潘二虎

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

BIM(建筑信息模型)是利用几何学、建筑学、工程学及信息管理等学科来存储和管理整个项目周期中建筑物信息的平台，其具有可视化、协同性、模拟性、可优化性以及可剖切出图等特征。2015年，住建部发布了关于推进建筑信息模型应用的指导意见，旨在推动BIM技术在工程建设全过程的集成应用，开展建筑业信息化发展纲要和建筑机器人发展研究工作，提升建筑行业信息化水平[1]；2020年，湖南省住建厅发布了国内第一个关于BIM全生命期交付的标准——《湖南省建筑工程信息模型交付标准》，既规定了信息模型交付标准，又可为BIM收费提供参照[2]；同年，广东省住建厅也制定了BIM技术提升目标：规定省内建筑面积超过20 000 m2的建筑工程项目优先采用BIM技术进行设计[3]。各级政府有关部门在政策上对BIM技术的推广极其重视，但城市地下管网管理涉及较多职能部门，且存在多头管理与权责不清等问题，改建城市地下管网工程时，往往面临管网探测难及重复开挖等问题[4]。广东省某市政道路两边拟各新建一条DN1 000排水管道，目前已探明地下综合管线有：通信光纤15根，高压电缆2根，DN400中压燃气管道1根，铸铁给水管5根，大型引水管1根，雨污合流管2根以及1条在建地铁隧道。本文以广东省某排水管道工程为对象，分别研究了应用BIM技术在方案设计阶段、施工及管理运营阶段的可行性，可供类似管网项目参考。

1 城市管网工程BIM全生命周期管理方案

参建各方及各专业在项目初期依托BIM协同功能，实现资源数据共享，建立数字化协同交流机制，利用数字信息仿真模拟建筑物全生命周期各阶段的存在形式，分别在项目的设计、施工及运营阶段指导决策，提升项目的整体水平[5]。其中，在方案设计阶段，三维可视化、信息化和多专业协同的设计形式，可减少不同管线碰撞冲突问题，及时实现方案的调整与优化；在施工阶段，利用BIM5D施工模拟平台进行进度管控、合同管理及成本控制，施工模拟过程中还可对方案进一步优化，减少返工[6]；在运维阶段，开发出便于展示轻量化BIM模型的在线预览平台，实现管网模型三维展示、管网流速水质监测、系统设备定检巡检等目的[7]。城市管网工程BIM全生命周期管理流程见图1。

2 城市管网工程设计阶段BIM技术应用

2.1 基于Revit的排水系统建模技术

2.1.1 管道及井室建模

预制混凝土检查井，可建立Revit参数化“族”，族的意思为包含尺寸、类型、形状等参数的图元，类似于CAD中的参数块，一个完整的Revit项目就是由多个这种参数块组成。具体操作步骤为：选取参照平面，利用拉伸(实心)功能制作井室外壁及下底板和下底面，再在此基础上创建空心拉伸体，作为上下游连通口。在地下排水管网系统的构建中，还包含基坑支护、管道基础、钢筋混凝土管、基坑回填体等部件，可对重要构筑物以新建“族”的形式进行绘制三维模型。绘制好的多种族构建，组成族库，并分别赋予参数属性信息，实现模型参数化，甚至信息化[8]，如井室及Ⅱ级钢筋混凝土管道等部件可以添加内径、外径、长度等参数(见图2)，后期调用时通过参数控制模型尺寸，也可供管理运营阶段数据库维护使用；然后新建项目，将所需要的参数族部件载入项目文件中，调整族位置及坡度，整个管段模型就已按实际要求完成绘制(见图3)。后期可通过剖切所需要的断面进行导出二维剖面图，三维模型尺寸调整后，相应二维剖面图也会联动更新标注，避免了常规绘图方式反复改图的麻烦[9]。

在地表处理方面，可在相同坐标系的新项目中，导入测量点坐标文件生成地形，之后将地形文件与管段文件通过“链接Revit”的方法链接为一个项目。庞大且复杂地形场景，可利用Civil 3D软件，利用点文件、文字高程文件、属性块文件等生成带有三维信息的地形文件[10]。

2.1.2 水位及水质检测仪器建模

对于水位水质等监测检测仪器，也可通过电气族元件并赋予元件不同属性值的方式实现(见图4)，元件族(族库)建立后，按坐标定位到完整管道项目中。每个监测仪(元件)对应唯一一个图元ID(见图5)，方便后期运营阶段通过搜索元件ID来达到调取仪器数据的目的，也可为将来数据库的建立与运用奠定基础[11]。

此外Revit还提供了Dynamo可视化编程插件，该插件简单易懂，非编程专业人员拖拽节点命令即可达到编程效果。通过可视化编程，可使监测仪器与管道主体模型之间形成数据联动[12]。

2.2 协同设计与深化设计应用技术

协同建模过程中，项目重要设计人员可通过统一的云BIM协同平台实现参数和信息关联，避免重复专业间更新滞后，减少信息传输错误；项目一般参与人员通过轻量化协同平台进行数据传递、数据共享和并行设计，无须安装大型三维建模软件即可查看模型信息，大大节约了沟通交流时间。

深化设计阶段，设计成果校核时应用Navisworks软件，将各个专业的模型成果链接为一个整体，进行碰撞检测，以解决不同专业、不同构件间的碰撞问题并进行方案优化，提高了设计有效率[13]。

3 城市管网工程施工阶段BIM技术应用

工程施工前基于BIM 5D平台(施工BIM模型+进度+预算)，可实现施工模拟、进度控制及预算控制等。将施工BIM模型进行轻量化处理后导入BIM 5D平台，各参与方可通过电脑端或者手机移动端的形式及时查阅关键节点操作流程、部件位置及工程造价等信息[14]，加强项目管理人员对工程建设过程的动态管控。

在施工实施阶段，针对工程关键节点、隐蔽处或者结构复杂位置等，平台提供施工模拟步骤动画，进行施工前技术交底，使作业班组人员更清晰直观地了解整个施工流程及重点难点，达到指导施工的目的，正确的交底也可保证施工步骤合理规范，尽可能减少返工情况和降低质检不合格率。

4 城市管网工程运营阶段BIM技术应用

运维模型是在工程竣工的基础上，对施工阶段的BIM模型的进一步完善深化，精度更高，集成了模型展示、监测检测和用户管理等模块，为管网运营管理单位提供服务[15]。图6为BIM的运营管理平台操作界面。

1)模型展示。在运营模块里，对管网三维模型进行轻量化展示，保证管理人员在平台上可查看管线走向、管径及高程件信息。

2)监测检测。基于监测检测传感器收集到的水位、水质等数据，结合BIM运营模型及时监测、统计、分析，使运营管理单位及时作出调度与决策。

3)用户管理。用户管理模块提供项目参建人员的账户注册、登录及密码修改等服务。

5 结语

BIM技术可全方位参与设计、施工、运营等工程每一个环节，且搭建全生命周期管理平台可操作性较强，类似工程参建者可参考运用。在地下管网建设管理过程中，运营阶段应用BIM技术功能最多，时间最长，作用最大。管网养护、后续其他工程的管网勘探工作都将基于运营模型展开，所以运营管理平台的模型需要着重优化。

基于BIM技术的地下管网全生命周期管理研究有一定作用，但仍有许多值得提升改善之处，倘若能融合“互联网+”、云计算及大数据等技术参与管网全生命周期管理平台，将使平台更安全、更高效。