BIM技术在城市地下管线设计与管理中的应用

朱栩莹 吴 迪 李 丹

(解放军理工大学，江苏 南京 210007)



BIM技术在城市地下管线设计与管理中的应用

朱栩莹 吴 迪 李 丹

(解放军理工大学，江苏 南京 210007)

通过分析城市地下管网的现状及存在的问题，提出采用BIM技术解决地下管线问题的方案，阐述了利用BIM技术建立城市地下管网信息系统的流程，分析了BIM技术在推广应用中面临的机遇和挑战，对建筑业的信息化发展有一定的意义。

BIM技术，地下管网，三维模型，物联网

0 引言

城市地下管线作为居民生活保障设施中不可或缺的一部分，主要负责着各种物质的输送、调配以及通讯信息的传输等工作，重要性可谓是城市的“生命线”。地下管线一旦出现问题，对社会造成的危害是我们不得不重视的。为了避免各种问题的出现，我们急需探寻新的思路和技术，将其引入城市地下管线的设计和管理中去。

BIM技术作为建筑业信息化的产物，其在对庞大、复杂信息的管理及分析方面具有得天独厚的优势。在设计以及施工阶段应用BIM实现对地下管线管理的信息化，不但能够提高生产效率，还能降低建造成本。在地下管线的日常运维管理中引入BIM更是可以实现地下管线问题的及时反馈和预报，并对问题所在部位精准定位，避免不必要的劳动量。

1 城市地下管网现状及存在的问题

1.1 城市地下管网现状

随着城市的飞速发展，地下管网与城市发展之间的矛盾逐渐突显。各类施工的安全事故频发，一到大雨天就“看海”，管网工程施工对地面的“开腔破肚”比比皆是，缺失井盖的窨井频频“吃人”，好好的路面突然就会塌陷，在人行横道上行走会掉进热水坑，输油管道的泄漏引发爆炸……

1.2 城市地下管网存在的问题

传统地下管线存在以下缺陷:1)传统的地下管线一般是采用二维的设计手段，其断面图、平面图以及交叉节点图等仅仅是对特定截面信息的局部描述，对于管线的所有交叉节点以及管网整体很难实现全局性的分析。2)设计缺乏整体性，进行管线交叉综合时无法避免局部调整引起的连锁反应，经常解决了一处碰撞又引起了更多其他位置的碰撞。3)传统图纸标注精确化程度不高，各专业交叉时仅仅规定竖向的极值标高，在施工的过程中很难保证施工的精准定位。4)由于管材的老化、操作的不当等原因可能导致爆管事件的发生。在发生紧急事故时，传统的报警方式是由事故现场的工作人员进行逐级上报或者通过管线中的压力监测点所发出参数变化进而报警，因此很难及时、有效的准确锁定发生爆管的管段，以及事故所影响的范围。一个小问题有时还需要大开挖来排查。传统的管线维护见图1。

针对以上种种问题，引入BIM的解决方式迫在眉睫。

2 BIM在地下管线设计与管理中的应用

2.1 地下管线问题的BIM解决方案

1)运用BIM技术对地下管线进行三维设计，其设计成果是对工程整体的全方位表达(如图2所示)，用户可以根据需要获取不同角度的局部断面以及复杂部位的详细信息。这在传统二维设计中是不可能实现的。

2)在三维BIM模型中对地下管线进行调整修改，各个碰撞点调整后所带来的工程中其他部位的连锁反应可以及时清晰地体现出来，避免出现调整盲点和遗漏，保证管线调整的全面性和准确性。

3)地下管线三维BIM模型中所有标高均为准确标高，用户完全可以基于模型得到任意需要部位的准确尺寸信息。从而在施工期间就可以严格要求施工人员按照设计标高作业，避免因施工人员的判断失误而产生的各种施工问题，影响施工效率和质量。

4)将BIM与物联网技术相结合，实现对地下管网运行状态的全方位监测管理。在监测管段上预先安装各种传感器，并将各个传感器测点的位置以及检测信息在模型中同步体现出来。在平时运营管理中，可以通过BIM模型对管网的水力情况进行监测显示，及时分析预报存在或可能存在的风险。在事故发生的第一时间，可以通过BIM模型获取事故管段的位置以及事故性质等其他关键参数，以便工作人员检修处理。

2.2 建立城市地下管网信息系统

为了更好的实现BIM在地下管线设计与管理中的优势，需要设计开发一套城市地下管网信息系统。该系统不仅可以实现城市地下管线信息的采集和模型的建立，并且可以对各方面信息进行分析处理，通过智能化的管理手段保障地下管网的正常运作。

该系统借助BIM，GIS以及物联网技术。BIM主要用来整合建筑物本身全生命周期的信息，GIS则是与环境相关的外部信息，在运维阶段结合物联网技术，将管线上各传感器的位置及测量信息实时反馈到三维管线模型中去，用户可通过三维模型查看管网的运行状态，系统还可通过对各参数的分析计算，作出管网风险预报。

该系统的工作流程如下：1)导入信息，将已有构筑物BIM模型导入基于GIS的环境信息平台，实现BIM数据和GIS数据的结合。2)在以上包含建筑内部信息以及外部环境信息的模型基础上建立管线、道路，以及新建模型的几何物理等属性信息。3)借助碰撞检测插件分析得到全部碰撞点，并自动分类显示管道间的接近碰撞、软碰撞以及硬碰撞。4)进行管线综合调整，解决各个专业间的各类碰撞类型。5)模型深入优化后开始组织相关人员施工，施工中在管网系统中关键部位布设传感器，将传感器信息通过有线或者无线传输到系统主机。6)主机存储分析各种监测数据，将分析结果反馈给用户，以便用户能够全面掌握管网运作状况，及时解决存在的或即将出现的问题。7)当管网出现问题或事故时，系统第一时间向用户报警，并准确定位事故发生位置，使工作人员能够迅速准确地对问题部位进行检修处理。

3 面临的挑战和阻碍

尽管BIM拥有众多无与伦比的优势，但是作为一项新技术，它的推广应用仍然困难重重，主要表现在以下几个方面：1)设计人员思维转变难。思维从二维到三维的转变必然需要经历一段痛苦的适应过程，但这并不意味着BIM高不可攀，未来它将成为一个大众化的技术。2)对BIM的本地化、行业化完善不够。3)BIM与GIS数据分别采用不同的标准。要想实现BIM与GIS数据的互通，必须制定统一的数据标准。4)任何技术的发展，人才的培养都是重中之重。一个市政设计技术人员的诞生尚需要经历一个漫长的周期，何况同时他也要熟练掌握BIM技术。5)现阶段中国的BIM行业尚未建立统一完善的开放性标准，制约了BIM的发展。

4 结语

基于BIM进行地下管网设计，集成庞大的信息化数据于三维可视化模型，能够实现信息的分析管理以及仿真模拟，前瞻性地解决施工时才可能发现的各种问题。借助BIM来优化地下管线设施的养护管理时，依托BIM大量的数据，可以对风险进行量化的科学预警，增强设施的使用寿命。

随着社会不断进步，城市地下空间建设、利用的大力开展，地下管网的信息化必将成为焦点。BIM技术带来的不仅仅是设计、施工、运维相关工作的技术进步，对整个行业的发展也具有深远意义。

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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

朱栩莹(1992- )，男，在读硕士； 吴 迪(1993- )，男，在读硕士； 李 丹(1990- )，女，在读硕士

TU990.3

A