BIM在綜合管廊運維階段的應用研究

閆曉韌

（中鐵房地產集團設計咨詢有限公司 BIM中心，北京 102300）

1 引言

城市地下管線綜合管廊是城市建設現代化、科技化、集約化的標志之一，也是城市地下空間充分利用的象征。綜合管廊內各種管線集中敷設，布局合理，統一管理，合理、充分、經濟地利用了地下空間，將各類市政管線集中綜合布置，形成新型城市地下網絡管理系統，使各種資源得到有效整合與利用，節約了城市用地。但地下綜合管廊建設一次性投資大、運營協調復雜，運行計費困難，為使綜合管廊具備可持續經營能力，必須對其運維管理模式進行優化。BIM（Building Information Model）作為一種以數據信息為中心，將項目中的全部信息整合的技術模式，為綜合管廊運維階段管理提供了技術支持。

運維管理的主要任務是實現各類資源的利用效率最大化。BIM應用于運維管理，可以實現顯著效益。文章將BIM應用于綜合管廊，作為運維管理的數據整合展示處理平臺，采集基于BIM的數據，構建基于BIM的綜合管廊運維管理系統，實現信息的高效利用和項目的精細化管理，解決傳統運營管理中存在的管理不當、信息缺失及效率低下等問題，降低運營階段的成本。

2 綜合管廊運維管理系統基礎框架

2.1 管廊運維系統設計

2.1.1 指導思想

該系統設計開發以數據庫技術、網絡技術和BIM信息系統技術為支撐，以綜合管廊空間數據和屬性數據為基礎，通過對空間數據和各類數據的采集、存儲、管理和更新，建立集數據采集、管理、控制、分析和顯示為一體的智慧管廊運維管理平臺。既要具備管廊運維數據接收、數據整理和整編能力，又要提供面向地下空間規劃、環境保護等決策的信息服務；既要具備科學的分類管理、快速檢索和聯機查詢的功能，又要具備數據綜合分析能力。

2.1.2 設計原則

以現實需要為基本出發點，確保達到綜合管廊管理的目標，系統設計遵循可靠性、可擴展性、兼容、開放、易維護、安全性、易用性。

2.2 管廊運維系統需求分析

2.2.1 數據需求分析

綜合管廊智慧運維管理信息系統對于數據需求種類較多，可以根據數據的應用不同劃分為基礎運維數據、管廊工程數據、管線數據、專題模擬數據等。涉及數據量龐大、種類繁雜。從數據更新的頻率而言，可劃分為：實時數據和歷史數據兩大類型。實時數據是指在日常運維業務中不斷積累或變化的數據，其更新變化頻率一般為數天或更短不等，包括設備的狀態、巡檢數據、環境監測數據等；歷史數據是不需要進行更新、或更新頻率很小的數據，包括管廊廊體數據、管線數據、空間利用數據等。

根據上述要求與數據流程，搭建綜合管廊智慧運維管理的信息框架，可集成數據的存儲、提取與管理，實現地下管線的表達、分析與可視化，并提供一定程度的空間分析、數據挖掘技術，為智慧管廊體系架構的搭建墊定軟件平臺基礎。

2.2.2 系統功能需求

綜合管廊智慧運維管理系統在數據管理、三維顯示及應用等方面存在需求，主要功能需求包括以下幾個方面：

（1）管廊管控需求 。實現照明、通風、安保消防、通訊、監控、巡檢、排水等管廊內部智能控制系統的管理與控制，包括設備狀態實時顯示、設備控制，設備回饋數據的存儲、檢索、分析、統計等。

（2）地下管線一體化管理需求。從二維和三維視角實現對城市地下管線信息的管理。二維側重于管線的空間展布、屬性信息查詢、連通性分析、管線巡檢管理等；三維管理層面側重于展現管線在三維空間的分布情況以及結構特征，支持導入第三方BIM模型文件，實現與管線系統的一體化管理。

（3）三維BIM數據管理需求。數據管理方面：實現BIM數據的導入、導出與保存功能，以及管廊BIM數據的三維渲染、信息附加、工程信息查詢、場景漫游、空間量測、參數化建模等。

2.3 管廊運維系統結構設計

2.3.1 功能設計

BIM應用功能側重展現微觀層面上人工建筑內部的結構與屬性特征，兼具輔助管理與場景分析功能，通過引入BIM的管理工具為運維管理搭建仿真、直觀的運維管理平臺。

BIM應用功能對基礎BIM模型數據、施工交付數據、歷史數據實現集約管理，旨在為管廊的運營維護提供可視、直觀、精細的數據集成與輔助管理平臺。根據運維業務需求，BIM在綜合管廊運維過程中主要發揮了可視化運維、空間管理兩個方面的作用，其具體的功能點規劃與設計如圖1所示。

圖1 BIM管廊運維系統功能規劃與設計圖

2.3.2 系統架構設計

系統架構分為數據層、服務層、業務層以及用戶展現層四個部分，如圖2所示。

圖2 系統整體架構示意圖

3 綜合管廊運維管理系統設計

3.1 系統概述

綜合管廊BIM運維管理系統是一個綜合利用數據庫、BIM技術對城市地下綜合管廊管理運維過程及所涉及的各項管理業務進行管線監管、業務信息獲取、數據管理、數據共享分析、綜合展現的綜合性平臺系統。

3.2 數據庫設計

3.2.1 數據類型

綜合管廊運營過程中有多種數據源、數據類型和數據量：

（1）管廊廊體數據：管廊三維結構實體數據及其附屬設備資產。

（2）入廊管線數據：按照入廊管線類別，分專題建立供水、供電、熱力、燃氣、排水、通信等方面的數據信息。

（3）管廊運維業務數據：數據反映管廊運營維護階段重點關注信息，包含入廊管線運行維護信息，如管線事故隱患、歷史數據等。

（4）人員組織數據：指管廊運營維護中的機構設置、人員配備、權限設定等相關數據。

3.2.2 數據存儲

綜合管廊運維工程涉及多個專業，應用數據往往來自于不同的平臺體系，如 BIM的數據，以及與硬件相關的數據，均遵循不同的模型數據標準，給數據存儲與管理帶來了一定的困難和障礙，容易導致信息共享與交換不暢。

因此，文章從以下兩個方面對數據存儲問題進行了研究：

（1）采用統一的數據標準，建立數據存儲方案，實現物理或邏輯上的數據集成，為多個項目的數據存儲能力的應用打下堅實的基礎；

（2）基于上述數據存儲模式，建立數據的集成與管理模型，實現數據共享與轉換的高效性和準確性。BIM存儲方案：BIM存儲平臺不僅有文檔管理的功能，還能提供一些 BIM 應用功能，搭建兼容IFC標準的BIM協同平臺。由于IFC的開放性，可采用數據庫技術對數據進行存儲。應用數據庫存儲為數據管理與應用提供良好的基礎，基于對象進行存儲，同時支持多項目大量數據的存儲，可實現數據的集成管理，更易于定制與外部程序兼容的應用接口。

3.2.3 數據庫構建

建立基于BIM的管廊數據模型，綜合管廊 BIM數據管理的主體是竣工交互的 BIM 模型數據（廊體）和管廊內部運行的管線數據。廊體指竣工交互的管廊三維 BIM 模型和附屬物模型數據。管線數據指管廊中部署的各類型專業管線數據。

管廊BIM廊體模型包含養護記錄、維修記錄、附屬物列表、管廊類型、管廊建設材料信息。

（1）附屬物中包含各個 BIM 子結構，且涵蓋了相應的業務數據信息。

（2）養護記錄指與管廊廊體或者附屬物養護相關的信息。

（3）維修記錄指設備和管廊的維修信息備案，與模型想掛接。

（4）管廊類型指管廊的設計和施工樣式、規格相關，描述管廊的固有信息。

（5）管廊建設材料指管廊建設用到的材料，有利于后期運維參考。

專業管線包括各類管線的材質，長度，直徑等信息。

3.3 管廊建模

3.3.1 基本信息管理

將設計、施工階段的全部信息集成到管廊項目BIM模型當中，實現管廊及其附屬物的三維信息可視化，后期利用基于竣工圖紙或施工階段交付的 BIM模型對管廊進行運營維護。竣工交付的BIM模型，包含管廊任意構件的幾何參數，結構信息，管線的生產廠家、幾何參數、管理負責人以及保修聯系電話等。實現 BIM 模型按照名稱、時間、類型、狀態、施工等信息查詢檢索。包括模型拆分構件、構件名稱、責任人、構件時間信息、相關維護信息等。 在運維階段，工作人員在維護維修完成后，將相關維修信息同步到BIM模型當中，作為后期運維的管理數據，并且在BIM模型中給每一個管線設置下一次檢修的時間計劃，臨近檢修時間時，系統將通知相應的管理人員對管廊內的相應設備管線進行更新維護，保障后期運營的順利實施。

3.3.2 管廊三維模型可視化

通過管廊的幾何參數及相關數據建立BIM模型，對同構件之間形成互動性和反饋性的可視，展示效果圖及生成報表，在可視化的狀態下，使項目設計、建造、運營過程順利進行。對管線的排布有更直觀的認識，更好地對管廊進行運維。

3.4 空間管理

通過BIM三維模型，以較為直觀的方式在計算機環境下再現地下管廊的內部結構特征、查看管廊內部的管線分布、硬件設備部署安裝細節等。更加合理地分配、規劃建筑空間，避免各功能分區間的空間重疊或浪費。根據實際需要，結合成本分攤比率、配套設施等參考信息實現空間使用率的最大化。最大程度提升空間利用率，分攤運營成本，增加運營收益。從以下幾個方面實現空間管理：

3.4.1 空間利用率統計

通過BIM模型合理安排管線位置，進一步利用有效空間，根據已入廊管線統計所占空間一次性收取管廊租用費，結合管線敷設方式，管線的情況和數量、維修難度、更換頻率等收取日常維護管理費。通過對空置空間進行統計和分析針對性地調整閑置空間使用策略。

3.4.2 空間規劃

管廊空間規劃是城市綜合管廊中必不可缺少的部分，其可基于管線空間數據及其之間的拓撲關系數據等，提供管線綜合分析的能力，通過BIM三維模型能夠定義剖切平面，以直觀的方式在計算機環境下再現地下管廊的內部結構特征、查看管廊內部的管線分布、硬件設備部署安裝細節等。為管廊規劃、管廊改造等提供輔助決策功能，實現管線管理的科學化和自動化。

3.4.3 碰撞檢查

在BIM模型中進行各專業管線的排布，可以實時查看正在布置的管線與其他管線之間的間距是否滿足預先設計的要求，在排布完成之后進行碰撞檢查，發現管線排布的軟碰撞和硬碰撞，硬碰撞主要是為了發現管線與管廊自身，或者管線與管線之間的碰撞；軟碰撞主要是為了檢查管線的間距等，在進行管線設計過程中，通過三維漫游模擬，驗證預留檢修空間以及人行道是否滿足運營階段的要求。

4 結語

通過BIM 技術在運維階段應用的探索，開發出基于BIM 的綜合管廊運維管理系統，實現了BIM 技術在運維階段的應用，為運維人員提供了高效的運維手段，能提高施工效率，保證工程質量。有效促進市政綜合管廊的發展與應用。