基于BIM＋GIS＋低代碼的校園地下管網運維管理平臺建設與應用

李新軍 李 蔚

華東理工大學基建處 上海 200237

高校地下管網作為高校基礎設施的經脈，承載各種能源流、信息流，是基礎設施賴以生存的“生命線”，對校園的日常運行起著關鍵性作用[1]。隨著高校規模的不斷擴大，后期翻新改造持續推進，圖紙更新不及時往往會導致地下管網信息缺失嚴重，現狀管道布局與原設計圖紙不符的情況。同時地下管網信息數據不完整及二維信息圖紙的局限性也是導致地下管網運維管理缺乏主動性的原因之一。當前依賴經驗的管理手段已無法滿足高校地下管網全生命管理的需求[2]。

BIM技術作為建筑信息化建設的重要技術，能夠支撐建筑全生命周期的各個階段，以其詳盡的信息數據作為模型基礎，可以實現全程信息化、智能化，能夠保證地下管網信息智慧化管理的可持續性[3]。GIS是融合計算機圖形和數據庫于一體，保存和處理空間對象的一項技術。運用GIS可以實現管線二維平面視圖到三維立體視圖的轉變，可清楚地顯示管線的空間位置關系以及管線交叉位置的層次關系[4]。通過BIM和GIS的結合，可以有效地進行地下管線的三維建模，從而把地下模型微觀數據與其周圍宏觀地理環境融合[5]。將該集成技術應用到高校地下管網信息建設中，不僅提高對校園基礎設施、能源設施的管理水平，還將推動智慧校園的信息化建設進程。

本文以華東理工大學徐匯校區地下管網信息建設為例，構建滿足校園地下管網設計、施工及運維管理需求的BIM信息模型技術標準。在系統功能層面，開發具有廣泛兼容性、便捷性、可持續性的地下管網運維管理平臺，既可滿足當前地下管網數據歸檔、管理的需求，也可以滿足后續持續的運維管理需求。

1 基于BIM技術的地下管網模型

1.1源數據

在建模之前先對地下管網數據資料進行梳理，整合歷年圖紙后發現，校區完整施工圖紙已經太過久遠，過程維修信息零散、缺失。

為了保證建模數據的完整性和準確性，2017年啟動全校區地下管網的物探普查工作，并結合2019年起校區基礎設施改造工程，對主要開挖路段的管線進行跟蹤測量。綜合普查數據、跟蹤測量數據及2次復測數據，基本完成覆蓋整個校區地下管網及附屬物的源數據統計。

1.2建模標準

基于CJJ 61—2017《城市地下管線探測技術規程》以及上海首部巖土工程方向BIM信息規范DGTJ 08-2278—2018《巖土工程信息模型技術標準》，針對華東理工大學校園在設計、施工和運維階段的不同需求制定了《華理校園地下管線BIM建模數據規則》，從建模數據規則及技術標準、模型整合、模型數據交換以及模型應用等方面，對地下管網及周邊附屬物進行了定義和規定。規則針對當前地下管網分為9大類，主要涵蓋供電（GD）、路燈（LD）、電信電纜（DX）、信息（XX）、監控（JK）、上水（SS）、雨水（YS）、污水（WS）、天然氣（TR）等專業。

項目組對不同類型管網的屬性信息均做了相應的規定，主要從點號、坐標、高程、管頂埋深、管徑、孔數/纜數、管點類型、排列方式、材質、井室大小、流向、埋設方式、埋設年代以及道路代碼等字段劃分。

1.3模型成果

根據物探數據，建立華東理工大學徐匯校區的地下管網三維實體模型（圖1），統計完成的9大類地下管網的長度及相應附屬物如表1所示。

表1 各類管線及附屬物統計數據

圖1 地下管網BIM模型

2 基于BIM＋GIS＋低代碼的地下管網運維管理平臺

2.1平臺介紹

基于BIM＋GIS＋低代碼的校園地下管網運維管理平臺作為底層的業務支撐平臺，在加載上述BIM地下管網及附屬物信息模型后，面向基建、后勤、信息、保衛等部門提供多元化服務。

該平臺以低代碼技術作為底座[6]，將BIM引擎以及GIS引擎作為表單組件，最終實現業務內快速調用BIM模型數據，模型內快速查看業務內容。此方法相比于傳統的信息化開發，具有實施周期短、開發成本低、迭代速度快、拓展能力強的特點[7]。

校園地下管網運維管理平臺需要將BIM模型以及GIS模型進行融合展示，因此將BIM模型全量信息無縫轉化到GIS引擎上是實現平臺數據完整的關鍵一步。本項目技術路徑如下：采用Revit進行BIM建模，通過定制地下管網批處理插件，將物探DWG圖紙進行自動化批處理，生成地下管網BIM粗模。粗模進行調整后，分批次導入GIS引擎中，與無人機三維實景的3D tiles模型進行融合展示。如圖2、圖3所示。平臺可實現多端支持，在無需安裝插件的情況下，可以直接在網頁和手機上打開模型和圖紙。

圖2 BIM與三維實景模型融合展示

2.2功能詳情

2.2.1 BIM&GIS模型管理模塊

本模塊可實現BIM及GIS模型的瀏覽與分析、提供測量長度、面積功能，提供定制化分析統計功能。基于BIM的綜合應用，實現模型檢索、空間查看、屬性查詢等功能。基于GIS綜合應用，實現圖上算量、坐標定位、地區導航、標記對比、分屏對比、圖上標繪、飛行漫游展示、地圖打印、實時分享等功能。

1）大體量瓦片模型瀏覽[8]。可實現混合瀏覽，對不同來源模型的混合加載與查看，支持BIM＋GIS的同步查看與比對。

2）地圖及基礎底圖瀏覽。可實現公開地圖數據庫加載，已經導入天地圖、百度地圖、高德地圖等。基于無人機航拍生成精細正射影像及地形數據，為校區提供超高清地圖基礎數據服務。正射影像地圖精度達到每個像素1.8 cm。

3）模型數據版本管理。可實現模型版本管理，實現不同時間狀態下模型的歷史數據對比。同時自定義項目、自定義項目管理權限，保障數據安全。

4）量測功能。可實現直線距離、垂直距離等長度測量，支持體積測量與計算。

5）圖上標繪與三維特效功能。可實現基于視角及建筑物體的標注，可用于道路、建筑及附屬物設備設施的標注及說明。標注形式不限于文字、立體模型、圖片等，可以提供多樣化靈活標注方式。

6）統計、分析及可視化模塊。可實現構件全量參數檢索與統計。用戶可以用任意字段模糊檢索模型構件，也可在GIS地圖上，通過框選形式選中組件進行統計與分析。

2.2.2 運維管理模塊

當前的地下管網系統運維管理過程中，參與部門眾多，仍然以人為管理中心。除了實現基礎數據的查詢、檢索和統計之外，實際運用過程中涉及大量的管理業務。這些管理業務大多數依靠人工、Excel文檔以及紙質媒介進行管理，很多業務工作量巨大，重復性高，亟待通過系統進行規范化管理，并提高人員效率。

1）運維巡檢管理。平臺和物業管理相結合，建立設備設施全生命周期跟蹤管控配套系統，系統功能包括：設備二維碼掃碼查詢、設備巡檢打卡、維護排班與通知、巡檢記錄匯總分析等。平臺基于BIM模型和低代碼搭建的管理表單，可以幫助運維人員清晰地查看地下管網及附屬物設備設施基礎信息，方便快捷地填報相關信息，提高人員協作效率。基于平臺的二維碼模塊，目前已經實現所有窨井蓋的統一編碼與統一鋼印，現場運維人員通過手機掃碼，即可快速調取設備信息，進行相關的查詢及巡檢維護工作。

2）管網連通性分析。管網連通性分析是地下管網運維管理中亟需解決的難點。由于地下管網涉及類型繁多，附屬信息復雜，通過人工去判斷管道流向的效率低、工作量大、準確性差。地下管網運維管理平臺支持管網流向拓撲，點擊任意管段，即可自動分析管道流向，協助用戶摸排管網連通情況，簡化現場工作量。

3）空間管理。地下管網BIM模型與校園三維實景模型共同構建了立體數字化校園，地下管網系統運維平臺提供地理空間的測量、標注、三維空間繪制等功能，協助用戶從三維角度對施工環境以及其他空間利用情況進行管理，進而提升空間管理水平。

2.3開放數據接口

校園地下管網運維管理平臺提供完備的BIM模型以及GIS模型數據接口，通過獲取數據權限，外部系統可以實時調用最新的校園底圖數據，實時查閱相關建筑及地下管網信息。

3 展望

采用BIM＋GIS技術，對地下管網及附屬物、全校區建筑進行綜合可視化管理，同時提供開放平臺接口，為其他系統提供數據支撐。后續平臺可以在如下方面進行持續拓展：

1）深化運維平臺應用。目前管理平臺的功能模塊局限于運維工單管理、巡檢管理以及常規的設備設施管理，應用場景較單一。基于低代碼技術，在采集需求后，可以幫助一線人員快速搭建業務管理系統，可以將管理邊界拓展至進銷存、工作協同、項目管理等范圍，形成一體化管理系統。

2）拓寬BIM模型應用范圍，接入IoT物聯網數據，構建智慧校園。當前系統僅對地下管網BIM模型進行綜合管理與應用，作為基礎技術，已經具備所有BIM模型綜合管理能力，后續將導入新建建筑及既有改造建筑BIM模型，構建數字孿生校園底圖。同時新增校園物的管理模型，對地下管網及附屬物的傳感器進行批量接入及管理，實現部分業務的自動化采集與管理。

4 結語

本項目基于歷史及當前物探資料，完成了校區全部專業的地下管線（包含管井、檢修口等管道附件）建模，提供全專業地下管線模型；完成了指定空間地下管線、管件及配件的運維數據錄入。采用無人機對校區進行三維實景航拍建模，繪制高精度正射影像地圖，提供高精度三維實景模型。

系統應用方面，基于BIM及GIS引擎，實現多源模型融合瀏覽，提供全量數據的檢索與分析，實現移動端＋網頁端的輕量化系統體驗。基于低代碼中臺技術，在融合BIM＋GIS基礎數據的基礎上，實現管網分析、運維巡檢及空間管理等功能，對外提供完備的數據接口，為外部系統提供了基礎數據服務。

校園地下管網運維管理平臺，解決了既有地下管網信息缺失、可視化程度低、數據應用效率低下等實際問題，采用積極主動的管理方法，降低運維成本，幫助運維人員在三維可視化數字界面中進行高效的運維管理。