基于BIM和GIS的市政管综的设计探究

徐磊鑫，邵雪军，吴晓龙，王 轶，顾镇媛

（1.南通大学交通与土木工程学院，江苏 南通 226019；2.南通市市政设施管理处，江苏 南通 226000）

0 引言

市政工程的管综设计项目作为城市管网建设的重要组成部分。对保证城市水资源的利用率和城市经济的发展起着至关重要的作用，所以市政管网优化技术是促进其作用发挥的重要保证。而设计进行信息的片面化和定位困难成为我国目前面临的主要研究问题。建立信息模型（BIM）可以直观地处理工程中的设计信息和工艺相关信息，并通过地理信息系统（GIS）对定位信息进行分析。BIM的出现意在建设工程项目的整个生命周期中进行数据信息资源管理，它为建设一个项目的全过程管理工作提供了一种先进的数字工具和信息共享服务平台，并提供了一种可以用于实施集成项目风险管理的新方法。此外，不同的土地等高线、项目长期场地条件的变化、现有基础设施段和施工期间的交通协调是影响新项目设计和施工的一些独特因素。这些项目由于规模巨大、场地条件不利和设计复杂而极具挑战性。GIS是一种解决这些复杂问题的方法。BIM和GIS在市政管理管网中的应用能够更好地推动社会发展。

1 BIM技术和GIS技术在市政管综工程的优势

1.1 BIM技术在市政管网工程中的应用优势

在我国的大多数市政管道工程中，都使用提前设计好的市政管道工程图纸，但在审核中，缺乏专业的图纸会审专家，而BIM技术可以提前发现图纸相应的问题，并通过相应程序对于管道碰撞问题进行相应预防，杜绝了因人工而产生的审查失误。尤其是随着时代的飞速发展，传统的平面二维图纸已经不能展现日新月异的新工艺、新材料，这在目前的施工中有很大的局限性，同时也可以对内部隐藏的管线进行三维规划，提高企业施工的效率。综上所述，BIM技术在市政管网工程中的应用相对于传统管综设计施工是具有巨大发展优势的[1]，可以作为一种三维图像数据佐证，在某些复杂信息系统中以及对于一些我们需要不断深化设计的方面，可采用MagiCAD软件公司进行该项目管线综合的BIM设计。碰撞检测是BIM技术在市政管线综合设计中的重要应用。BIM技术提供的碰撞检测功能可以识别在哪里与其他实体发生碰撞，从而使市政工程在管道的综合设计中有更好的解决方案。

1.2 GIS技术在市政管网工程中的应用优势

市政管综工程为保证城市交通通畅，多使用地下工程，GIS技术的利用，可以通过结合实地调查情况进行场地定位，将表格型数据转换为地理的图形显示，并进行研究，解决隐藏管线的铺设定位存在的问题，特别在于市政管网中的雨水管道，由于多是就近排入河道中，所以更容易受到地形地貌限制，如设计不佳，则会导致出现严重的积水现象，更会影响我国居民的交通安全问题。同时我们还需在适当位置设计开泵站、溢流闸门等，因地制宜，因此更需要详细了解地下的情况。地理环境信息服务系统恰好包含这些会计信息并将其运用到生活实际应用工程项目设计教学中去，将信息转化为具体要求施工人员定位。它甚至可以被使用特殊部位，可以通过查看地下管网的不同情况来分析管道的脆弱部位，降低检查和维护成本。可以看出GIS技术在市政管综方面发展具有极高的经济效应、社会效应。

1.3 GIS技术和BIM技术在市政管网工程中的结合应用

在市政管网复杂的施工环境下，采用BIM技术建立的模型单一，缺乏说服力。同时，这种端到端的处理对于降低施工交底具有重要意义。可以说在市政管网建设中GIS技术和BIM技术的有机组合是具有巨大前景的[2]。不仅我们可以在前期就进行技术可行性分析，也可以通过同样需要进行数据可视化分析，提前了解工程发展情况，为后期的维修和管理工作创造条件，而且也方便相关设计师对于图纸的修改。

2 针对市政工程中管综特性的BIM和GIS应用

2.1 拥有多种种类

正常发展情况下通过管道中给水、污水、雨水、电力、通讯、热力、燃气、网络、煤气等多种管线，尤其是企业需要学生甄别管道的用途可以进行一个特殊化处理，如在给水管中通常使用的都是镀锌管道。施工时工人很容易将特殊管道和废料混合在一起，因此需要在图纸上做相应的标记。地下情况复杂，在BIM软件中对多根管道分别建模，利用GIS定位管道的空间位置，提高了多根管道使用的准确性和方便性，使施工工人在施工时更容易了解建筑物的地下情况[3]。再根据地下发展情况，做出选择相应判断，并符合相应原则。特殊情况达不到规范要求的距离时，必须进行局部特殊处理，必要时必须采取加固措施。

2.2 特殊管道由相应单位负责

市政工程中的管道不在现有管理方案中由同一单位管理。现有资料可以知道，供水管道由水务公司管理，污水管道和雨水管道由市政公司管理，电力管道由电业局管理。这些管道的维护企业管理均由不同相关单位负责。但由于分属于自己不同的单位，所以在进行后期的维修中易出现由于管道冲突不断发生的情况。在过去的几年里，发生了多起切断光纤的事件，导致许多公司遭受巨大的损失。所以更需要BIM技术企业进行研究前期建模作为一个基准，建立多机构、多部门的协同管理工作的机制，提高社会工作学习效率，同时我们应该重视学生通过BIM在施工前期对于管道碰撞方面的实验，以避免相应损失。也可以模仿成熟的，且同样基于BIM技术和GIS技术的水利工程数字档案系统[3]，以建筑信息模型为框架，以GIS为平台，同时利用档案管理系统和档案应用系统，在市政工程管理整体中使用同类档案。最后，以三维模型为载体，实现结构化IFC模型数据与非结构化文档数据的关联，这也是整个档案系统的主要方向。以BIM技术和GIS技术为核心，与各类企业应用管理系统可以实现经济数据进行联通和共享，将市政管综工程中分散，无序的档案信息与三维BIM模型锁定，实现一个基于地理环境信息网络系统设计为主要对象的联动。从而在维修更新、统一规划中减少沟通时间，提高工作效率。

2.3 市政管综材料、技术更新速度快

由于市政工程的特殊性，技术和材料必须遵循以下几点：①市政管网的建设周期必须尽可能缩短，以避免道路周围的正常交通和民生问题；②在市政管网中，材料寿命和材料耐腐蚀性能最为重要；③随着城市物流的进出压力越来越大，现代城市市政道路建设项目必须考虑人民生活的基本要求，保证城市市政道路在各种极端情况下为城市基础发展提供支撑[4]。所以更需要学生实时更新材料和相应管理技术，BIM作为一种新兴的软件设计手段，紧跟时代步伐，并有多所企业进行分析相应更新换代，其中大部分研究内容不局限于时代，可以同时根据相关技术力发展而更改。而常见的CAD图形需要多张详图图纸作为重要补充才能形成完整呈现新技术的外观尺寸情况，但是BIM技术所生成对的图形作为社会一个三维图形能在直观上给人准确的数据，及新型职业技术环境科学工作情况的体现。

2.4 各方面的统筹困难

一般来说，市政工程建设一般是为了不打扰正常民生，市政工程的施工工地会比其他项目小，所以因为工地的规模，会有相关的问题。大量工程实例证明，现场保通程度决定了工程能否正常进行，甚至造成严重的质量问题和经济问题[5]。这需要信息技术具有极高的时效性和准确性，并且我们需要通过多方面的综合配合。利用GIS技术，通过建筑物施工仿真功能，可以预先模拟应急情况，并在此基础上制定相应的应急预案，以减少甚至避免事故的发生。

3 结论

市政工程中的综合管网有统一原则：统一规划、合理配置、统一建设管理、资源共享、立足长远、综合利用。而我们国家需要企业依照相应原则，在利用好相应的BIM几何可视化和GIS坐标变换的前提下，在设计发展阶段可以利用BIM模型研究对于图纸问题进行先行设计，在施工建设阶段利用GIS进行分析管道定位及确认材料，在后期利用多管道的共同建模，协同各单位进行施工工作，并不断使用GIS技术进行工程后期维修保障。只有充分发挥工程技术创新多手段的优势，才能确保市政工程管线规划使用趋于全面、细致、合理，图1为基于基于BIM和GIS的市政综合管线设计。

图1 基于BIM和GIS的市政综合管线设计