BIM技术在管理云平台应用研究

林志滔

(福州市规划勘测设计研究总院 福建福州 350108)

0 引言

地下综合管廊是一个将电力、通信、燃气、给排水等各种工程管线集于一体的地下隧道空间，可以很好地改善城市地下空间布局，提高城市防灾和抗灾能力。目前，我国地下综合管廊建设仍处于初级阶段，由于地下综合管廊是地下工程，存在施工难度大、涉及专业多、施工地质条件复杂等问题，导致地下综合管廊在建设过程中遇到各式各样的问题，大大阻碍了地下综合管廊在城市建设中的进程。近年来，随着计算机技术的飞速发展，BIM技术日趋成熟，在地下管廊工程中BIM技术应用也越来越频繁。在地下综合管廊工程中可借助BIM技术的可视化、可模拟性、可优化等特点，结合GIS地理信息系统空间属性，将BIM+GIS技术应用到地下综合管廊建设中，可以对地下综合管廊及管线进行三维模拟与空间布置，可以深化各自领域，大大提高设计效率[1]，有利于缩短工期和减少各个专业之间的冲突，提高项目全生命周期的整体管控水平，实现市政项目管理手段和管控方式的创新。傅蜀燕等[2]利用三维 BIM + WebGIS 技术构建区域数字水库，实现区域内水利机构间各类信息资源的高度共享与统一管理。陈金文等[3]利用三维GIS技术建立数字化、网络化的三维可视化城市管理系统，满足了现代城市精细化管理的要求。由此可见，BIM+GIS技术在市政工程中有广阔的应用前景。

本文以福州市新店外环路地下综合管廊工程为例，并结合GIS地理信息系统空间属性，将BIM+GIS技术应用到地下综合管廊建设中，并搭建综合管廊管理云平台。该平台利用BIM技术进行各专业云协调，对综合管廊进行参数化和精细化设计，减少各个专业管线之间的碰撞，并进行方案三维动态比选；利用SUPERMAP-9D平台作为数据技术支撑，将系统建设分为C/S端与B/S两部分，快速处理庞大的BIM模型数据信息；同时，建设过程中各参与方均可登录云平台共享数据信息，有效解决信息孤岛问题，提升项目全生命周期的整体管控水平。

1 管理云平台地下综合管廊的应用中存在的问题

管理云平台之所以至今在地下综合管廊中没有得到广泛的应用，其原因主要有如下几个方面。

(1)投资成本较高

目前，国内管廊的建设主要集中在北京、上海等发达地区，而在很多中小型城市进展相对缓慢。这主要是因为地下综合管廊的建设前期投入资金高，建设过程中仍然需要消耗大量资金。在建设初期，由于需要将各个管线汇集到一起，涉及到电力、通信、燃气等管线，工程量大；同时，还要考虑到对原有管线工程进行改造。而云平台也需要对建设期管线进行动态管理，这些都需要大量的资金支持。因此，建设投资成本是制约地下综合管廊云平台推广的一大难点。

(2)各专业之间协调难度大

地下综合管廊的建设本身就涉及到电力、通信、燃气和给排水等专业，而且很多现有的地下管线的现状情况不明确，极易造成地下综合管廊的规划和现有管线之间的冲突。同时，地下综合管廊一般与市政桥梁、地铁等工程同期实施，无形中又增大施工难度。因此，不同程度上都加大了地下综合管廊建设的难度。

(3)数据共享实现困难

城市管廊建设参与方较多，包括政府决策部门、建设单位、勘察设计单位、施工单位、分包商、运维管养单位以及工地管理厂商等。各个参与方均按原有数据模式进行问题分析处理，缺乏一个共有平台以及信息数据处理方法，使信息交流变得异常困难。因此，各部门多保持现有工作模式与工作方法，严重削弱了云平台管理应用带来的建设红利。

(4)数据处理工作量巨大

现阶段BIM信息数据精细化程度已经达到了一个较高水准，但如果将BIM+GIS数据在现实世界示例相同的基础上完整展现所有要素，就需要重新定义模型细节设计水平，否则数据处理工作量巨大。

(5)缺乏完善的技术指导规范和数据标准

我国相关行业标准和软件并不成熟，国家缺乏相应的约束标准，资源信息浪费严重(目前，国家已经积极建立各方面的标准体系，相信在不久的将来，该问题将会得到解决)。

(6)收费机制不健全

在综合管廊建设中，不同的建设阶段管理成本均不相同。但是，现在国家并没有建立统一的费用分摊机制，导致管廊成本在实际分摊过程中缺乏相应的标准依据，造成投资方成本回收困难。因此，管廊云平台的收费机制的建立和完善是当务之急，目前可以借鉴国外成功的案例并结合中国现有国情，制定出符合中国特色的收费标准。

诚然，任何一个新生事物的生成、发展都经过一段或长或短的过程，希望在于努力践行。基于此，下文拟以福州某一工程为案例，探讨BIM技术在市政综合管廊云平台中的应用。

2 工程背景

福州市新店外环路西段道路工程位于福州市晋安区新店片区，是福州市第二批缓堵项目十大重点工程之一，拆迁难度大，工期紧，边界条件复杂，该项目中地下综合管廊部分与桥梁、地铁、现状管线等相互制约，施工难度大，线路长，全长约4.3km。该工程在设计阶段进行三维建模，分析比较三维模型并进行碰撞检查。同时，构建起统一融合的BIM+GIS平台，将综合管廊三维模型与地理空间框架进行整合，建立完善的管廊地理空间数据资源体系，从而促进城市综合管廊运营管理目标上的整体一致性，推动智慧城市的发展，如图1所示。

图1 综合管廊单舱与双舱断面示意图

3 BIM技术在地下综合管廊前期的应用

考虑到综合管廊的入廊管线较多，管线空间排布较为复杂，该项目地下综合管廊在设计初期就采用BIM技术。在设计阶段应用BIM技术进行了多次方案比选、技术优化，并在确定方案后进行多专业、多维度协同设计工作。

3.1 项目信息概况量化

传统的设计概预算工程量都较粗略，工程量的统计要靠人工重复性完成，一旦设计方案变更，工程量又得重新计算，既费工费时，又不准确。使用BIM进行设计时，由于是用参数化进行模型控制，工程量的统计可以自动生成，自动更新。虽然从目前来讲，一些功能可能没那么智能，但大部分的工程量自动计算能满足要求，一些工程量统计也可以通过变通的方法达到效果，这样就大大提高了设计工作效率。

该项目利用BIM技术进行项目信息量化梳理，计算出了管廊的工程数量，如图2所示。

图2 项目信息化处理示意图

3.2 族库建立及其参数化、精细化设计

建立参数化管廊族库，管廊标准族库如图3所示。通过控制参数的设定，实现了族库在项目中的独特性与适用性，有效提高了设计效率。同时，族库的建立为将来其他项目中的信息共享提供了可靠的技术支持与材料储备。

(a)管廊单舱标准段族

(b)管廊双舱标准段族图3 管廊标准段族库

3.3 管廊各专业综合碰撞及动态展示

综合管廊碰撞检查，包括内部各专业碰撞检查以及外部已建或已规划的桥梁、地下空间、轨道交通的碰撞检查。综合管廊设计管线种类、数量繁多，需要安装的附属设施较多部位设计复杂，使得管线之间、管线与附属设施之间等存在较多碰撞问题。如图4所示，地下空间中地铁与地下管廊的相互关系，在施工期间边界有交叉重合的部分(外部碰撞)；如图5所示，双舱管廊断面节点处混凝土层未给管线出口预留位置(洞口预警)。利用 BIM 设计平台，则可以完成地面和地上环境建模并进行碰撞纠错，可有效解决各专业之间存在的冲突问题，规避边界交叉情况的发生，减少资源的浪费，提高设计质量。

图4 地铁与管廊相互关系(外部碰撞)

图5 洞口预警(外部碰撞)

在综合管廊的以往设计中，通常采用施工图纸来展示设计方案，如今随着现代电脑技术的飞速发展，则可利用BIM方案模型进行不同方案的比较和决策。管廊内部空间有限，管线种类较多，利用 BIM 模型，将管廊截面形式、内部结构以及管线排布等以三维的形式进行展示，并且针对不同管线标记不同颜色，使管线排布更清晰。管廊BIM三维模型如图6所示。在BIM三维模型中，利用动态调整功能对管廊截面、内部构造以及管线排布不断优化，找到最适合的截面形式、尺寸及排布方案，加快设计速度。

(a)

(b)图6 管廊BIM三维模型

4 地下管廊管理云平台的搭建与应用

在项目开展过程中，需要对照项目周边场地信息进行分析，结合地理信息勘探数据开展设计，需要将BIM模型与GIS地理信息相结合应用。BIM 数据结构包括空间数据(模型)及属性数据(参数)，其中空间数据模型又包含空间位置、外观形状等，这与GIS 数据结构相似，为BIM+GIS融合提供可能。

云平台建设是一项规模庞大、结构复杂、技术难度大、数据量大、功能众多、涉及面广的系统工程。将云技术应用于BIM+GIS模型管理应用中，可提高效率。

4.1 BIM和GIS集成构建信息模型

将BIM模型与GIS系统进行集成，在GIS中实现BIM模型的展示和查询，同时也可以结合应用倾斜摄影、测绘地形数据等构成现状数据进行综合展示。运用GIS功能实现BIM场景平移、顶视、环视浏览等基础浏览功能，实现场景视图可放大、缩小，场景缩放、漫游、飞行模式等功能，如图7所示。

图7 地下综合管廊云平台展示

4.2 信息模型综合应用

将BIM模型经过轻量化处理，导入至GIS地理信息平台中，根据坐标位置将BIM模型与地形信息模型精确融合进行综合展示，可以实现PC端、移动端等多终端展示浏览，轻量化的模型更加保障浏览的流畅性。在GIS云平台上，还可以展示BIM模型详细的构建信息，例如管线材质、管径、长度、编号等。

首先，通过平台进行查询检索，按照指定的条件在搜索框中对项目进行查询，三维场景中将自动定位到查询结果项目模型位置进行显示，也可以输入指定的条件对BIM模型进行查询，三维场景中将自动定位到该模型位置进行高亮显示，点击该模型可显示其属性信息以及二维图。部件查询搜索框输入指定的条件对部件进行查询，三维场景中将自动定位到该部件位置进行高亮显示，点击该部件可显示其属性信息，如图8～图9所示。

其次，通过桌面GIS软件导入主流BIM模型以及属性信息，支持对BIM模型信息分组展示。系统提供基于BIM的建筑进度时间轴管理，可以根据时间轴显示/隐藏或者高亮对应的BIM模型，以此来反馈施工的进度。

图8 地下综合管廊云平台资料检索

图9 地下综合管廊云平台资料属性定义

5 结语

(1)该项目充分利用BIM三维信息技术特点，发挥其专业协同共享功能，整合全专业 BIM 模型，查找碰撞干涉，并结合以往地下综合管廊实际经验，探索形成标准化三维管廊模型，极大地减少了数据整合的工作量，为管廊BIM数据在云平台的延伸应用发挥重大基础作用。

(2)BIM结合GIS技术集成云平台，利用SUPERMAP-9D平台作为数据技术支撑，将系统建设分为C/S端与B/S两部分，快速处理庞大的BIM模型数据信息；同时，建设过程中各参与方均可登录云平台共享数据信息，实现平台展示、资料检索及属性定义，有效解决信息孤岛问题，为运维管理基层技术的实现做好充分准备，提升了项目全生命周期的整体管控水平，为智慧城市更为广阔领域的应用奠定基础。