BIM 技術(shù)在地下管線遷改中的應(yīng)用研究

王震宇

（廣州市城市建設(shè)事務(wù)中心，廣東 廣州 510030）

隨著我國城市空間更新速度的不斷加快，城市管網(wǎng)體系的建設(shè)也存在復(fù)雜性、多樣性的特點，而新城區(qū)建設(shè)必然涉及地下管線的遷改工程，但是地下管線的規(guī)劃體系較為復(fù)雜，為了避免對周邊建構(gòu)筑物造成破壞，在地下管線遷改作業(yè)設(shè)計的過程中，需要通過信息技術(shù)打造可視化的管理體系，而BIM 技術(shù)借助了數(shù)字可視化、智慧化技術(shù)，能夠營造透明化、精細化的管理方案，對于地下工程的作業(yè)和設(shè)計有極強促進作用，將其作為地下管線遷改工程的核心技術(shù)體系具備可行性。

1 BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢分析

信息技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展為我國建筑工程體系的優(yōu)化提供了新的發(fā)展前景，BIM 技術(shù)又被稱為建筑信息模型，是以信息技術(shù)為依托構(gòu)建的可視化建筑規(guī)劃和設(shè)計體系，在當(dāng)前的新建筑方案設(shè)計、原有建筑幾何特征和物理特征提取等方面有著較大的優(yōu)勢。其中的大數(shù)據(jù)技術(shù)可以將提取到的建筑信息轉(zhuǎn)換成可視化圖形，配合三維參數(shù)化模型打造建筑工程立體三維結(jié)構(gòu)，并且通過信息平臺將其呈現(xiàn)出來，配合工程施工期間的信息共享、進度管理、成本管理以及精細化管理等各項需求，實現(xiàn)自動統(tǒng)計和跟進，能夠讓工程的開展具備更強的協(xié)調(diào)性，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在市政工程建設(shè)的各個領(lǐng)域[1]。

而城市地下管線工程的遷改作業(yè)，本身具備較強的復(fù)雜性，通過BIM 技術(shù)進行地下管線三維可視化模型的建立，打造整體精細化管理流程，配合GIS 技術(shù)構(gòu)建遷改工程的規(guī)劃編制和審查體系，能夠加大管線遷改的順暢程度，也可以避免外界影響因素對作業(yè)造成影響。

目前國家以及相關(guān)地方政府已經(jīng)先后出臺了一系列數(shù)字化工程建設(shè)的政策體系和相關(guān)規(guī)范，這成為BIM技術(shù)在市政工程領(lǐng)域推廣和應(yīng)用的前提條件。結(jié)合不同工程的實際開展需求，制定一系列的優(yōu)化方案，有助于強化工程建設(shè)效率和質(zhì)量，也可以實現(xiàn)成本管理和精細化控制。

2 BIM 技術(shù)在地下管線遷改中的具體應(yīng)用案例

為了全面提升BIM 技術(shù)的應(yīng)用價值，本文依托具體的工程案例展開細節(jié)分析，明確BIM 技術(shù)的應(yīng)用重難點，并且打造全過程管理體系，確保能夠為相關(guān)工程的開展提供參考。

2.1 工程概況分析

車陂路-新滘東路隧道工程（黃埔大道至新港東路）位于廣州市天河區(qū)和海珠區(qū)，屬于廣州市琶洲-員村地區(qū)，本工程南起現(xiàn)狀新港東路、與在建的閱江路相交后，下穿珠江，向北與臨江大道（待建）、花城大道（待建）相交、止點至現(xiàn)狀黃埔大道交叉口，全長約2.1km。工程范圍地勢比較平坦，其中珠江北岸車陂路段現(xiàn)狀東側(cè)為油脂廠涌，西側(cè)為居住區(qū)，珠江南岸新滘東路段東側(cè)現(xiàn)狀主要為村莊用地和河涌，西側(cè)為商住小區(qū)。

地形信息數(shù)據(jù)的獲取采用無人機利用傾斜攝影的方式進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集范圍需包含管線遷改范圍。針對該試點項目，分為南岸和北岸兩側(cè)分別采集并在地圖進行合成。

因此，為了提升項目遷改的安全性和穩(wěn)定性，在不影響周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上進行多方主體的協(xié)調(diào)，避免重復(fù)進行道路開挖，進一步節(jié)省工程投資和資源消耗，最終確定使用BIM 技術(shù)打造可視化的三維立體模型來輔助管線遷改過程中的各項業(yè)務(wù)。

2.2 BIM 技術(shù)在管線遷改過程中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較廣，主要體現(xiàn)在數(shù)字可視化以及全過程精細化管理領(lǐng)域，還可以發(fā)揮前期預(yù)演預(yù)排、后期信息追溯等價值。本次作業(yè)規(guī)模較大，涉及管線遷改設(shè)計、施工、基礎(chǔ)設(shè)施保護、竣工交付等內(nèi)容。為了提升工程開展的順利程度，依托BIM 技術(shù)配合GIS 技術(shù)打造作業(yè)流程。

2.3 工程自動化模型建立

由于城市地下管線的專業(yè)較廣且數(shù)量較多，通過傳統(tǒng)的方式進行數(shù)據(jù)信息的分析，很容易出現(xiàn)信息錯漏，而通過BIM 技術(shù)打造的工程立體模型可以圍繞著管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尋找其中的規(guī)律，并且自動形成三維立體模型，這些數(shù)據(jù)信息往往包含了管線構(gòu)件的編碼、類別、平面位置、高程信息、材質(zhì)等各項參數(shù)，利用Revit 開發(fā)軟件建模工具，便能夠直接拾取其中的重點信息，完成三維立體建模。

在創(chuàng)建工程可視化模型之前，需要結(jié)合整體項目的具體需求了解，既有管線、基礎(chǔ)設(shè)施、構(gòu)配件的各項信息，并且建立標準數(shù)據(jù)庫。形成標準數(shù)據(jù)庫之后，進行參數(shù)化模型的建立，綜合二次開發(fā)以便管線批量化建模，進一步提升了地下管線數(shù)字化模型創(chuàng)線的效率和質(zhì)量[2]。例如本工程中的數(shù)據(jù)族庫包含了閥門、連接件、水表、閥門等20 余個子數(shù)據(jù)庫。每一個數(shù)據(jù)庫之間進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，結(jié)合尺寸、放置中心等信息修改參數(shù)，極大程度提升了管線建模的便利程度。

在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用BIM 二次開發(fā)自動建模功能，打造三維立體模型，軟件會自動提取前期工程設(shè)計時給出的CAD 數(shù)據(jù)、地下管線GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過獲取前期的數(shù)據(jù)信息和關(guān)聯(lián)信息，快速生成三維立體模型。本工程，共打造了6 個不同的三維立體模型，包含了污水管道、雨水管道、電力線路、電信線路、給水管道以及燃氣管道，便于進行細節(jié)上的管理。

為了分析管線埋深、遷改路線和其他既有建構(gòu)筑物之間的位置關(guān)系，結(jié)合原有工程所在地區(qū)建立了地上、地上以及軌道交通工程模型，并且配備了衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)庫和圖紙數(shù)據(jù)庫，便于各班組人員進行數(shù)據(jù)共享和細節(jié)分析。

2.4 管線遷改設(shè)計全過程管理

2.4.1 管線的拆分設(shè)計

針對原有管線進行拆改設(shè)計，需要結(jié)合原有管線模型以及軌道交通工程主體模型進行細節(jié)上的規(guī)劃，并且以軌道交通主體作為分析依據(jù)，考慮周邊5 米以內(nèi)的緩沖范圍，利用BIM 可視化技術(shù)打造全自動的碰撞檢測模型。這一模型可以找到不同專業(yè)管線和軌道工程之間存在的碰撞問題，通過自動拆分提取輸出的方式得出分析報告，能夠為后續(xù)的拆改位置提供參考。這一模式提高了管道拆改分析的效率，三維空間碰撞關(guān)系可視化程度較高，降低了二維平面分析的誤差，也可以減少不必要的業(yè)務(wù)操作。

在這個過程中所使用的自動碰撞工程量統(tǒng)計工具可以按照不同專業(yè)以及不同的參數(shù)進行工程量分析，快速查找和建筑主體產(chǎn)生碰撞的管線。

同時，為了提高工程量分類統(tǒng)計的效率和質(zhì)量，還可以通過自動建模提取和工程碰撞相關(guān)的管線拆除工作量。

首先，將當(dāng)前現(xiàn)有的管線模型建立完成之后，統(tǒng)一添加狀態(tài)屬性，并且將其賦值為現(xiàn)狀。結(jié)合專業(yè)以及不同狀態(tài)下的關(guān)鍵屬性創(chuàng)建工程量表；其次，利用Revit 二次開發(fā)工具中的主體模型自動查找、碰撞管線識別功能，針對產(chǎn)生碰撞的管線賦予拆除屬性，自動計算拆除工作量；最后，模擬拆除之后，判定管線系統(tǒng)中需要進行優(yōu)化的細節(jié)，比如拆除管線如何進行后續(xù)優(yōu)化施工、改拆位置、改拆工作量等[3]。這種方式集工程碰撞檢測、碰撞點位分析、碰撞點位拆除工作量統(tǒng)計于一體，有助于提升工程項目的效率和質(zhì)量。

2.4.2 管線綜合規(guī)劃設(shè)計方案

結(jié)合前期的管線拆改模型以及碰撞分析模型，針對原有的管線進行拆改調(diào)整，需要避讓軌道交通工程形成新的拆改方案。在拆改的過程中，需要遵循有壓管道，避讓無壓管道、埋線淺的避讓埋線深的、單管避讓雙管、柔性材料避讓剛性材料。同時結(jié)合不同類型專業(yè)管線的具體設(shè)置需求，進行安全距離的調(diào)控這些設(shè)計細節(jié)都可以通過三維立體模型進行分析和調(diào)整，有助于提升管線規(guī)劃的精細化程度[4]。

2.4.3 工程量的統(tǒng)計

由于本工程的工程量較大，涉及多種類型專業(yè)管線的調(diào)整，依托BIM 技術(shù)進行全過程管理，必須貫穿在各個環(huán)節(jié)中，其中工程量的計算能夠為工程進度調(diào)控、成本控制以及后續(xù)的工程驗收提供依據(jù)。在工程量統(tǒng)計的過程中，利用BIM 技術(shù)的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)以及資源調(diào)配系統(tǒng)，針對管線拆改、建設(shè)過程中的構(gòu)件屬性、狀態(tài)參數(shù)、材質(zhì)、埋深等各項信息進行計算，按照當(dāng)?shù)貥藴实氖袌鰞r格、材質(zhì)、參數(shù)進行自動化計算，能夠自動得出工程量。實現(xiàn)模型和工程量之間的全方位對接，不僅可以提升計算準確性，也可以為后續(xù)的工程全過程管理奠定基礎(chǔ)。

2.4.4 設(shè)計出圖

結(jié)合拆改之后的BIM 三維立體模型，通過軟件可以單獨創(chuàng)建不同專業(yè)管道的后續(xù)拆改視圖，并且按照規(guī)范進行細節(jié)方面的調(diào)整，利用不同的顏色標注不同的管線模型。在工程現(xiàn)場利用地下勘探的方式進行驗證，能夠形成不同類型的二維圖紙，將其作為各班組人員進行工程交互的依據(jù)，也可以為現(xiàn)場實際施工提供決策依據(jù)。

2.5 拆改作業(yè)的應(yīng)用方向

2.5.1 拆改作業(yè)的模擬和優(yōu)化

利用BIM 技術(shù)打造三維立體模型，在此基礎(chǔ)上附加后續(xù)的建造施工等各項方案，可以結(jié)合工程施工期間的各項信息打造模擬體系，這種可視化的模擬體系，可以展現(xiàn)拆改工程施工期間存在的各項問題，能夠進行風(fēng)險預(yù)估，并且提供相應(yīng)的優(yōu)化細節(jié)。例如能夠結(jié)合信息化模型選擇最優(yōu)的管線搬遷次數(shù)、開挖地點，避免材料浪費，也可以提升方案審核的精準性。

2.5.2 進度調(diào)整和質(zhì)量管控

以BIM 技術(shù)為依托打造的進度與質(zhì)量管控體系，往往是圍繞著現(xiàn)場施工的實際情況與模擬模型進行對比分析二者之間存在的差異，然后制定與實際情況相對應(yīng)的調(diào)控方案。

其中包含了虛擬設(shè)計和施工技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、施工監(jiān)管及可視化技術(shù)等。利用現(xiàn)場施工調(diào)度、信息共享平臺以及智能化監(jiān)測設(shè)備獲取施工現(xiàn)場的實際情況，了解不同班組的施工進度以及對接情況，將每一個環(huán)節(jié)的最終施工情況與前期制定的三維工程模擬圖形進行對比，判斷是否存在誤差，針對有誤差的工程進行調(diào)整和優(yōu)化；或者結(jié)合不可抗力因素及時更新后續(xù)的施工方案，以達到多班組和多工序的平衡[5]。最終，通過BIM 三維模型構(gòu)建的方案以及實際施工方案都可以生成相應(yīng)報告，供后續(xù)的信息追溯。

2.6 實現(xiàn)工程竣工測量及驗收管理

地下管線遷改工程的落實，最終需要提供竣工測量和驗收方案。首先需要通過大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，了解遷改項目的設(shè)計模型、獲取竣工測量信息數(shù)據(jù)，其中包含了前期設(shè)計、中期施工以及測量期間產(chǎn)生的完整信息。將這些信息形成施工模型，并且輸出最終的整合數(shù)據(jù)，例如了解管線施工的起點位置和終點位置，最終形成永久性文檔，并與地下管線綜合管理系統(tǒng)進行對接，能夠?qū)崿F(xiàn)各平臺的信息共享，比如本工程中的排水管線竣工測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況見表1。

表1 工程竣工測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息（排水管線）

3 結(jié)語

綜上所述，本文建立在具體案例的基礎(chǔ)上，分析了BIM 技術(shù)在地下管線改拆工程中的具體應(yīng)用細節(jié)，圍繞著三維立體建模、碰撞檢測、工程量計算、模擬作業(yè)、竣工驗收等環(huán)節(jié)進行了細節(jié)分析，確定了BIM技術(shù)的應(yīng)用可以為地下管線改拆作業(yè)提供強大的保障，有助于提升工程施工效率，增強數(shù)據(jù)檢測的精細化程度，能夠?qū)崿F(xiàn)全過程管理。而自動化生成三維立體建模的方式也有助于降低人工成本增強數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準確性，可以為目前城市地下管道工程的可視化創(chuàng)新以及工作自動化轉(zhuǎn)型提供良好保障。