基于BIM的城市地下管網管理研究

王振濤 梅利芳 張玲玲

摘 要：通過分析傳統二維地下管網管理存在的問題，提出利用BIM技術解決地下管線問題的方案，講述了用BIM技術建立城市地下管網管理系統的具體流程，最后對該系統在地下管線管理各個階段的應用進行了探究分析，為地下管網管理提供了新思路。

關鍵詞：地下管網;BIM;管理;系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.094

1 引言

地下管線是指埋設在城市規劃道路下的給水、排水、燃氣、熱力、工業等各種管道、電力、電信電纜以及地下管線綜合管廊等。地下管線作為城市基礎設施的重要組成部分，是城市的生命線[1]。因此建立安全、準確、科學、全面、智能、可視、有效的地下管線系統，是城市規劃、發展和管理的基本需要，是保障當前社會發展和人民安居樂業的重要一步，也是人類對自然環境和人文環境必須承擔的一種責任。目前，地下管線數量和種類增多，地下空間開發力度變大，地下管線空間更為狹窄，城市地下管線問題已成為社會各界關注的熱點和焦點。

BIM技術作為建筑業信息化的產物，其在對龐大、復雜信息的管理及分析方面具有得天獨厚的優勢，在地下管線的日常運維管理中引入BIM，可以實現對地下管線的信息化管理，不但能夠提升生產效率，還能降低建造維護成本。

2 傳統城市地下管網存在的問題

傳統地下管線主要通過二維平面圖紙資料進行設計管理，其管理方式存在很多缺陷，主要存在于以下幾個方面：

2.1 直觀性差

傳統的管線設計是各專業將其設計的平面圖疊加以后，在按照一定的原則確定各種系統管線的相對位置，進而確定管線所在位置，然后再畫出剖面圖，這種設計方法繁雜、不夠直觀、精確度低。

2.2 整體性缺乏

在地下城市管線中，尤其在交叉的地方只靠肉眼去看，很難看清管線是怎么相互交叉擺放的，特別是對于大型的市政道路，管線種類眾多，在道路標高變化較大或周邊地形復雜的地方，管線避讓、滿足敷設要求以及控制埋深等各問題之間常常顧此失彼，維修施工時解決了一處碰撞，又帶來別處的碰撞[2]。

2.3 信息準確率低

地下管線長期埋設在地下，部分專業管線一旦發生安全事故，通過傳統的壓力檢測法，總是不能及時有效的解決問題以及確定事故所影響范圍，會對地下管線造成更大的破壞。

因為傳統的地下管線管理模式存在上述的不足，采用BIM技術進行地下管網管理成為針對大型復雜城市管網管理問題的優選解決方案。

3 BIM在地下管線設計與管理中的應用

3.1 地下管線問題的BIM解決方案

（1）運用BIM技術對地下管線進行三維設計，在設計階段針對地下管網的各類管線進行協同設計和碰撞檢查，利用這兩大功能解決管線排布問題，隨后用戶可以借助模型通過各種方式獲取構件局部斷面和復雜部位的詳細信息，這些是傳統二維設計中無法實現的。

（2）通過三維BIM模型可以對地下管線進行局部調整修改，各個碰撞點調整后所帶來的工程中的其他部位的連鎖反應可以及時清晰地體現出來。在實際工作進行中，借助BIM制定完整可行的問題解決流程，有效地減少施工過程中的返工現象，保證了管線調整的全面性和準確性。

（3）將BIM與物聯網相結合，兩者相輔相成，共同合作實現對地下管線運行狀態的實時檢測管理，通過BIM模型對管網的實際運行情況進行檢測顯示，及時分析預報存在或可能存在的風險，兩者的結合為地下管網的所有組件和設備賦予了感知能力和生命力。一旦發生險情，管理人員可以立即通過BIM模型獲取事故管段的位置以及事故性質等其他關鍵參數，為及時疏散和檢修處理提供信息。

3.2 建立基于BIM地下管網管理系統

通過上述BIM技術應用于城市地下管網管理分析，要保障BIM在地下管線設計與管理中的優勢充分展現，使現代地下管線系統盡快順應時代發展的需求，保證人們生活的正常的進行，我們需要建立起一套專門用于城市地下管網的三維管理系統，以協助管理人員和建設人員更好的規劃管理地下管網。

該系統的構建主要借助四大技術：BIM，GIS（Geographic Information System）、第三方系統技術以及物聯網技術，BIM技術用來集成建筑物全壽命期的信息，GIS主要用來收集與環境相關的外部信息，結合物聯網技術，構建基于BIM的地下管線模型，再通過第三方系統將管線上各傳感器的位置及測量信息實時反饋到三維管線模型中去，管理人員可通過三維模型查看管網的運行狀態，進行日常管理及維護[5]，實現各類管線的協同管理，以協助管理人員更好的管理地下管網，保證地下管線的正常運行。

該系統的工作流程如下：1）輸入信息，基于管線位置環境信息平臺，將建筑物內部信息、外部信息、已有的BIM模型、新建的模型等信息通過數據接口導入BIM信息平臺;2）集成信息，將GIS環境信息同BIM數據結合，借助BIM技術進行碰撞檢測，隨即進行管線綜合調整，對模型深入優化;3）共享信息，BIM平臺存儲各種分析檢測數據，將分析結果反饋給管理人員，以便項目各參與方能夠全，通過BIM軟件模擬地下管線的三維運行狀態面掌握管線運作狀況，及時解決存在的或即將出現的問題[5];4）反饋信息，借助第三方信息系統，對管線的運行情況進行實時反饋，對潛在的安全隱患提前進行預報，更好進行管線維護。

4 基于BIM的地下管線管理系統的應用探討

基于以上構建的BIM地下管網管理系統，結合管線全生命期長以及隱蔽性的特點，針對BIM技術在城市地下空間開發利用的中的應用問題，從以下幾個方面對BIM技術的應用進行研究。

4.1 應用于地下管線的設計階段

BIM技術的應用主要體現在地下管線的施工前，通過模型在圖紙上對各專業的管線的安裝位置進行協調，直接避免碰撞問題。在BIM技術下繪制的每一個構件在空間中都可以三維坐標中表現出來它們的屬性，在設計過程中通過電腦屏幕虛擬出來，達到三維可視化下的設計，如暖通、水電、通信這些管線，這些屬性通過軟件將數據保存為信息模型。在建筑和結構專業設計完成后，也會將包含建筑和結構專業數據的BIM信息導入進行優化，同時水電、暖通、設備等專業的BIM信息也可以導入建筑結構專業，達到了各個專業間數據的共享和互通。

4.2 應用于地下管網的施工階段

施工是一個項目的重點階段，運用BIM技術，建立用于進行虛擬施工和施工過程的控制、成本控制的模擬，實現虛擬施工過程中各階段和各方面的有效集成，根據施工進度進行及時統計分析，實現成本的動態管理，可以快速準確的獲得施工過程中的工程基礎數據，隨時為采購和領料做準備。在完成對管道的碰撞和交叉問題的檢查后，就可以對整個地下管網系統所用的各類管材和用量進行統計，這也是BIM模型的一個重要用途，再加上地下空間開發也具有不可逆性，一旦建成，改造和拆除會很麻煩，因此施工方必須運用BIM技術模擬多個施工方案，進行對比分析，選擇出最佳的施工方案。

4.3 應用于地下管線的運維階段

對于地下管線這類隱蔽工程，在建筑設計階段往往會有一些隱蔽的管線信息是施工單位忽視的，即這些資料信息可能丟失，只有少數人知道，特別是隨著建筑物使用年限的增加，管理人員更換頻繁，這些安全隱患日益顯得突出，有時直接導致悲劇釀成。基于BIM地下管網管理系統可以管理復雜的地下管網，如污水管、排水管、網線、電線以及相關管井，并且可以在圖上直接獲得相對位置關系。在后期的維護過程中，管線運行出現異常，傳感器就可以直接將信息輸入BIM模型，管理人員及時獲取，對安全隱患進行預防和制止。

5 結語

本文對目前的地下管線存在的問題進行總結分析，結合BIM技術，提出基于BIM技術的地下管線問題的解決方案，構建了基于BIM的地下管線管理系統，并對該系統應用于地下管線的各個階段的情況進行了探討，該系統為地下管網的管理開辟了一條新道路，尤其是對于設計復雜、工期緊、質量嚴、測點多、精度高、地質條件復雜、危險性大的工程具有良好的使用價值。通過BIM技術管理地下管網，既能提高深化設計質量，又可以大大簡化管理過程，對提升工程信息化管理水平和實現精益化生產作用重大，對保證工期、施工質量具有顯著的使用價值，對整個行業的發展也具有深遠意義。

參考文獻：

[1]王遠清，王松嶺，吳正人.地理信息系統在熱網管理系統的應用[J].煤氣與熱力，2011.

[2]李拓.BIM技術在市政管線綜合設計中的應用探討[J].市政建設，2015，02（01）：31-34.

[3]張世俊.BIM技術在住宅小區內綜合管線中的應用分析[J].工程技術，2015（08）：365.

[4]張鵬飛.BIM技術在上海穿越共同溝地下通道建設中的應用分析[J].土木建筑工程信息技術，2015（08）：13.

[5]朱栩瑩.吳迪.李丹.BIM技術在城市地下管線設計與管理中的應用[J].山西建筑，2016（08）：231.