性二次開發(fā)WBS和EBS編碼工具，實現(xiàn)編碼快速寫入BIM模型?；赪BS編碼實現(xiàn)BIM模型與基礎(chǔ)信息(如材質(zhì)、尺寸等)的關(guān)聯(lián)，基于WBS和EBS編碼實現(xiàn)BIM模型與業(yè)務(wù)信息(如質(zhì)量、進度、造價等)的關(guān)聯(lián)，其中WBS編碼與工程劃分是配套建立的。

2 市政管線遷改設(shè)計BIM應用

2.1 既有管線空間分析

基于市政既有管線竣工圖，結(jié)合管線遷改施工物探數(shù)據(jù)，對既有管線進行BIM建模，搭建既有管線空間三維場景，利用BIM構(gòu)件的三維可視化特性，采用Bentley Projectwise Navigator或Autodesk Navisworks軟件進行管線BIM構(gòu)件碰撞檢查，分析既有管線間的空間分布情況，發(fā)現(xiàn)錯漏碰撞點，即管線竣工圖或物探數(shù)據(jù)的錯誤數(shù)據(jù)，從而驗證既有管線竣工圖和現(xiàn)場物探數(shù)據(jù)，通過對竣工圖進行校核、重新物探或現(xiàn)場開挖定位，可修正錯誤數(shù)據(jù)。

基于BIM模型進行構(gòu)件碰撞檢查是建筑物或構(gòu)筑物空間分析的核心功能，碰撞檢查應用范圍較廣，根據(jù)圖紙建立BIM模型進行碰撞檢查是較常規(guī)的應用，但在管線遷改中應用與復核既有管線物探和竣工圖紙尚屬首創(chuàng)。

2.2 遷改規(guī)劃設(shè)計

市政工程管線遷改設(shè)計過程中，基于既有管線和新建管線BIM模型, 設(shè)計優(yōu)化新建管線排列布設(shè)，同時，對“翻模”建立的新建管線BIM模型進行碰撞檢查，并據(jù)此設(shè)計優(yōu)化碰撞點，提高管線設(shè)計質(zhì)量，同時可從設(shè)計角度降低施工安全風險和成本，對于正向設(shè)計建模的管線BIM模型，在正向設(shè)計過程中即直接進行設(shè)計優(yōu)化和碰撞調(diào)整，此應用已融入規(guī)劃設(shè)計整體工作，不單獨應用。

2.3 三維設(shè)計數(shù)據(jù)管理

建立市政管線BIM模型并進行設(shè)計優(yōu)化后，將管線設(shè)計信息直接關(guān)聯(lián)到相應構(gòu)件上，對市政管線基礎(chǔ)信息進行三維數(shù)據(jù)管控：包括構(gòu)件分類編碼等標識信息；結(jié)構(gòu)物樁號、經(jīng)緯度坐標等位置信息；管線管長、管徑、壁厚等尺寸信息；管線材質(zhì)、材料強度等級等材質(zhì)信息。

2.4 遷改施工方案比選

根據(jù)BIM建模搭建三維應用場景后進行管線遷改方案三維設(shè)計，根據(jù)管線分布情況、物料資源和施工要求進行遷改方案設(shè)計，在三維應用場景中，通過動態(tài)模擬優(yōu)化多套遷改方案，包括既有管線拆除方案與管線新建方案，通過對比分析各方案，確定最優(yōu)遷改方案，達到質(zhì)量控制、成本控制和進度控制的目標。

2.5 遷改工程量及造價估算

根據(jù)BIM模型綜合計算管線工程量，包括既有管線拆除工程量和新建管線安裝工程量，基于管線類型、管線構(gòu)件和附屬結(jié)構(gòu)物分類分級統(tǒng)計工程量，基于工程量估算管線遷改造價。如將Bentley系列軟件建立的既有管線和新建管線BIM模型輸出為Revit系列軟件文件格式，利用BIM安裝算量GQI和BIM市政算量GMA產(chǎn)品(可讀Revit系列軟件文件格式)，計算遷改管線拆除和安裝工程量。

2.6 流量與管壓分析

根據(jù)BIM模型分析市政管線遷改中非電力管線流量和管壓[14]。基于管線尺寸、管線形式、流體、流速等信息，分析遷改管線在使用階段的流量情況，對比拆除管線和遷改管線，考慮使用量增加的問題，據(jù)此綜合優(yōu)化管線尺寸和排布，如基于Revit軟件分析雨水管線流量，通過街區(qū)年降雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算管網(wǎng)覆蓋區(qū)域降雨量，修正流經(jīng)既有雨水管流量，得到新建雨水管管徑。可基于BIM模型分析管線管壓，驗算管線剛度后確定材質(zhì)。

3 市政管線遷改施工BIM應用

3.1 施工場地布設(shè)

1)征拆區(qū)域與管線區(qū)域標識 基于BIM+GIS三維應用場景，直觀展示管線遷改涉及的征地拆遷區(qū)域，通過傾斜攝影或激光點云技術(shù)建立現(xiàn)場實景模型，通過對實景模型單體化，可點擊查閱拆遷房屋及賦予的屬性信息，獲取征地拆遷位置與大小、拆遷建筑類型、拆遷數(shù)據(jù)量等信息。同時，關(guān)聯(lián)建設(shè)管理系統(tǒng)與模型，推送征地拆遷進度、問題解決情況。

2)物料堆集優(yōu)化 基于BIM+GIS三維應用場景分析施工物料堆集，合理利用狹小的場地空間，根據(jù)施工順序設(shè)置物料進場順序和時間，實現(xiàn)物料最優(yōu)化配置。

3.2 交通組織疏解

市政管線遷改多位于城市街區(qū)或小區(qū)，針對施工區(qū)域不中斷交通通行要求，基于市政管線BIM模型進行交通組織模擬，可疏解交通、緩解壓力、指導施工單位有序施工。在BIM+GIS三維應用場景中，參考已完成的場地布設(shè)模擬，結(jié)合交通量、通行高峰時段、施工高風險作業(yè)等因素，進行交通疏解模擬，分析輸出最優(yōu)化的交通疏解方案，確保管線遷改順利和交通暢通。

3.3 虛擬施工與可視化交底

運用市政管線BIM模型進行虛擬施工模擬，可實現(xiàn)三維可視化技術(shù)交底，直觀呈現(xiàn)擬施工的管線遷改順序和施工方案，對管線遷改施工技術(shù)進行三維可視化展示，使技術(shù)交底向三維化、可視化、智能化方向發(fā)展(見圖2)。

圖2 管線遷改虛擬施工模擬

3.4 多維施工管控集成應用

在施工階段開發(fā)部署用于項目建設(shè)信息化管理的BIM建設(shè)管理平臺，其中業(yè)務(wù)模塊用于業(yè)務(wù)辦理，BIM+GIS三維應用場景對BIM，GIS、實景等數(shù)據(jù)進行有效融合、管理與應用，實現(xiàn)項目和周邊環(huán)境的全方位立體展示。通過市政工程管線遷改項目工程劃分，及對應的EBS和WBS編碼，關(guān)聯(lián)BIM構(gòu)件與業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的信息，實現(xiàn)進度管理、質(zhì)量管理、計量支付、安全管理、物資管理等多維施工管控集成應用，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與BIM構(gòu)件自動關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動推送，數(shù)據(jù)與BIM模型互聯(lián)互通，同時可在BIM+GIS三維應用場景中疊加統(tǒng)計圖表，對管線遷改施工進行可視化指導，實現(xiàn)工程管理從二維模式向三維可視化、精細化模式升級，全面提升管理水平。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)在市政工程管線遷改中用于設(shè)計和施工階段，降低管線遷改難度、解決施工突出問題、節(jié)約施工成本、提高建設(shè)效率。對管線遷改BIM應用點進行綜合分析與闡述，豐富和加深BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域中的應用廣度和深度，推動BIM技術(shù)在市政工程管線遷改中的應用。

隨著BIM技術(shù)在工程中應用的深入，管線遷改項目將更大程度地依賴BIM技術(shù)，未來將以BIM綜合應用為引領(lǐng)、以點狀應用為補充，融合GIS、物聯(lián)網(wǎng)、AI人工智能等新技術(shù)，為市政工程管線遷改項目賦能，持續(xù)提升項目管理精細化程度和效率，為項目決策提供數(shù)據(jù)支撐。