基于BIM技术的既有地下管线三维自动化建模分析

摘要：以往在地下空间开展各种工程时，由于地下空间的管线数量诸多，稍有不慎可能对某些管线造成破坏，所以一般在开展地下工程之前，需要针对地下管线展开全方位检测。为了确保检测结果足够精准，本文以BIM技术为基础，针对既有地下管线展开三维自动化建模，并以某工程为例，详细分析BIM在既有地下管线三维自动化建模中的相关要点，这样便可根据模型确定管线具体状况，调整工程施工方案，避免地下管线遭到各种破坏。

关键词：BIM技术;既有地下管线;三维自动化建模

引言：以往在城市规划中，通信线路、电力线路以及给排水线路，都是由不同部门负责开展，这些部门之间并不会相互共享管线安设信息，而且大部分管线都处于无人看管的状态，一旦需要在地下空间开展其他工程，这些管线必然会增加地下工程的开展难度。为了避免地下管线对工程开展造成限制，在开展地下工程时，可以通过BIM技术提前进行管线建模，利用模型为工程提供更多参考信息，只有这样才能避免地下管线检测结果出现错误数据。

1.BIM技术概述

BIM技术英文全称为： Building Information Modeling， 主要是指利用三维建筑数字化技术，对整个建筑工程的三维建筑数字化模型进行施工处理，制成一个可以存储在计算机中的三维数字化建筑工程设计模型，并将所有建筑工程施工相关信息添加到工程模型中，形成了建筑工程施工相关信息处理数据库。BIM还可以更真实地模拟响应管道的三维时空长度分布的变化，同时，它还能模拟地下生成管道模型的安全性，检测所有安全问题，如管道生产模型之间的冲突和管道之间的冲突。通过各种BIM模拟，不仅能快速确定合理的设计方案、施工进度和将施工所需的整个工程机械产品及原材料供应和进度，快速计算和工程设计方便的改变时间相应的整个工程的建设成本，为整个项目快速准确地生成预算。不仅可以自动优化项目设计，还可以根据每个项目的实际需要自动生成相应的项目图像。

2.地下管线三维自动化建模

BIM技术是在应用于地下排水管线三维工程信息管理模型时，根据不同项目实际应用环境特点的不同，在具体设计流程中可能存在一定的技术差别，详细流程如下图所示：

根据上图可以将地下管线三维自动化建设流程分为：（1）物探，物探的工作目的主要任务是对在BIM等软件程序运行管理过程中所可能需要的大量数据资料进行分析获取，从而为物探建模工作程序运行奠定良好的数据基础，在物探建模工作的具体开展运行过程中，需要正确选择其相对应的物探探测设备，并且还需要在结合原有物探图纸的数据基础上对其进行准确的数据探测。（2）二次开发，进行设计二次开发的设计目的，主要是为了保证所有信息数据的一致性，根据系统模块中所对应数据内容的不同，所需要设置的数据内容也就会有所谓的不同。在这些模块化的设置工作完成之后，就已经可以初步设计建立出三维立体模型。（3）碰撞复测检查，碰撞复测检查功能是BIM检测软件本身自带的重要技术功能之一，在碰撞复测作业设计完成之后，会自动产生与其对应的相关信息，设计技术人员随时可以根据这些相关信息，对现场管线开展其相对应的碰撞复测检查工作。确保地下施工管线位置模型与实际基层埋设时的位置模型达到完全基本相符的施工状态同，从而为下一步施工设计奠定技术基础，减少由于地下施工设计方案结构设定不合理而可能造成零件破坏和无法返工等的工序，降低地下工程施工的技术成本。

3.基于BIM技术的既有地下管线三维自动化工程案例

3.1 工程案例

本工程位于上海市宝山区军工路南侧，属于低压高架路管线设计施工提供重要基础设计资料，避免因施工高压公路管线不清，在盲目施工时随意修改管线设计，造成人、财、物严重浪费，延误设计工期，也为了保证施工时高压管线的正常保护使用提供重要依据， 避免盲目使用施工对高压管道造成严重破坏而造成的重大经济损失和不利的社会影响，对地下管道进行了专门的综合探索。

3.2 工程难点

在本次工程中开展难点主要有以下几方面： （1）检测区域多为硬质路面和部分绿化带。这次行动需要把路面凿破。估计每个精细检测位置的破碎路范圍为2米*0.4米，业主需要协调挖掘回填相关事宜。（2）探测范围内的一些道路开放通行。在作业期间，业主应对作业区域内车辆的移动，协调相关交通部门的工作;（3）现有铁路南北方向探测区域，双方均有停运，据勘测，铁路位置自来水管道埋深约5米，该区域应由业主协调相关部门办理手续，允许施工、运营，如果允许手续齐全，建议在东侧抽水站进行施工的吊车将工具运到铁路区域，应由业主进行协调;（4）由于本次检测主要针对高架桥桥墩的位置，如需在泵站区域设置桥墩，应告知泵站的基底边界，避免对其造成破坏。

为了顺利解决地下管线的探测问题，最终决定通过BIM技术构建三维自动化模型，但在建模过程需要注意以下要点。

4.基于BIM技术的既有地下管线三维自动化建模要点

4.1数据整理

族是创建BIM模型过程的基本部分，BIM模型是一个功能单元，而用于控制参数初始化过程的函数家族类型是创建家庭模型过程的基本部分。为了便于地下排水管道的批处理建模，有必要建立地下排水管道的批处理建模基础。根据管架设计的要求和实际应用，创建了标准化的地下隧道线路各参数的沿袭库，其主要是基于地下隧道管道规范的基础知识内容的创建方法，根据不同类型的地下管线设置相应的管线附属物，结合实际应用需要创建相应的管线。通过对地下排水管道的研究和优化，规范建立了各种附属家庭库和类型。在普通地下排水管道中设置配套家庭库，如：检查井、阀门、水表、信号杆等，每套约20种。这些子族的长度、宽度、高度和运行方向，由需要创建的各种参数控制，可根据实际情况而改变，满足了地下管线建模需求。除此之外，当这些数据足够充足后，施工单位便可对所有数据进行统一整理，根据整理结果确定录入BIM平台中的建模信息，这样模型尺寸就会在大量数据的支持下更加贴近于实际情况，从根本满足既有地下管线三维自动化建模的各种需求，并以此降低本次工程的开展难度。

4.2建模

在本次开发工程中仅在完成设计数据收集整理各个环节后，便人员可立即开始准备着手进行准备地下排水管线设计模型的正式开发建设，在此一个环节中就需要人员灵活运用MicrosoftVisualStudio等软件，将其与BIM技术相互结合后进行合理化的开发。在系统开发设计工作全部完成之后，要求实现系统设计模块的基础功能主要包括工程数据的自动批量处理导入，多孔隧道管线自动排布、管线自动批量避让和无线连接、运行过程数据自动导入等多个功能方面，从而用户能够依据实际应用情形自动进行系统建模，模型如下图所示：

根据本工程项目工作开展的总体要求， 在准确设置地下隧道线路号数据模块号时，首先要根据地下管道的点号、不同的主要功能和特殊材料分别确定地下管道的编号，要采用相应的编号为精确的英文大写和字母，相同的材料类型的地下管线根据垂直和水平方向坐标，和线管地面高程数据上下三个主要单位是按顺序编号，地下管道类型与不同的材料决定的。在此基础上，重新确定不同品种和编号类型的管道的管顶及其埋深、管径、孔号等附件及其相邻或连接的接线点。对于不同空间管道的多个附件，可以通过选择相应的单独管道模块直接创建，并将这些单独的模块直接放置在相应的管道空间管理位置。在每个模块中建立了整体模型之后，可以通过直接批量导入模块数据来快速生成所需的所有数据模型。

4.3碰撞检测

在对地下管线展开碰撞检测时，由于本次工程中涉及诸多类型的管道线路与附属物，其中还有诸多附属物存在于地层之上，这样碰撞检测的难度就会增加，既需要针对管道之间的碰撞情况进行检测，又需要针对管道和附属物之间的碰撞情况进行检测，检测结果具体如下。

（1）管线间的碰撞检测

在使用BIM的碰撞检测软件的测试过程设计完成后，一条管线上同时有两千多个碰撞点，这些管线上的碰撞点大部分都是在一条管线连接的同时发生碰撞接触的部位，即热熔通过管道与其他附属的施工方式连接相撞，而不是通过其他附件连接成线路碰撞连接，这样可以达到同时出现多个碰撞连接点的主要目的。对于这种碰撞后的情形，可以暂时予以忽略不计，但是在一些小量大口径多孔连接管线与大量小口径的单向多孔连接线管之间也可能出现几十个交叉连接碰撞的特殊位置， 造成这种特殊情况的主要原因相当复杂：部分是由于检测建设中数据采集的巨大误差;有些人检测施工过程中可以采用的多孔桥式直接绕着多孔连接或使用相应的链接，但在建筑工程的检测是准确的位置上下两端多孔管连接，没有准确地确定每个圆线的位置。对于这些碰撞地点，必须依照碰撞模型所需要显示的地点位置重新设计开展现场碰撞复测处理工作，对于其中可能出现复测错误的地点位置必须进行准确性的勘察，在此基础上通过采用附属物的重新添加或其他解决方案可以建立准确的排水管线碰撞模型，如下图所示：

（2）管线和附属物间的碰撞检测

管道与其他附件之间剧烈的碰撞运动使其更加频繁，需要显示的实际碰撞情况也更加复杂，在不同碰撞位置点的态势显示分析结果中，管道通过地下窖井时，不同碰撞位置点可能在管道的不同位置出现最多，这种显示情况在实际管道设计和工程施工中是相同或一致的。但与此同时，同一井坑的排水井也会出现两条不同的排水管线，这种特殊情形在我国传统的大型市政排水管线系统设计工程施工管理过程中，几乎是不大有可能同时出现的，产生这种失误碰撞现象结果不准确的主要形成原因之一，是由于在窖井进行物探测定工作时，没有对窖中内井的实际直径大小和井体运行旋转方向情况进行准确测定，并在进行模块化的设定工作过程中，人为地对窖中的井实际大小方向进行错误确认，从而导致出现了相对应的窖井失误碰撞现象。在此前的情形下，需要重新开始进行现场碰撞复测，将现场复测后的结果与实验模型中所显示的两个碰撞点结果进行精度对比。在设备进行质量复测对比作业时，不仅必须要准确测定固体附属物的实际移动位置，还要对其移动方向位置进行准确性的测定，以便于确保质量对比试验结果的客观准确性。

4.4综合出图

根据要探索的排水线类型的数据，利用BIM统计软件按顺序组合不同类型的排水线，建立了排水线模型。地下排水线的颜色是用不同品种的颜色来定义的，以便参照目前有关的国家地下地球物理管理标准进行精确区分。将检测目前所有涉及各种管线、电力输送管道，管道信息，联通管道，管道在网上通话，手机信号传输管道管线，水管道，天然气管道运输管道、污水管道和其他背景颜色分别为红色、粉红、绿色、蓝色、紫色等颜色。建模完成后，根据地下排水冲击检测模型的实际应用和规范，对冲击检测模型数据进行综合分析。

结束语

综上所述，将BIM应用在既有地下管线三维自动化建模之中，完全可以利用技术特性，强化地下管线工程的整体能力。通过数据整理能够帮助施工单位收集信息，保证建模数据的准确度，通过建模能够帮助施工单位精准确定每一条地下管线的分布状况，通过碰撞检测能够帮助施工单位规避管线出现碰撞状况。由此可知，BIM完全可以帮助工程规避各种问题，大幅强化各类工程的整体效益。

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作者简介：石大波;1982.01，男，苗族，贵州省思南县人，遵义医学院，本科学历，信息与计算科学，从事工程测绘相关工作。

上海惟堪建筑工程技术有限公司 上海 201702