基于BIM＋GIS＋低代码的校园地下管网运维管理平台建设与应用

李新军 李 蔚

华东理工大学基建处 上海 200237

高校地下管网作为高校基础设施的经脉，承载各种能源流、信息流，是基础设施赖以生存的“生命线”，对校园的日常运行起着关键性作用[1]。随着高校规模的不断扩大，后期翻新改造持续推进，图纸更新不及时往往会导致地下管网信息缺失严重，现状管道布局与原设计图纸不符的情况。同时地下管网信息数据不完整及二维信息图纸的局限性也是导致地下管网运维管理缺乏主动性的原因之一。当前依赖经验的管理手段已无法满足高校地下管网全生命管理的需求[2]。

BIM技术作为建筑信息化建设的重要技术，能够支撑建筑全生命周期的各个阶段，以其详尽的信息数据作为模型基础，可以实现全程信息化、智能化，能够保证地下管网信息智慧化管理的可持续性[3]。GIS是融合计算机图形和数据库于一体，保存和处理空间对象的一项技术。运用GIS可以实现管线二维平面视图到三维立体视图的转变，可清楚地显示管线的空间位置关系以及管线交叉位置的层次关系[4]。通过BIM和GIS的结合，可以有效地进行地下管线的三维建模，从而把地下模型微观数据与其周围宏观地理环境融合[5]。将该集成技术应用到高校地下管网信息建设中，不仅提高对校园基础设施、能源设施的管理水平，还将推动智慧校园的信息化建设进程。

本文以华东理工大学徐汇校区地下管网信息建设为例，构建满足校园地下管网设计、施工及运维管理需求的BIM信息模型技术标准。在系统功能层面，开发具有广泛兼容性、便捷性、可持续性的地下管网运维管理平台，既可满足当前地下管网数据归档、管理的需求，也可以满足后续持续的运维管理需求。

1 基于BIM技术的地下管网模型

1.1源数据

在建模之前先对地下管网数据资料进行梳理，整合历年图纸后发现，校区完整施工图纸已经太过久远，过程维修信息零散、缺失。

为了保证建模数据的完整性和准确性，2017年启动全校区地下管网的物探普查工作，并结合2019年起校区基础设施改造工程，对主要开挖路段的管线进行跟踪测量。综合普查数据、跟踪测量数据及2次复测数据，基本完成覆盖整个校区地下管网及附属物的源数据统计。

1.2建模标准

基于CJJ 61—2017《城市地下管线探测技术规程》以及上海首部岩土工程方向BIM信息规范DGTJ 08-2278—2018《岩土工程信息模型技术标准》，针对华东理工大学校园在设计、施工和运维阶段的不同需求制定了《华理校园地下管线BIM建模数据规则》，从建模数据规则及技术标准、模型整合、模型数据交换以及模型应用等方面，对地下管网及周边附属物进行了定义和规定。规则针对当前地下管网分为9大类，主要涵盖供电（GD）、路灯（LD）、电信电缆（DX）、信息（XX）、监控（JK）、上水（SS）、雨水（YS）、污水（WS）、天然气（TR）等专业。

项目组对不同类型管网的属性信息均做了相应的规定，主要从点号、坐标、高程、管顶埋深、管径、孔数/缆数、管点类型、排列方式、材质、井室大小、流向、埋设方式、埋设年代以及道路代码等字段划分。

1.3模型成果

根据物探数据，建立华东理工大学徐汇校区的地下管网三维实体模型（图1），统计完成的9大类地下管网的长度及相应附属物如表1所示。

表1 各类管线及附属物统计数据

图1 地下管网BIM模型

2 基于BIM＋GIS＋低代码的地下管网运维管理平台

2.1平台介绍

基于BIM＋GIS＋低代码的校园地下管网运维管理平台作为底层的业务支撑平台，在加载上述BIM地下管网及附属物信息模型后，面向基建、后勤、信息、保卫等部门提供多元化服务。

该平台以低代码技术作为底座[6]，将BIM引擎以及GIS引擎作为表单组件，最终实现业务内快速调用BIM模型数据，模型内快速查看业务内容。此方法相比于传统的信息化开发，具有实施周期短、开发成本低、迭代速度快、拓展能力强的特点[7]。

校园地下管网运维管理平台需要将BIM模型以及GIS模型进行融合展示，因此将BIM模型全量信息无缝转化到GIS引擎上是实现平台数据完整的关键一步。本项目技术路径如下：采用Revit进行BIM建模，通过定制地下管网批处理插件，将物探DWG图纸进行自动化批处理，生成地下管网BIM粗模。粗模进行调整后，分批次导入GIS引擎中，与无人机三维实景的3D tiles模型进行融合展示。如图2、图3所示。平台可实现多端支持，在无需安装插件的情况下，可以直接在网页和手机上打开模型和图纸。

图2 BIM与三维实景模型融合展示

2.2功能详情

2.2.1 BIM&GIS模型管理模块

本模块可实现BIM及GIS模型的浏览与分析、提供测量长度、面积功能，提供定制化分析统计功能。基于BIM的综合应用，实现模型检索、空间查看、属性查询等功能。基于GIS综合应用，实现图上算量、坐标定位、地区导航、标记对比、分屏对比、图上标绘、飞行漫游展示、地图打印、实时分享等功能。

1）大体量瓦片模型浏览[8]。可实现混合浏览，对不同来源模型的混合加载与查看，支持BIM＋GIS的同步查看与比对。

2）地图及基础底图浏览。可实现公开地图数据库加载，已经导入天地图、百度地图、高德地图等。基于无人机航拍生成精细正射影像及地形数据，为校区提供超高清地图基础数据服务。正射影像地图精度达到每个像素1.8 cm。

3）模型数据版本管理。可实现模型版本管理，实现不同时间状态下模型的历史数据对比。同时自定义项目、自定义项目管理权限，保障数据安全。

4）量测功能。可实现直线距离、垂直距离等长度测量，支持体积测量与计算。

5）图上标绘与三维特效功能。可实现基于视角及建筑物体的标注，可用于道路、建筑及附属物设备设施的标注及说明。标注形式不限于文字、立体模型、图片等，可以提供多样化灵活标注方式。

6）统计、分析及可视化模块。可实现构件全量参数检索与统计。用户可以用任意字段模糊检索模型构件，也可在GIS地图上，通过框选形式选中组件进行统计与分析。

2.2.2 运维管理模块

当前的地下管网系统运维管理过程中，参与部门众多，仍然以人为管理中心。除了实现基础数据的查询、检索和统计之外，实际运用过程中涉及大量的管理业务。这些管理业务大多数依靠人工、Excel文档以及纸质媒介进行管理，很多业务工作量巨大，重复性高，亟待通过系统进行规范化管理，并提高人员效率。

1）运维巡检管理。平台和物业管理相结合，建立设备设施全生命周期跟踪管控配套系统，系统功能包括：设备二维码扫码查询、设备巡检打卡、维护排班与通知、巡检记录汇总分析等。平台基于BIM模型和低代码搭建的管理表单，可以帮助运维人员清晰地查看地下管网及附属物设备设施基础信息，方便快捷地填报相关信息，提高人员协作效率。基于平台的二维码模块，目前已经实现所有窨井盖的统一编码与统一钢印，现场运维人员通过手机扫码，即可快速调取设备信息，进行相关的查询及巡检维护工作。

2）管网连通性分析。管网连通性分析是地下管网运维管理中亟需解决的难点。由于地下管网涉及类型繁多，附属信息复杂，通过人工去判断管道流向的效率低、工作量大、准确性差。地下管网运维管理平台支持管网流向拓扑，点击任意管段，即可自动分析管道流向，协助用户摸排管网连通情况，简化现场工作量。

3）空间管理。地下管网BIM模型与校园三维实景模型共同构建了立体数字化校园，地下管网系统运维平台提供地理空间的测量、标注、三维空间绘制等功能，协助用户从三维角度对施工环境以及其他空间利用情况进行管理，进而提升空间管理水平。

2.3开放数据接口

校园地下管网运维管理平台提供完备的BIM模型以及GIS模型数据接口，通过获取数据权限，外部系统可以实时调用最新的校园底图数据，实时查阅相关建筑及地下管网信息。

3 展望

采用BIM＋GIS技术，对地下管网及附属物、全校区建筑进行综合可视化管理，同时提供开放平台接口，为其他系统提供数据支撑。后续平台可以在如下方面进行持续拓展：

1）深化运维平台应用。目前管理平台的功能模块局限于运维工单管理、巡检管理以及常规的设备设施管理，应用场景较单一。基于低代码技术，在采集需求后，可以帮助一线人员快速搭建业务管理系统，可以将管理边界拓展至进销存、工作协同、项目管理等范围，形成一体化管理系统。

2）拓宽BIM模型应用范围，接入IoT物联网数据，构建智慧校园。当前系统仅对地下管网BIM模型进行综合管理与应用，作为基础技术，已经具备所有BIM模型综合管理能力，后续将导入新建建筑及既有改造建筑BIM模型，构建数字孪生校园底图。同时新增校园物的管理模型，对地下管网及附属物的传感器进行批量接入及管理，实现部分业务的自动化采集与管理。

4 结语

本项目基于历史及当前物探资料，完成了校区全部专业的地下管线（包含管井、检修口等管道附件）建模，提供全专业地下管线模型；完成了指定空间地下管线、管件及配件的运维数据录入。采用无人机对校区进行三维实景航拍建模，绘制高精度正射影像地图，提供高精度三维实景模型。

系统应用方面，基于BIM及GIS引擎，实现多源模型融合浏览，提供全量数据的检索与分析，实现移动端＋网页端的轻量化系统体验。基于低代码中台技术，在融合BIM＋GIS基础数据的基础上，实现管网分析、运维巡检及空间管理等功能，对外提供完备的数据接口，为外部系统提供了基础数据服务。

校园地下管网运维管理平台，解决了既有地下管网信息缺失、可视化程度低、数据应用效率低下等实际问题，采用积极主动的管理方法，降低运维成本，帮助运维人员在三维可视化数字界面中进行高效的运维管理。