BIM技术在地下管网设计和施工中的应用

发布日期：2023-10-16

BIM技术在地下管网设计和施工中的应用

摘要：随着城市化进程的加速，城市地下管线建设正蓬勃发展，但与此同时，地下管线管理方面也面临着越来越多的问题。施工导致的管线损坏频繁发生，造成了停水、停气、停电以及通信中断等事故。排水管道不畅导致道路积水和城市水涝成为常态，而窨井盖丢失也时有报道。为解决这些问题，加强城市地下管线管理，准确获取管线动态信息，运用物联网技术进行智能化管控，已成为一种不可忽视的趋势和手段。

关键词：BIM技术；地下管网设计；施工；应用

引言 

近年来，信息技术，特别是BIM技术，正在为智能地下管线建设提供新的解决方案。BIM以其三维可视化和物件导向的信息存储方式，为地下管线的信息集成和可视化管理提供了便捷的平台。此外，新兴的3D扫描实景建模技术也提高了BIM模型的仿真水平，使其更贴近实际工程。

1.地下管线现状及问题 

地下管线是城市基础设施的关键组成部分，承担着城市的"生命线"任务。这些管线包括给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业和综合管沟（廊）等八大类管线，由不同单位建设和管理，如自来水公司、排水公司、燃气公司、热力公司、电信公司、电力公司、政府、部队和工矿企业等。由于不同管线属于不同的管理部门，导致管线建设进度不一致，信息不共享。长期以来，地下管线建设缺乏详细的规划设计，各部门互不协调，导致马路拉链现象频繁发生，城市地下管线管理成为一个短板。近年来，中国的一些城市建立了综合管网信息系统，探索了以城市精细化管理为目标的管线管理新模式，但城市发展快速，地下管线建设规模不足，管理水平有限，应对突发事件的能力有待提升。

2.BIM技术在地下管网智慧建设中的研究现状 

目前，智能地下管线建设领域的研究和应用主要集中在建设完成后的运营和管理方面。这些研究包括了隐性问题的识别以及基于地理信息系统和BIM的路线可视化管理方法。还有一些研究涉及到使用BIM和GIS等新技术来辅助城市政府的综合管理。此外，还有关于在市政管网建设中使用BIM技术的研究，例如以某高校校园地下管网为例，基于GIS建模方法，运用BIM技术对校园地下管网、管井设施和地面全景进行了三维建模。不过，与施工管理和完工有关的研究和应用相对较少。

3.BIM组织与实践 

3.1 协同CDE搭建 

为了确保各参与方能够协同工作，需要建立统一的云存储数据环境（CDE）。根据项目地下管网的特点，制定了一套标准，包括模型拆分、工作集、空间坐标、文件组织结构以及校审流程等方面。这些标准帮助形成了文件层级组织结构，以文件类型、工程标识、工作阶段、工程区域文件专业、文件顺序号、文件版本号和文件状态作为命名规则。各子系统根据各自的局部坐标进行建模，然后根据工程测点进行组装，以方便任务分解和保证模型符合系统要求和具有足够的精度。ProjectWiseCE软件分为服务器端和客户端，可以协同工作，实现工作空间的定制与托管、角色权限的分配与管理、工程公用信息的读取与写入、设计文件的检入与上传等功能。此外，还采用了BusinessCollaboration系统，用于设计施工文件的提交、函件发布和回复等。这两种系统共同部署在项目私有云端，为工程各阶段的需求提供了软件支持环境。

3.2 模型展示与虚拟漫游 

BIM设计的最直观成果是三维可视化的BIM模型。在此项目中，BIM可视化的应用得到了深化。首先，在设计阶段，云端设计的可视化使多专业设计修改能够实时响应。其次，在施工阶段，发布的模型可以在桌面客户端和移动端同时查看，便于与现场人员交流。最后，设计成果可以输出虚拟漫游程序，允许业主和相关方沉浸式地浏览地下管网等隐蔽工程，直观了解现场情况。

3.3 参数化建模与碰撞检测 

参数化建模是BIM技术的一个重要特点，也在此工程的水电井设计中得到了应用。例如，对于不同类型的电井，它们的主要区别在于主要尺寸（长、宽、高）不同，而其余细节设计相似。因此，只需建立一套约束模板，不同的电井可以通过设置长、宽、高的组合来驱动模型的自动变化，无需重复建模。参数化建模技术显著提高了设计效率，并为后期设计变更提供了更大的灵活性。

3.4 竣工记录 

在挖掘和施工完成后，需要记录实际情况以提高绩效管理水平和交付数据质量。此项目尝试使用3D扫描点云模型存储数据，并与全站仪视图进行对比，得出了以下结论：

（1）三维扫描仪的测量精度与全站仪基本相同，但数据密度和测量速度明显优于全站仪；

（2）全站仪适用于测量内容简单、长、线性的测量，而三维扫描仪适用于测量内容复杂、数据密度高的圆形或矩形区域；

（3）现场可以即时获取全站仪的测量结果，而三维扫描仪的测量结果需要在后台处理后才能得到；

（4）三维扫描仪的点云模型与BIM模型的数据可以进行比较分析。总之，三维扫描仪的测量更适合于底层网络建设的管理，全面记录数据将节省时间和劳动力成本，并向业主提供更好的数据以维护良好的关系。

结论

在设计和施工的整个流程中应用BIM技术，建立协同工作环境，提高设计效率和质量，加强施工管控，促进了项目验收进度的加快。全过程BIM技术的应用提升了地下管线设计施工信息化管理手段，为其他工程专业应用BIM技术提供了有益的参考，也为BIM技术在运维阶段的深入应用提供了先行探索。

参考文献

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［2］陈立民，马雪萍，谭慧君．浅谈城市地下管网的三维建模及应用［J］．测绘与空间地理信息，2017，40(11):111-112．

［3］张达华．BIM技术在市政管网施工中的应用研究［Ｊ］．住宅与房地产，2019（34）：160．

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