对城市地下智慧管网的研究

翟建华 孟建文 王瑞志 赵文海

摘  要：城市不断发展导致地下管网的种类和数量日益增多 。城市管理者对地下空间的开发缺乏科学合理 的规划设计，以及主管部门在规划设计、施工维修过程中存在一定的沟通闭塞，城市地面被反复开挖，造成严 重的社会资源浪费 。通过三维建模软件将地下各类管网绘制在三维模型中，以三维实体管线模型真实反映地下管网复杂空间分布状态，为城市地下管网规划设计、施工维修、运营维护提供清晰的解决思路和技术方案。

关键词：BIM 建模   城市管网   智慧建造   产业化发展

中图分类号：                     文献标识码：A                    文章编号   ：   1672-3791（XXXX）XX-

0001-04

Research on Urban Smart Underground Pipe Networks

—Taking the Pipe Network Reconstruction Project in a City as an Example

ZHAI Jianhua   MENG Jianwen   WANG Ruizhi   ZHAO Wenhai

（Wuwei Occupational College， Wuwei， Gansu Province， 733000 China）

Abstract： The continuous development of cities has led to the increasing number and kind of underground pipe networks. Urban managers lack the scientific and reasonable planning design of the development of underground space， and competent authorities have a certain communication block in the process of planning design and construction maintenance， so the urban ground is repeatedly excavated， resulting in a serious waste of social resources. This paper uses 3D modeling software to draw various types of underground pipe networks in the 3D model， and uses the 3D solid pipeline model to truly reflect the complex spatial distribution state of underground pipe networks， which provides clear  solutions and technical schemes for the planning design， construction maintenance and operation maintenance of urban underground pipe networks.

Key Words： BIM modeling; Urban pipe network;  Smart building;  Industrial development

城市地下管线被称为“地下生命线”。随着城市的不断发展，地下空间开发需求日益增大，城市地下空间的开发缺乏整体规划以及网络化、信息化和智能化的应用，导致地下管道种类繁多，不同项目的施工主体因信息壁垒导致地下管线反复开挖，造成社会资源严重浪费，城市交通举步维艰，城市环境严重恶化。

本项目着重研究利用BIM 技术强大的建模、渲染、变更和高仿真能力，逐步建成凉州城区“地下生命线 ”的 BIM 管网数据三维可视化模型［1］。

1 武威市凉州区城市地下管网改造现状

通过调查走访，了解到从 2023 年初至今，武威市凉州城区内地下集中管道敷设工程主要有：2023年 3 月开工建设城区凤凰路、滨河西路光明桥—荣华桥段、迎宾路、惠民小区、荣华新天地、天一央著集中供暖管网改造提升项目等。

2 城市地下管网建设暴露出来的问题

2.1 管网种类繁多，规划不合理

目前城市地下管网的管理存在诸多遗留问题 。随着城市化建设范围不断扩大，城区范围内生活用水设 施设备在不停的增加，并且出现与工业用水交叉存在的情况 。

2.2 城市管网主管单位责权模糊，管理水平较低

目前，城市地下管线涉及城市供水、排水、燃气、热力、电力、电信、工业、人防等行业。相关行政、企事业单位，各单位地下管线管理方式不一，权责不统一，常常造成城市道路反复开挖，常年施工的局面，严重影响城市的市容环境，市民的交通出行，城市的健康发展。

3 建设城市地下智慧管网的措施

通过勘查武威市凉州区城市地下管网改造工程全过程，收集第一手管网工程资料，汇总整理形成各专业数据表格。按专业分组利用revit等建模软件，建立各专业管道模型，逐步建成凉州区BIM 管网数据三维可视化模型［2］。

3.1 建立智慧管网BIM实施平台

为推进凉州区城市地下管网数字化三维模型的建立，成立了智慧管网BIM实施共享平台。平台能够实现数据的输入和模型的输出。并对模型成果进行实时监控，对明显不符合设计规范的管网模型发送警报，促使进一步核查数据的准确性和完整性。

3.2  勘测武威凉州区城市地下管网数据资料

为了提高城市的社会价值和经济价值，改善城区基础设施条件，解决城区内供水、供热、燃气设施功能落后的问题，本项目利用已有管网图纸资料和实地勘测地下管网信息来确定城区地下既有给排水、电力电信、暖通燃气等管道的信息资料，为后期采用三维可视化方式展现地下管线全域多维“一张图”打好基础。使得管线信息更加清晰明了，为市政管理部门提供各类查询、编辑、辅助分析等功能。

3.3  创建武威凉州区城市地下管网三维模型

3.3.1 项目服务特色优势

本项目致力于将归属权不同的城市地下给排水、电力电信、暖通燃气管道集合于一个可视化三维模型  中，改善城市管网管理比较混乱的现象，充分发挥 BIM 合作共享为基础的标准化信息模型优势 。

3.3.2 地下管线的特征分析

多种类型的地下管线交汇集合形成了地下管网 。一条管线的空间位置属性和构件属性是建立模型的基础数据。在前期勘查阶段，收集以上信息。 建立管线模型，首先要确定其管道系统类型，通过revit建模软件来定义管道系统类型。然后，管线建模过程要确定两个管点的三维空间坐标信息和构成实体的材质等信息 。多个管线段通过变径接头、弯头、三通和四通等管道附件连接起来就形成了一条完整的管线［3］，如表1所示。

3.3.3 建立地下管网数据库

为了将海量管道数据进行有效管理和将来建立三维模型的需要，管线的空间位置信息以三维坐标的形式储存在数据库中，并配合管线字段、数据类型、备注说明等形式加以表征 。管线的属性信息，如材质、颜色、类型、建设年份等以表格的形式储存在数据库中。这样可以方便准确的提取到任意管段的信息，为将来数字化建模提供数据保障［4］，如表2所示。

3.3.4  地下管网快速建模

城市地下管网种类十分庞杂、数量十分巨大，单纯依靠人工建模工作量巨大，且效率不高，建模过程中容易出现错误 。可以使用 C++编程语言编写管线信息数据，实现管网的自动建模，这样可以提高建模的效率 。这里还要强调，地下管网是依附在城市地形和道路等主体之下的，所以还需要将创建的城市三维地形信息载入建模软件中［5］，如表3所示。

通过revit软件强大的建模，渲染等功能，分专业建立模型。包括循环供水系统、卫生设备系统、湿式消防系统等类型，各专业通过使用一个项目样板文件建立各自专业的管线模型，然后通过多专业协作整合成完整的三维模型文件。

3.3.5 地下管网碰撞检查及优化处理

城市地下管网随着模型规模的不断扩大，种类数量日益增加，会出现各种碰撞问题，出现这种问题基本上是因为数据不准确，或模型建立过程中出现数据偏差 。出现这种情况，一定要从数据入手调查原因，排除 一切因素，不断调整纠正管网空间信息，直到排除碰撞问题［6］。

4 结语

城市地下智慧管网建设过程中还有很多需要攻克的技术难题，要不断提升 BIM 技术能力。在实践中迎接各种挑战，通过查资料、做调研、勤学习，不断磨炼和提升整体的技术技能水平 。并积极探索利用智能化技术如人工智能、大数据、云计算等手段提高城市智慧管网的建设效率。将研究成果积极应用于民生项目，与政府、企事业单位建立合作关系，谋求更深更广的技术支持，为区域全面建立城市地下智慧管网作出更有效的贡献［7］。

参考文献

[1] 杨锐，马丁山，雷文书.城市地下管网参数化建模关键技术研究及应用[J].城市勘测，2023（5）：51-55.

[2] 邓梁，刘新华.基于BIM协同的地下管网三维建模方法研究[J].国防交通工程与技术，2022，20（5）：63-67.

[3] 江楠，张万辉，马扬.城市排水管网信息数据库与智慧排水系统研究现状与发展趋势[J].广东土木与建筑，2021，28（4）：56-60.

[4] 陈永鸿，甘文杰，高雄.地下管网BIM模型轻量化技术应用研究：以云南某高校管网为例[J].科技和产业，2021，21（12）：107-111.

[5] 孙庆霞，刘广文，于庆华.BIM 技术应用实务[M].北京：北京理工大学出版社，2018.

[6] 林国清.城市综合管廊 BIM 技术全过程应用管理与工程仿真方法研究[D].广州：广东工业大学，2023 .

[7] 陶彦妤.城市地下管网一体化三维建模方法研究[D].桂林：桂林理工大学，2020.