林志滔

(福州市規(guī)劃勘測設計研究總院 福建福州 350108)

0 引言

地下綜合管廊是一個將電力、通信、燃氣、給排水等各種工程管線集于一體的地下隧道空間，可以很好地改善城市地下空間布局，提高城市防災和抗災能力。目前，我國地下綜合管廊建設仍處于初級階段，由于地下綜合管廊是地下工程，存在施工難度大、涉及專業(yè)多、施工地質(zhì)條件復雜等問題，導致地下綜合管廊在建設過程中遇到各式各樣的問題，大大阻礙了地下綜合管廊在城市建設中的進程。近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，BIM技術日趨成熟，在地下管廊工程中BIM技術應用也越來越頻繁。在地下綜合管廊工程中可借助BIM技術的可視化、可模擬性、可優(yōu)化等特點，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)空間屬性，將BIM+GIS技術應用到地下綜合管廊建設中，可以對地下綜合管廊及管線進行三維模擬與空間布置，可以深化各自領域，大大提高設計效率[1]，有利于縮短工期和減少各個專業(yè)之間的沖突，提高項目全生命周期的整體管控水平，實現(xiàn)市政項目管理手段和管控方式的創(chuàng)新。傅蜀燕等[2]利用三維 BIM + WebGIS 技術構(gòu)建區(qū)域數(shù)字水庫，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)水利機構(gòu)間各類信息資源的高度共享與統(tǒng)一管理。陳金文等[3]利用三維GIS技術建立數(shù)字化、網(wǎng)絡化的三維可視化城市管理系統(tǒng)，滿足了現(xiàn)代城市精細化管理的要求。由此可見，BIM+GIS技術在市政工程中有廣闊的應用前景。

本文以福州市新店外環(huán)路地下綜合管廊工程為例，并結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)空間屬性，將BIM+GIS技術應用到地下綜合管廊建設中，并搭建綜合管廊管理云平臺。該平臺利用BIM技術進行各專業(yè)云協(xié)調(diào)，對綜合管廊進行參數(shù)化和精細化設計，減少各個專業(yè)管線之間的碰撞，并進行方案三維動態(tài)比選；利用SUPERMAP-9D平臺作為數(shù)據(jù)技術支撐，將系統(tǒng)建設分為C/S端與B/S兩部分，快速處理龐大的BIM模型數(shù)據(jù)信息；同時，建設過程中各參與方均可登錄云平臺共享數(shù)據(jù)信息，有效解決信息孤島問題，提升項目全生命周期的整體管控水平。

1 管理云平臺地下綜合管廊的應用中存在的問題

管理云平臺之所以至今在地下綜合管廊中沒有得到廣泛的應用，其原因主要有如下幾個方面。

(1)投資成本較高

目前，國內(nèi)管廊的建設主要集中在北京、上海等發(fā)達地區(qū)，而在很多中小型城市進展相對緩慢。這主要是因為地下綜合管廊的建設前期投入資金高，建設過程中仍然需要消耗大量資金。在建設初期，由于需要將各個管線匯集到一起，涉及到電力、通信、燃氣等管線，工程量大；同時，還要考慮到對原有管線工程進行改造。而云平臺也需要對建設期管線進行動態(tài)管理，這些都需要大量的資金支持。因此，建設投資成本是制約地下綜合管廊云平臺推廣的一大難點。

(2)各專業(yè)之間協(xié)調(diào)難度大

地下綜合管廊的建設本身就涉及到電力、通信、燃氣和給排水等專業(yè)，而且很多現(xiàn)有的地下管線的現(xiàn)狀情況不明確，極易造成地下綜合管廊的規(guī)劃和現(xiàn)有管線之間的沖突。同時，地下綜合管廊一般與市政橋梁、地鐵等工程同期實施，無形中又增大施工難度。因此，不同程度上都加大了地下綜合管廊建設的難度。

(3)數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)困難

城市管廊建設參與方較多，包括政府決策部門、建設單位、勘察設計單位、施工單位、分包商、運維管養(yǎng)單位以及工地管理廠商等。各個參與方均按原有數(shù)據(jù)模式進行問題分析處理，缺乏一個共有平臺以及信息數(shù)據(jù)處理方法，使信息交流變得異常困難。因此，各部門多保持現(xiàn)有工作模式與工作方法，嚴重削弱了云平臺管理應用帶來的建設紅利。

(4)數(shù)據(jù)處理工作量巨大

現(xiàn)階段BIM信息數(shù)據(jù)精細化程度已經(jīng)達到了一個較高水準，但如果將BIM+GIS數(shù)據(jù)在現(xiàn)實世界示例相同的基礎上完整展現(xiàn)所有要素，就需要重新定義模型細節(jié)設計水平，否則數(shù)據(jù)處理工作量巨大。

(5)缺乏完善的技術指導規(guī)范和數(shù)據(jù)標準

我國相關行業(yè)標準和軟件并不成熟，國家缺乏相應的約束標準，資源信息浪費嚴重(目前，國家已經(jīng)積極建立各方面的標準體系，相信在不久的將來，該問題將會得到解決)。

(6)收費機制不健全

在綜合管廊建設中，不同的建設階段管理成本均不相同。但是，現(xiàn)在國家并沒有建立統(tǒng)一的費用分攤機制，導致管廊成本在實際分攤過程中缺乏相應的標準依據(jù)，造成投資方成本回收困難。因此，管廊云平臺的收費機制的建立和完善是當務之急，目前可以借鑒國外成功的案例并結(jié)合中國現(xiàn)有國情，制定出符合中國特色的收費標準。

誠然，任何一個新生事物的生成、發(fā)展都經(jīng)過一段或長或短的過程，希望在于努力踐行。基于此，下文擬以福州某一工程為案例，探討B(tài)IM技術在市政綜合管廊云平臺中的應用。

2 工程背景

福州市新店外環(huán)路西段道路工程位于福州市晉安區(qū)新店片區(qū)，是福州市第二批緩堵項目十大重點工程之一，拆遷難度大，工期緊，邊界條件復雜，該項目中地下綜合管廊部分與橋梁、地鐵、現(xiàn)狀管線等相互制約，施工難度大，線路長，全長約4.3km。該工程在設計階段進行三維建模，分析比較三維模型并進行碰撞檢查。同時，構(gòu)建起統(tǒng)一融合的BIM+GIS平臺，將綜合管廊三維模型與地理空間框架進行整合，建立完善的管廊地理空間數(shù)據(jù)資源體系，從而促進城市綜合管廊運營管理目標上的整體一致性，推動智慧城市的發(fā)展，如圖1所示。

圖1 綜合管廊單艙與雙艙斷面示意圖

3 BIM技術在地下綜合管廊前期的應用

考慮到綜合管廊的入廊管線較多，管線空間排布較為復雜，該項目地下綜合管廊在設計初期就采用BIM技術。在設計階段應用BIM技術進行了多次方案比選、技術優(yōu)化，并在確定方案后進行多專業(yè)、多維度協(xié)同設計工作。

3.1 項目信息概況量化

傳統(tǒng)的設計概預算工程量都較粗略，工程量的統(tǒng)計要靠人工重復性完成，一旦設計方案變更，工程量又得重新計算，既費工費時，又不準確。使用BIM進行設計時，由于是用參數(shù)化進行模型控制，工程量的統(tǒng)計可以自動生成，自動更新。雖然從目前來講，一些功能可能沒那么智能，但大部分的工程量自動計算能滿足要求，一些工程量統(tǒng)計也可以通過變通的方法達到效果，這樣就大大提高了設計工作效率。

該項目利用BIM技術進行項目信息量化梳理，計算出了管廊的工程數(shù)量，如圖2所示。

圖2 項目信息化處理示意圖

3.2 族庫建立及其參數(shù)化、精細化設計

建立參數(shù)化管廊族庫，管廊標準族庫如圖3所示。通過控制參數(shù)的設定，實現(xiàn)了族庫在項目中的獨特性與適用性，有效提高了設計效率。同時，族庫的建立為將來其他項目中的信息共享提供了可靠的技術支持與材料儲備。

(a)管廊單艙標準段族

(b)管廊雙艙標準段族圖3 管廊標準段族庫

3.3 管廊各專業(yè)綜合碰撞及動態(tài)展示

綜合管廊碰撞檢查，包括內(nèi)部各專業(yè)碰撞檢查以及外部已建或已規(guī)劃的橋梁、地下空間、軌道交通的碰撞檢查。綜合管廊設計管線種類、數(shù)量繁多，需要安裝的附屬設施較多部位設計復雜，使得管線之間、管線與附屬設施之間等存在較多碰撞問題。如圖4所示，地下空間中地鐵與地下管廊的相互關系，在施工期間邊界有交叉重合的部分(外部碰撞)；如圖5所示，雙艙管廊斷面節(jié)點處混凝土層未給管線出口預留位置(洞口預警)。利用 BIM 設計平臺，則可以完成地面和地上環(huán)境建模并進行碰撞糾錯，可有效解決各專業(yè)之間存在的沖突問題，規(guī)避邊界交叉情況的發(fā)生，減少資源的浪費，提高設計質(zhì)量。

圖4 地鐵與管廊相互關系(外部碰撞)

圖5 洞口預警(外部碰撞)

在綜合管廊的以往設計中，通常采用施工圖紙來展示設計方案，如今隨著現(xiàn)代電腦技術的飛速發(fā)展，則可利用BIM方案模型進行不同方案的比較和決策。管廊內(nèi)部空間有限，管線種類較多，利用 BIM 模型，將管廊截面形式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及管線排布等以三維的形式進行展示，并且針對不同管線標記不同顏色，使管線排布更清晰。管廊BIM三維模型如圖6所示。在BIM三維模型中，利用動態(tài)調(diào)整功能對管廊截面、內(nèi)部構(gòu)造以及管線排布不斷優(yōu)化，找到最適合的截面形式、尺寸及排布方案，加快設計速度。

(a)

(b)圖6 管廊BIM三維模型

4 地下管廊管理云平臺的搭建與應用

在項目開展過程中，需要對照項目周邊場地信息進行分析，結(jié)合地理信息勘探數(shù)據(jù)開展設計，需要將BIM模型與GIS地理信息相結(jié)合應用。BIM 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括空間數(shù)據(jù)(模型)及屬性數(shù)據(jù)(參數(shù))，其中空間數(shù)據(jù)模型又包含空間位置、外觀形狀等，這與GIS 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相似，為BIM+GIS融合提供可能。

云平臺建設是一項規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復雜、技術難度大、數(shù)據(jù)量大、功能眾多、涉及面廣的系統(tǒng)工程。將云技術應用于BIM+GIS模型管理應用中，可提高效率。

4.1 BIM和GIS集成構(gòu)建信息模型

將BIM模型與GIS系統(tǒng)進行集成，在GIS中實現(xiàn)BIM模型的展示和查詢，同時也可以結(jié)合應用傾斜攝影、測繪地形數(shù)據(jù)等構(gòu)成現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進行綜合展示。運用GIS功能實現(xiàn)BIM場景平移、頂視、環(huán)視瀏覽等基礎瀏覽功能，實現(xiàn)場景視圖可放大、縮小，場景縮放、漫游、飛行模式等功能，如圖7所示。

圖7 地下綜合管廊云平臺展示

4.2 信息模型綜合應用

將BIM模型經(jīng)過輕量化處理，導入至GIS地理信息平臺中，根據(jù)坐標位置將BIM模型與地形信息模型精確融合進行綜合展示，可以實現(xiàn)PC端、移動端等多終端展示瀏覽，輕量化的模型更加保障瀏覽的流暢性。在GIS云平臺上，還可以展示BIM模型詳細的構(gòu)建信息，例如管線材質(zhì)、管徑、長度、編號等。

首先，通過平臺進行查詢檢索，按照指定的條件在搜索框中對項目進行查詢，三維場景中將自動定位到查詢結(jié)果項目模型位置進行顯示，也可以輸入指定的條件對BIM模型進行查詢，三維場景中將自動定位到該模型位置進行高亮顯示，點擊該模型可顯示其屬性信息以及二維圖。部件查詢搜索框輸入指定的條件對部件進行查詢，三維場景中將自動定位到該部件位置進行高亮顯示，點擊該部件可顯示其屬性信息，如圖8～圖9所示。

其次，通過桌面GIS軟件導入主流BIM模型以及屬性信息，支持對BIM模型信息分組展示。系統(tǒng)提供基于BIM的建筑進度時間軸管理，可以根據(jù)時間軸顯示/隱藏或者高亮對應的BIM模型，以此來反饋施工的進度。

圖8 地下綜合管廊云平臺資料檢索

圖9 地下綜合管廊云平臺資料屬性定義

5 結(jié)語

(1)該項目充分利用BIM三維信息技術特點，發(fā)揮其專業(yè)協(xié)同共享功能，整合全專業(yè) BIM 模型，查找碰撞干涉，并結(jié)合以往地下綜合管廊實際經(jīng)驗，探索形成標準化三維管廊模型，極大地減少了數(shù)據(jù)整合的工作量，為管廊BIM數(shù)據(jù)在云平臺的延伸應用發(fā)揮重大基礎作用。

(2)BIM結(jié)合GIS技術集成云平臺，利用SUPERMAP-9D平臺作為數(shù)據(jù)技術支撐，將系統(tǒng)建設分為C/S端與B/S兩部分，快速處理龐大的BIM模型數(shù)據(jù)信息；同時，建設過程中各參與方均可登錄云平臺共享數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)平臺展示、資料檢索及屬性定義，有效解決信息孤島問題，為運維管理基層技術的實現(xiàn)做好充分準備，提升了項目全生命周期的整體管控水平，為智慧城市更為廣闊領域的應用奠定基礎。