基于BIM管網(wǎng)工程全生命周期管理研究

潘二虎

(中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

BIM(建筑信息模型)是利用幾何學(xué)、建筑學(xué)、工程學(xué)及信息管理等學(xué)科來存儲和管理整個項目周期中建筑物信息的平臺，其具有可視化、協(xié)同性、模擬性、可優(yōu)化性以及可剖切出圖等特征。2015年，住建部發(fā)布了關(guān)于推進建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見，旨在推動BIM技術(shù)在工程建設(shè)全過程的集成應(yīng)用，開展建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要和建筑機器人發(fā)展研究工作，提升建筑行業(yè)信息化水平[1]；2020年，湖南省住建廳發(fā)布了國內(nèi)第一個關(guān)于BIM全生命期交付的標(biāo)準(zhǔn)——《湖南省建筑工程信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》，既規(guī)定了信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)，又可為BIM收費提供參照[2]；同年，廣東省住建廳也制定了BIM技術(shù)提升目標(biāo)：規(guī)定省內(nèi)建筑面積超過20 000 m2的建筑工程項目優(yōu)先采用BIM技術(shù)進行設(shè)計[3]。各級政府有關(guān)部門在政策上對BIM技術(shù)的推廣極其重視，但城市地下管網(wǎng)管理涉及較多職能部門，且存在多頭管理與權(quán)責(zé)不清等問題，改建城市地下管網(wǎng)工程時，往往面臨管網(wǎng)探測難及重復(fù)開挖等問題[4]。廣東省某市政道路兩邊擬各新建一條DN1 000排水管道，目前已探明地下綜合管線有：通信光纖15根，高壓電纜2根，DN400中壓燃氣管道1根，鑄鐵給水管5根，大型引水管1根，雨污合流管2根以及1條在建地鐵隧道。本文以廣東省某排水管道工程為對象，分別研究了應(yīng)用BIM技術(shù)在方案設(shè)計階段、施工及管理運營階段的可行性，可供類似管網(wǎng)項目參考。

1 城市管網(wǎng)工程BIM全生命周期管理方案

參建各方及各專業(yè)在項目初期依托BIM協(xié)同功能，實現(xiàn)資源數(shù)據(jù)共享，建立數(shù)字化協(xié)同交流機制，利用數(shù)字信息仿真模擬建筑物全生命周期各階段的存在形式，分別在項目的設(shè)計、施工及運營階段指導(dǎo)決策，提升項目的整體水平[5]。其中，在方案設(shè)計階段，三維可視化、信息化和多專業(yè)協(xié)同的設(shè)計形式，可減少不同管線碰撞沖突問題，及時實現(xiàn)方案的調(diào)整與優(yōu)化；在施工階段，利用BIM5D施工模擬平臺進行進度管控、合同管理及成本控制，施工模擬過程中還可對方案進一步優(yōu)化，減少返工[6]；在運維階段，開發(fā)出便于展示輕量化BIM模型的在線預(yù)覽平臺，實現(xiàn)管網(wǎng)模型三維展示、管網(wǎng)流速水質(zhì)監(jiān)測、系統(tǒng)設(shè)備定檢巡檢等目的[7]。城市管網(wǎng)工程BIM全生命周期管理流程見圖1。

2 城市管網(wǎng)工程設(shè)計階段BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 基于Revit的排水系統(tǒng)建模技術(shù)

2.1.1 管道及井室建模

預(yù)制混凝土檢查井，可建立Revit參數(shù)化“族”，族的意思為包含尺寸、類型、形狀等參數(shù)的圖元，類似于CAD中的參數(shù)塊，一個完整的Revit項目就是由多個這種參數(shù)塊組成。具體操作步驟為：選取參照平面，利用拉伸(實心)功能制作井室外壁及下底板和下底面，再在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建空心拉伸體，作為上下游連通口。在地下排水管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建中，還包含基坑支護、管道基礎(chǔ)、鋼筋混凝土管、基坑回填體等部件，可對重要構(gòu)筑物以新建“族”的形式進行繪制三維模型。繪制好的多種族構(gòu)建，組成族庫，并分別賦予參數(shù)屬性信息，實現(xiàn)模型參數(shù)化，甚至信息化[8]，如井室及Ⅱ級鋼筋混凝土管道等部件可以添加內(nèi)徑、外徑、長度等參數(shù)(見圖2)，后期調(diào)用時通過參數(shù)控制模型尺寸，也可供管理運營階段數(shù)據(jù)庫維護使用；然后新建項目，將所需要的參數(shù)族部件載入項目文件中，調(diào)整族位置及坡度，整個管段模型就已按實際要求完成繪制(見圖3)。后期可通過剖切所需要的斷面進行導(dǎo)出二維剖面圖，三維模型尺寸調(diào)整后，相應(yīng)二維剖面圖也會聯(lián)動更新標(biāo)注，避免了常規(guī)繪圖方式反復(fù)改圖的麻煩[9]。

在地表處理方面，可在相同坐標(biāo)系的新項目中，導(dǎo)入測量點坐標(biāo)文件生成地形，之后將地形文件與管段文件通過“鏈接Revit”的方法鏈接為一個項目。龐大且復(fù)雜地形場景，可利用Civil 3D軟件，利用點文件、文字高程文件、屬性塊文件等生成帶有三維信息的地形文件[10]。

2.1.2 水位及水質(zhì)檢測儀器建模

對于水位水質(zhì)等監(jiān)測檢測儀器，也可通過電氣族元件并賦予元件不同屬性值的方式實現(xiàn)(見圖4)，元件族(族庫)建立后，按坐標(biāo)定位到完整管道項目中。每個監(jiān)測儀(元件)對應(yīng)唯一一個圖元ID(見圖5)，方便后期運營階段通過搜索元件ID來達到調(diào)取儀器數(shù)據(jù)的目的，也可為將來數(shù)據(jù)庫的建立與運用奠定基礎(chǔ)[11]。

此外Revit還提供了Dynamo可視化編程插件，該插件簡單易懂，非編程專業(yè)人員拖拽節(jié)點命令即可達到編程效果。通過可視化編程，可使監(jiān)測儀器與管道主體模型之間形成數(shù)據(jù)聯(lián)動[12]。

2.2 協(xié)同設(shè)計與深化設(shè)計應(yīng)用技術(shù)

協(xié)同建模過程中，項目重要設(shè)計人員可通過統(tǒng)一的云BIM協(xié)同平臺實現(xiàn)參數(shù)和信息關(guān)聯(lián)，避免重復(fù)專業(yè)間更新滯后，減少信息傳輸錯誤；項目一般參與人員通過輕量化協(xié)同平臺進行數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)共享和并行設(shè)計，無須安裝大型三維建模軟件即可查看模型信息，大大節(jié)約了溝通交流時間。

深化設(shè)計階段，設(shè)計成果校核時應(yīng)用Navisworks軟件，將各個專業(yè)的模型成果鏈接為一個整體，進行碰撞檢測，以解決不同專業(yè)、不同構(gòu)件間的碰撞問題并進行方案優(yōu)化，提高了設(shè)計有效率[13]。

3 城市管網(wǎng)工程施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用

工程施工前基于BIM 5D平臺(施工BIM模型+進度+預(yù)算)，可實現(xiàn)施工模擬、進度控制及預(yù)算控制等。將施工BIM模型進行輕量化處理后導(dǎo)入BIM 5D平臺，各參與方可通過電腦端或者手機移動端的形式及時查閱關(guān)鍵節(jié)點操作流程、部件位置及工程造價等信息[14]，加強項目管理人員對工程建設(shè)過程的動態(tài)管控。

在施工實施階段，針對工程關(guān)鍵節(jié)點、隱蔽處或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜位置等，平臺提供施工模擬步驟動畫，進行施工前技術(shù)交底，使作業(yè)班組人員更清晰直觀地了解整個施工流程及重點難點，達到指導(dǎo)施工的目的，正確的交底也可保證施工步驟合理規(guī)范，盡可能減少返工情況和降低質(zhì)檢不合格率。

4 城市管網(wǎng)工程運營階段BIM技術(shù)應(yīng)用

運維模型是在工程竣工的基礎(chǔ)上，對施工階段的BIM模型的進一步完善深化，精度更高，集成了模型展示、監(jiān)測檢測和用戶管理等模塊，為管網(wǎng)運營管理單位提供服務(wù)[15]。圖6為BIM的運營管理平臺操作界面。

1)模型展示。在運營模塊里，對管網(wǎng)三維模型進行輕量化展示，保證管理人員在平臺上可查看管線走向、管徑及高程件信息。

2)監(jiān)測檢測。基于監(jiān)測檢測傳感器收集到的水位、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，結(jié)合BIM運營模型及時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析，使運營管理單位及時作出調(diào)度與決策。

3)用戶管理。用戶管理模塊提供項目參建人員的賬戶注冊、登錄及密碼修改等服務(wù)。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)可全方位參與設(shè)計、施工、運營等工程每一個環(huán)節(jié)，且搭建全生命周期管理平臺可操作性較強，類似工程參建者可參考運用。在地下管網(wǎng)建設(shè)管理過程中，運營階段應(yīng)用BIM技術(shù)功能最多，時間最長，作用最大。管網(wǎng)養(yǎng)護、后續(xù)其他工程的管網(wǎng)勘探工作都將基于運營模型展開，所以運營管理平臺的模型需要著重優(yōu)化。

基于BIM技術(shù)的地下管網(wǎng)全生命周期管理研究有一定作用，但仍有許多值得提升改善之處，倘若能融合“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計算及大數(shù)據(jù)等技術(shù)參與管網(wǎng)全生命周期管理平臺，將使平臺更安全、更高效。