BIM在综合管廊运维阶段的应用研究

闫晓韧

（中铁房地产集团设计咨询有限公司 BIM中心，北京 102300）

1 引言

城市地下管线综合管廊是城市建设现代化、科技化、集约化的标志之一，也是城市地下空间充分利用的象征。综合管廊内各种管线集中敷设，布局合理，统一管理，合理、充分、经济地利用了地下空间，将各类市政管线集中综合布置，形成新型城市地下网络管理系统，使各种资源得到有效整合与利用，节约了城市用地。但地下综合管廊建设一次性投资大、运营协调复杂，运行计费困难，为使综合管廊具备可持续经营能力，必须对其运维管理模式进行优化。BIM（Building Information Model）作为一种以数据信息为中心，将项目中的全部信息整合的技术模式，为综合管廊运维阶段管理提供了技术支持。

运维管理的主要任务是实现各类资源的利用效率最大化。BIM应用于运维管理，可以实现显著效益。文章将BIM应用于综合管廊，作为运维管理的数据整合展示处理平台，采集基于BIM的数据，构建基于BIM的综合管廊运维管理系统，实现信息的高效利用和项目的精细化管理，解决传统运营管理中存在的管理不当、信息缺失及效率低下等问题，降低运营阶段的成本。

2 综合管廊运维管理系统基础框架

2.1 管廊运维系统设计

2.1.1 指导思想

该系统设计开发以数据库技术、网络技术和BIM信息系统技术为支撑，以综合管廊空间数据和属性数据为基础，通过对空间数据和各类数据的采集、存储、管理和更新，建立集数据采集、管理、控制、分析和显示为一体的智慧管廊运维管理平台。既要具备管廊运维数据接收、数据整理和整编能力，又要提供面向地下空间规划、环境保护等决策的信息服务；既要具备科学的分类管理、快速检索和联机查询的功能，又要具备数据综合分析能力。

2.1.2 设计原则

以现实需要为基本出发点，确保达到综合管廊管理的目标，系统设计遵循可靠性、可扩展性、兼容、开放、易维护、安全性、易用性。

2.2 管廊运维系统需求分析

2.2.1 数据需求分析

综合管廊智慧运维管理信息系统对于数据需求种类较多，可以根据数据的应用不同划分为基础运维数据、管廊工程数据、管线数据、专题模拟数据等。涉及数据量庞大、种类繁杂。从数据更新的频率而言，可划分为：实时数据和历史数据两大类型。实时数据是指在日常运维业务中不断积累或变化的数据，其更新变化频率一般为数天或更短不等，包括设备的状态、巡检数据、环境监测数据等；历史数据是不需要进行更新、或更新频率很小的数据，包括管廊廊体数据、管线数据、空间利用数据等。

根据上述要求与数据流程，搭建综合管廊智慧运维管理的信息框架，可集成数据的存储、提取与管理，实现地下管线的表达、分析与可视化，并提供一定程度的空间分析、数据挖掘技术，为智慧管廊体系架构的搭建垫定软件平台基础。

2.2.2 系统功能需求

综合管廊智慧运维管理系统在数据管理、三维显示及应用等方面存在需求，主要功能需求包括以下几个方面：

（1）管廊管控需求 。实现照明、通风、安保消防、通讯、监控、巡检、排水等管廊内部智能控制系统的管理与控制，包括设备状态实时显示、设备控制，设备回馈数据的存储、检索、分析、统计等。

（2）地下管线一体化管理需求。从二维和三维视角实现对城市地下管线信息的管理。二维侧重于管线的空间展布、属性信息查询、连通性分析、管线巡检管理等；三维管理层面侧重于展现管线在三维空间的分布情况以及结构特征，支持导入第三方BIM模型文件，实现与管线系统的一体化管理。

（3）三维BIM数据管理需求。数据管理方面：实现BIM数据的导入、导出与保存功能，以及管廊BIM数据的三维渲染、信息附加、工程信息查询、场景漫游、空间量测、参数化建模等。

2.3 管廊运维系统结构设计

2.3.1 功能设计

BIM应用功能侧重展现微观层面上人工建筑内部的结构与属性特征，兼具辅助管理与场景分析功能，通过引入BIM的管理工具为运维管理搭建仿真、直观的运维管理平台。

BIM应用功能对基础BIM模型数据、施工交付数据、历史数据实现集约管理，旨在为管廊的运营维护提供可视、直观、精细的数据集成与辅助管理平台。根据运维业务需求，BIM在综合管廊运维过程中主要发挥了可视化运维、空间管理两个方面的作用，其具体的功能点规划与设计如图1所示。

图1 BIM管廊运维系统功能规划与设计图

2.3.2 系统架构设计

系统架构分为数据层、服务层、业务层以及用户展现层四个部分，如图2所示。

图2 系统整体架构示意图

3 综合管廊运维管理系统设计

3.1 系统概述

综合管廊BIM运维管理系统是一个综合利用数据库、BIM技术对城市地下综合管廊管理运维过程及所涉及的各项管理业务进行管线监管、业务信息获取、数据管理、数据共享分析、综合展现的综合性平台系统。

3.2 数据库设计

3.2.1 数据类型

综合管廊运营过程中有多种数据源、数据类型和数据量：

（1）管廊廊体数据：管廊三维结构实体数据及其附属设备资产。

（2）入廊管线数据：按照入廊管线类别，分专题建立供水、供电、热力、燃气、排水、通信等方面的数据信息。

（3）管廊运维业务数据：数据反映管廊运营维护阶段重点关注信息，包含入廊管线运行维护信息，如管线事故隐患、历史数据等。

（4）人员组织数据：指管廊运营维护中的机构设置、人员配备、权限设定等相关数据。

3.2.2 数据存储

综合管廊运维工程涉及多个专业，应用数据往往来自于不同的平台体系，如 BIM的数据，以及与硬件相关的数据，均遵循不同的模型数据标准，给数据存储与管理带来了一定的困难和障碍，容易导致信息共享与交换不畅。

因此，文章从以下两个方面对数据存储问题进行了研究：

（1）采用统一的数据标准，建立数据存储方案，实现物理或逻辑上的数据集成，为多个项目的数据存储能力的应用打下坚实的基础；

（2）基于上述数据存储模式，建立数据的集成与管理模型，实现数据共享与转换的高效性和准确性。BIM存储方案：BIM存储平台不仅有文档管理的功能，还能提供一些 BIM 应用功能，搭建兼容IFC标准的BIM协同平台。由于IFC的开放性，可采用数据库技术对数据进行存储。应用数据库存储为数据管理与应用提供良好的基础，基于对象进行存储，同时支持多项目大量数据的存储，可实现数据的集成管理，更易于定制与外部程序兼容的应用接口。

3.2.3 数据库构建

建立基于BIM的管廊数据模型，综合管廊 BIM数据管理的主体是竣工交互的 BIM 模型数据（廊体）和管廊内部运行的管线数据。廊体指竣工交互的管廊三维 BIM 模型和附属物模型数据。管线数据指管廊中部署的各类型专业管线数据。

管廊BIM廊体模型包含养护记录、维修记录、附属物列表、管廊类型、管廊建设材料信息。

（1）附属物中包含各个 BIM 子结构，且涵盖了相应的业务数据信息。

（2）养护记录指与管廊廊体或者附属物养护相关的信息。

（3）维修记录指设备和管廊的维修信息备案，与模型想挂接。

（4）管廊类型指管廊的设计和施工样式、规格相关，描述管廊的固有信息。

（5）管廊建设材料指管廊建设用到的材料，有利于后期运维参考。

专业管线包括各类管线的材质，长度，直径等信息。

3.3 管廊建模

3.3.1 基本信息管理

将设计、施工阶段的全部信息集成到管廊项目BIM模型当中，实现管廊及其附属物的三维信息可视化，后期利用基于竣工图纸或施工阶段交付的 BIM模型对管廊进行运营维护。竣工交付的BIM模型，包含管廊任意构件的几何参数，结构信息，管线的生产厂家、几何参数、管理负责人以及保修联系电话等。实现 BIM 模型按照名称、时间、类型、状态、施工等信息查询检索。包括模型拆分构件、构件名称、责任人、构件时间信息、相关维护信息等。 在运维阶段，工作人员在维护维修完成后，将相关维修信息同步到BIM模型当中，作为后期运维的管理数据，并且在BIM模型中给每一个管线设置下一次检修的时间计划，临近检修时间时，系统将通知相应的管理人员对管廊内的相应设备管线进行更新维护，保障后期运营的顺利实施。

3.3.2 管廊三维模型可视化

通过管廊的几何参数及相关数据建立BIM模型，对同构件之间形成互动性和反馈性的可视，展示效果图及生成报表，在可视化的状态下，使项目设计、建造、运营过程顺利进行。对管线的排布有更直观的认识，更好地对管廊进行运维。

3.4 空间管理

通过BIM三维模型，以较为直观的方式在计算机环境下再现地下管廊的内部结构特征、查看管廊内部的管线分布、硬件设备部署安装细节等。更加合理地分配、规划建筑空间，避免各功能分区间的空间重叠或浪费。根据实际需要，结合成本分摊比率、配套设施等参考信息实现空间使用率的最大化。最大程度提升空间利用率，分摊运营成本，增加运营收益。从以下几个方面实现空间管理：

3.4.1 空间利用率统计

通过BIM模型合理安排管线位置，进一步利用有效空间，根据已入廊管线统计所占空间一次性收取管廊租用费，结合管线敷设方式，管线的情况和数量、维修难度、更换频率等收取日常维护管理费。通过对空置空间进行统计和分析针对性地调整闲置空间使用策略。

3.4.2 空间规划

管廊空间规划是城市综合管廊中必不可缺少的部分，其可基于管线空间数据及其之间的拓扑关系数据等，提供管线综合分析的能力，通过BIM三维模型能够定义剖切平面，以直观的方式在计算机环境下再现地下管廊的内部结构特征、查看管廊内部的管线分布、硬件设备部署安装细节等。为管廊规划、管廊改造等提供辅助决策功能，实现管线管理的科学化和自动化。

3.4.3 碰撞检查

在BIM模型中进行各专业管线的排布，可以实时查看正在布置的管线与其他管线之间的间距是否满足预先设计的要求，在排布完成之后进行碰撞检查，发现管线排布的软碰撞和硬碰撞，硬碰撞主要是为了发现管线与管廊自身，或者管线与管线之间的碰撞；软碰撞主要是为了检查管线的间距等，在进行管线设计过程中，通过三维漫游模拟，验证预留检修空间以及人行道是否满足运营阶段的要求。

4 结语

通过BIM 技术在运维阶段应用的探索，开发出基于BIM 的综合管廊运维管理系统，实现了BIM 技术在运维阶段的应用，为运维人员提供了高效的运维手段，能提高施工效率，保证工程质量。有效促进市政综合管廊的发展与应用。