市政工程復雜地下管線BIM技術的應用

李蒙，蘇穎 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

隨著我國市政工程建設的高速發(fā)展,施工過程中對于地下管線的施工前復核尤為重要。在傳統(tǒng)方法對地下管線施工前的復核主要采用二維空間的復核手段，一般通過傳統(tǒng)的施工圖紙進行查看統(tǒng)計，經(jīng)多專業(yè)人員對圖紙的統(tǒng)計得出管線的斷面圖、平面圖以及交叉節(jié)點圖等，然后對各專業(yè)管道進行碰撞分析，很難對管線的所有交叉節(jié)點以及管網(wǎng)整體實現(xiàn)全局性的分析，亟需一種可以對于管線進行全方面精確分析的方法。根據(jù)文忠路（郎溪路-少荃街）道路及管廊工程01 標項目施工實踐，主要對市政工程復雜地下管線BIM 技術的應用進行了詳細介紹，工程施工后滿足了施工要求，在類似工程中具有借鑒意義。

1 工程概況

文忠路（郎溪路-少荃街）建設工程位于合肥市新站高新區(qū)境內，文忠路（郎溪路-滬陜高速）道路工程，為城市高架快速路，南起郎溪路與包公大道交口，向北跨越淮南鐵路線，與淮海大道、魏武路、梅沖湖路、濛河路等相交，終點至北環(huán)高速，全長約12.24km。 其中少荃湖以北受基本農田等用地限制，整個項目以在建少荃湖隧道為界，分南北兩期實施。本次施工內容為文忠路一期工程（郎溪路～少荃街）段，樁號范圍為K0+397～K7+050，起于郎溪路包公大道交口，終點至少荃街，道路設計范圍全長6.6 5km。

本項目為現(xiàn)狀道路改造項目，沿線現(xiàn)狀管線布設基本完善，全線已建有雨水、污水、供水、燃氣、弱電、供電等管道。另新建雨水、污水、供水、燃氣、弱電、供電等管道。由于本項目為老路改造項目，且地下管線情況復雜，涉及管線單位較多，現(xiàn)場施工過程中應著重分析各個管道之間的位置關系，避免管線因碰撞而無法埋設的現(xiàn)象發(fā)生。

2 BIM技術特點

精確性高，由于導入的管線數(shù)據(jù)都是根據(jù)大地坐標、尺寸生成的，所以管線間的相對位置以及管線與管井間的相對位置都是絕對準確的。

效率高，通過dynamo 編寫節(jié)點數(shù)據(jù)整理后可實現(xiàn)一鍵生成模型。

全局性強，通過建立各專業(yè)管道、結構的模型可便捷地分析各種管道之間以及管道與結構之間的位置關系。

適用性強，適用于各種地下管線復雜的工程項目。

低風險，項目部可以提高安全性操作。所有建模信息須在整個有效期內可被查看。

3 管線建模

3.1 建模原理

本項目由于管線繁多模型數(shù)量龐大，決定采用Dynamo 與Rvit聯(lián)合建模，Dynamo 中形成Revit 模型主要分為兩種模式：一種是在Revit 中做好族，在Dynamo 中通過編程設計規(guī)律放置該族；另一種則是通過Dynamo 直接創(chuàng)建實體形狀，再利用“Direct Shape. By Geometry”或者是“Import instance .By Geometry”轉換成Revit 模型。本文采用第一種dynamo 建模方法。Dynamo 作為Revit 插件運行時Revit 與dynamo 共享坐標原點，首先創(chuàng)建可以參數(shù)驅動的Revit 族。通過Dynamo 讀取到Revit 文件后會將revit 族加載到自身的操作空間內，并根據(jù)已建立好的程序節(jié)點通過表格數(shù)據(jù)驅動加載的族生成三維幾何模型，并將成果同步映射到Revit軟件環(huán)境中，完成參數(shù)化建模流程如圖1。

圖1 管道模型

3.2 數(shù)據(jù)整理

首先根據(jù)施工圖紙、CAD 圖等資料通過查閱各種管道的平面布置圖、橫斷面圖以及局部節(jié)點的交叉布置圖統(tǒng)計整理既有數(shù)據(jù)，將管道坐標、直徑、高程等信息分別統(tǒng)計，所整理的數(shù)據(jù)應將管道相連接的數(shù)據(jù)整理為一個文件，將支管另行整理統(tǒng)計。其次對于市政工程原有管道進行采用物探的方法，將老路進行精細的物探，尤其對一些路線交叉的地方應進行更加細致的調查。其后將物探得到的數(shù)據(jù)進行整理并分類統(tǒng)計各種管道，數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程中由于各種管道較為復雜應進行多人多次統(tǒng)計以確保統(tǒng)計數(shù)據(jù)的精確性為后期建模精度做鋪墊。由于導入的管線都是根據(jù)大地坐標、尺寸生成的，所以管線間的相對位置以及管線與管井間的相對位置都是正確的。

3.3 Dynamo生成模型

將設計院下發(fā)的CAD 圖整理將其他圖層刪除或隱藏只保留雨水、污水、電力、供水、信息等管道的模型并將上述各種管道的CAD 進行分類，每一種管道均應對應相對的CAD 圖，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計完成后首先應把想要創(chuàng)建的管道CAD 導入revit 中作為底圖。然后開始編寫dynamo 節(jié)點，根據(jù)邏輯關系在dynamo 中依次編寫調取表格數(shù)據(jù)、將表格數(shù)據(jù)分類、調取revit 可驅動族文件、通過所得數(shù)據(jù)驅動調取的revit 族文件、創(chuàng)建添加模型信息的節(jié)點如給創(chuàng)建的族文件添加顏色、族名稱等便于區(qū)分管道以及為后期碰撞部位的快速尋找做準備。管道自動生成節(jié)點如圖2，節(jié)點一次編制可反復利用。其中管道族由兩點自適應模型創(chuàng)建，由管道兩側高程數(shù)據(jù)控制管道的坡度，管井使用常規(guī)模型根據(jù)表格數(shù)據(jù)驅動管井的直徑、高程、井深即可。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計完善的基礎上不同管道設定不同的顏色進行管道建模的區(qū)分，實現(xiàn)一鍵生成。另外通過CAD 底圖復核生成的管道模型的位置，確保管道模型的精確性。

圖2 Dynamo節(jié)點

3.4 各專業(yè)管道合并

在上述dynamo 聯(lián)合revit創(chuàng)建管道模型的方法中根據(jù)已整理統(tǒng)計的各專業(yè)管道相關數(shù)據(jù)分別導入Dynamo 中生成雨水、污水、電力、給水、燃氣、信息等現(xiàn)狀以及新建管道模型，模型創(chuàng)建完成后應仔細檢查創(chuàng)建的模型與CAD 底圖的位置關系，如若發(fā)現(xiàn)位置不對應，應全面分析發(fā)生此種問題的原因，如信息統(tǒng)計錯誤、地勘錯誤、CAD 圖紙發(fā)生錯誤等。分析原因后應仔細研究解決方案確保模型建模的精度。在保證各專業(yè)管道建模精度達到要求的基礎上將不同的管道建立不同的項目文件保存?zhèn)溆谩Ｗ詈罂蓪⒏鲗I(yè)模型在revit 中合模，如圖3，即可在三維空間中對各專業(yè)管道位置關系進行初步觀察分析，并對本項目管道大致分布以及對管道復雜節(jié)點具有初步認識，以便確定后期施工過程中需重點控制的位置。

圖3 管道合模

4 碰撞分析

在navisworks 碰撞檢查中首先將各專業(yè)管道以及橋梁結構模型導入到軟件中，其次分別建立雨水與污水、污水與電力、給水與燃氣等各專業(yè)管道之間以及管道與結構之間的碰撞檢測項目，最后將各專業(yè)模型關聯(lián)到已建立的碰撞檢測項目中進行碰撞分析，如圖4，組織項目部各專業(yè)技術人員對碰撞檢查項目中的碰撞位置進行分析，應綜合考慮碰撞的原因。排除一些數(shù)據(jù)錯誤、人為誤差等原因發(fā)生的碰撞，對一些因圖紙導致的問題進行與設計人員進行對接共同分析討論碰撞發(fā)生的原因以及解決碰撞的方案。最后逐個查看碰撞的部位，將一些不影響工程施工的軟碰撞排除。

圖4 碰撞檢查

碰撞分析后可將碰撞分析數(shù)據(jù)中對工程有實際影響的硬碰撞部分的坐標、碰撞距離、碰撞的效果導出形成報告。將導出的碰撞報告進行整理統(tǒng)計，并將每個碰撞位置進行仔細的分析研究碰撞發(fā)生的原因以及解決碰撞的方案。并可將碰撞報告進行施工交底和方案匯報，現(xiàn)場施工人員及施工班組通過對管道間距的了解，來確保施工不會對地下管線有影響進而避免由于施工而錯挖管線的情況，提前規(guī)避可能遇到的施工協(xié)調及工期延誤問題。

5 解決問題

以項目NW 匝道橋21#橋墩處為例。此處管線交叉復雜其中又包含多座橋梁，僅通過現(xiàn)有的圖紙分析很難對每個結構物及管道進行全面地分析，采用BIM 技術則較為便捷地解決了此處的問題。經(jīng)BIM 技術進行碰撞檢測分析，如圖5，顯示YN10-YN11 雨水井間的雨水管道與NW 匝道橋21#橋墩及承臺發(fā)生硬碰撞，經(jīng)調查分析此處碰撞為設計圖紙有誤。項目部及時匯報建設單位，經(jīng)建設單位牽頭項目部與設計單位對接此處的碰撞問題，隨即設計單位進行現(xiàn)場勘察后及時變更此處管道的走向，避免了返工。在整個項目實施過程中通過BIM 技術對地下管線的碰撞進行分析后，提前解決了多個諸如此類的問題。另外此種方法已經(jīng)在本公司推廣應用，經(jīng)應用過后效果顯著，為公司帶來了巨大的經(jīng)濟與進度效益。

圖5 碰撞分析

6 硬件配置

如表1。

設備表 表1

7 重點控制

①建模時將設計院下發(fā)的管道CAD 圖 導 入revit 中 再 進 行dynamo 建模，用CAD 圖復核建立的模型，確保模型的準確性。

②由于整理出的坐標、尺寸等數(shù)據(jù)對模型建立有決定性的影響，所以整理數(shù)據(jù)時應由多人同時整理，確保數(shù)據(jù)的準確性。

③進行碰撞分析排除軟碰撞時，應有專業(yè)管道工程師進行分析排除，以確保排除的均是不合理碰撞。

④在進行碰撞結果交底時，應由專業(yè)工程師清晰地對碰撞報告進行解釋，防止詞不達意引起理解錯誤而導致的工程質量問題。

8 效益分析

①本項目采用BIM 技術快速準確地完成項目多專業(yè)BIM 模型創(chuàng)建，基于BIM 模型的橋梁復雜節(jié)點三維設計深化、管線碰撞等應用，給項目帶來工期節(jié)省15天，直接經(jīng)濟效益54萬多元。

②管線碰撞采用BIM+VR、BIM+智慧工地等展示方法，提高了項目與各項目參建方與交管部門的溝通效率，給項目帶來工期節(jié)省20 天，直接經(jīng)濟效益約102萬元。

9 結語

市政工程復雜地下管線BIM 技術的應用，是對傳統(tǒng)施工中對管線分析的改革，是從二維到三維可視化技術的技術創(chuàng)新。通過BIM 技術，提前解決設計圖紙存在的“錯、漏、碰、缺”等問題，減少設計變更，提升設計成果質量。同時結合現(xiàn)場施工組織設計，進行BIM 輔助三維設計深化，通過可視化的三維模型提高了施工交底效率，降低施工過程中非必要性的材料損耗，達到了提效降本的目標。具有較強的經(jīng)濟性，適用于各種地下管線復雜的的市政工程。