基于BIM 的地下管线管理与应用

钟占行 曹相杰

（嘉兴市规划设计研究院有限公司 浙江嘉兴 314050）

1 引言

地下管线是保证居民日常生活的重要基础，通过该管线可以完成物质运输、信息传输等多方面的工作内容，其重要性不言而言。作为城市发展的生命线，地下管理质量非常关键。为了更好地保护地下管线，避免地下管线出现问题，必须通过创新性的技术对地向下管理进行统一的管理，而BIM 技术完全符合地下管线管理的相关要求，可以在地下管线管理中进行应用。

2 BIM 技术的原理和优势

建筑信息模型主要就是对工程所有信息进行全面的整合，并以此为基础，利用BIM 技术建立统一的模型，使建筑内的所有信息都可以通过该模型进行展示，使管理人员可以对建筑信息有详细的了解。

2.1 BIM 技术原理

一般情况下，可以将BIM 技术作为建立建筑模型的重要基础，通过应用该技术可以将项目所有涉及到的信息进行快速的整合，以BIM 多维平台技术作为建立模型的主要依据[1]。从项目设计阶段到项目结束，通过数字信息仿真模拟，对建筑的实际建设情况进行展示，从而全面管理工程整体建设，使工程可以在安全的环境中顺利进行，保证工程质量符合实际需要[2]。

2.2 BIM 技术的优势分析

在科学、规范的管理方法的辅助下，BIM 技术可以将项目建设过程中所有零散的信息进行整合，形成强大的整体，从根本保证信息的整体性和统一性。从整体方面进行全方位的监测，使项目建设可以以直观的方式进行展示，避免施工内容的重复，提高建设资源的利用效率，使不同施工主体可以保持紧密的沟通和交流，保持意见的一致性[3]。同时，在建立模型时，可以根据需要建立不同种类的模型，使模型更加具有针对性，按照不同的模型特点开展具体的业务，使图纸信息可以在模型中直接展示。在提升工程质量的基础上，对可能出现的施工风险进行规避，对施工投入资金进行有效的控制。

3 工程案例

受嘉兴市联合污水处理有限责任公司的委托，嘉兴市规划设计研究院有限公司承担嘉兴市联合污水处理厂三维信息模型（BIM）建设项目地下管线测量任务。其探测内容为查明探测区域内各类管线所在位置、管道规格、埋深、走向、材质等。管线探测成果数据以文字内容及图形电子数据格式提交，以满足工程初步设计的需要。其中一期施测为2016 年8月30 日至2016 年9 月27 日；二期施测为2018 年4 月15 日至2018 年11 月21 日；三期施测为2019年12 月7 日至2019 年12 月18 日。

4 本工程地下管线探测问题分析

4.1 地下管线现状

采取科学、规范的方法进行探测，可以对地下管线现状有清晰的了解，缓解地下管线与污水厂运行之间的矛盾。近几年由于污水厂周围环境地下管理施工不合理，在地下管线运行过程中很容易引发安全问题，同时受到多种不同因素的影响，导致管网施工相对比较混乱，经常出现路面塌陷问题，已经对污水厂发展产生严重的制约。而通过本次探测，可以对污水处理厂地下管线的的走向和材质等有清晰的了解，经探测管线总长度为五十九点四一千米。针对污水厂地下管理现状，必须采取切实有效的措施加强地下管线的管理，使地下管线可以在地下合理分布，逐渐延长地下管线的使用时间，避免地下管线出现问题影响污水厂的稳定发展[4]。

4.2 地下管网存在的问题

本工程在进行探测后发现污水厂现有地下管线存在很多的问题，以二维设计方式进行设计，无法获取全面的地下管线信息，无法对断面图、平面图等信息进行详细的描述。地下管线设计不够科学，如果对管线布局进行调整将会对其他管线产生影响，引发一系列的连锁反应[5]。另外，传统图纸布置精度无法保证精准性，由于管材使使用环境特殊，随着时间的延长，本工程污水厂很多管材已经出现了明显的老化，如果无法及时更换管材，采取的施工方式不合理将会使管道发生爆裂。因此，很难及时发现污水厂管段产生的问题，无法保证报警的及时性，如果一旦发生紧急事故，只能通过现场人员观察管线变化了解情况，到发生较大的危险变化再报警就后果严重了，会使事故影响范围不断扩大。有时即使发生比较小的问题也需要通过开挖才能排查到，不仅浪费时间，同时也会影响污水厂的正常运行，对资源造成浪费，引发经济方面的损失。如图1 所示为污水厂传统的地下管线维护。针对本工程污水厂管线存在的问题，应用BIM 技术解决已经成为必然的趋势[6]。

图1 传统地下管线维护

5 BIM 在污水厂地下管线管理中的应用

BIM 技术在我国已经发展多年，在各类工程管理中进行应用具有十分重要的作用。为了使本工程污水处理厂地下管理可以得到规范性的管理，必须合理应用BIM 技术，充分发挥该技术的价值，从根本促进管理水平的提高，使相关人员及时了解地下管线的运行情况，并合理作出调整和维护，避免产生无谓的消耗[7]。

5.1 地下管线问题的BIM 解决方案

如图2 所示为本工程下管线及周围环境的三维表达。运用BIM 技术可以对地下管线现状有清晰的了解，并进行三维设计，在保证设计方案合理性的同时，还可以在设计方案中准确展示工程整体，为相关人员了解局部信息提供便利。该技术的应用在以往二维设计中根本无法实现。

图2 地下管线及周围环境的三维表达

在三维BIM 模型中可以针对性的调整地下管线的位置，经过调整后本工程地下管线碰撞问题可以得到针对性的解决，避免不同管线互相影响产生严重的问题，全面监测地下管线，避免地下管线存在盲点影响运维工作效果提升。

BIM 技术通过建立模型可以对本工程污水厂管线以直观的方式进行展示，保证标高的准确性，可以根据实际需要了解不同部位的详细新信息。从而在施工过程中，为施工人员提供准确的依据，使其可以严格按照该标准进行施工，使施工效率可以逐渐提升。

将BIM 技术与物联网技术进行紧密的融合，对地下管线运行状态运行状态进行全面的监测。将各种不同类型的传感器安装在监测管段上，将不同位置的信息在模型中以直观的方式进行展示。在本工程污水处理厂日常运维管理过程中，通过BIM 造型可以对管网水力情况有详细的了解，对管线运行状态有准确的判断，根据运行状态明确存在的问题，并及时进行解决。即使出现事故，通过BIM 模型也可以快速定位事故位置，明确事故出现的原因，并进行深入的分析，为检修人员处理事故提供重要的支持，使检修人员可以根据各项参数开展针对性的检修，进一步提高检修速度。

5.2 建立地下管网信息系统

在本工程中建立地下管网信息系统，对地下管线分布情况进行全面的监测，统一管理地下管线。该系统不仅可以全方位采集地下管线数据，同时对信息进行整合，根据信息建立规范性的模型，通过该模型对信息进行全方位的展示，并对信息进行性科学的分析，通过智能化的管理手段给地下管网平稳运行提供稳定的基础。

本工程应用BIM 技术，建立完善的系统，在该系统中将BIM 与物联网技术等进行整合。BIM 对建筑生命周期信息进行整合，GIS 则全面获取与环境有关的信息，在运维阶段应用物联网技术，向三维模型传输大量的信息，使运维人员快速了解管网运行状态，同时系统能快速计算和分析各项参数，及时作出管网风险预警。

该系统将BIM 信息传输到GIS 环境信息平台，使所有数据快速整合。该模型包括建筑内外环境的所有信息，也可建立管线的几何物理属性信息，对管线有更加全面的认识。在对碰撞点进行分析时，需要利用碰撞检测插件进行检测，并使用自动分类功能对不同管道间的碰撞情况进行信息显示。在综合调整管线时，使不同管线间的碰撞情况得到顺利的解决。模型深入优化后，组织本工程所有施工人员开展规范性的施工，施工过程中在关键部位设置传感器，通过传感器向系统主机传输信息。主机存储分析功能对数据进行全面的监测，并及时反馈分析结果，使管线管理人员管线运行情况有准确的了解，及时解决存在的问题。当管网发生问题时，系统会自动触发报警功能，明确事故发生的具体位置，使工作人员对问题部门进行规范性的检修，从而保证管线的良好运行。

在建立地下管线三维信息模型时，利用物探技术对地下管线进行探测和测绘，对地下管线相关数据进行全面的获取，并对管线信息进行模拟，根据地下管线数据建立统一的BIM 模型，专门用于管道系统的管理。

在本工程管线综合设计图纸的基础上，利用BIM 技术建立BIM 模型，建立的模型可在三维状态下对参数进行性直接的修改。在建立BIM 模型时，需要以建筑设计资料为依据，以保证模型的真实性。

6 结束语

综上所述，本工程通过BIM 技术进行地下管网设计和管理，对数据进行全面的整合，并以此为基础建立三维可视化模型，对信息进行全面的分析系和管理，并通过仿真模拟对施工过程中可能出现的问题进行预测，以解决施工中存在的不同问题。借助BIM 技术进行管理，使地下管线设施得到良好的养护，依托BIM 数据，对风险进行预测，并提高预警的及时性，使地下管线在稳定的环境中使用更长的时间。随着社会经济环境的不断变化，地下管线范围不断拓展，采取信息化的方式管理地下管线已经成为社会关注的重点。BIM 技术不仅仅能为设计、运维提供重要的支持，同时还可以促进整个行业的发展和完善。BIM 软件虽然对不同的地下管线进行预建模，为设计水平提升提供技术方面的支持，但是其无法将探测到的地下管线数据转换为与之相符的三维模型，在今后应用过程中还需要不断加强开发力度，以满足地下管线的管理需要，提高BIM 技术的应用效率。