城市综合管廊BIM三维建模方法研究

【摘" " 要】：针对二维设计平台难以清晰表达综合管廊设计思路的问题，提出基于BIM技术的城市综合管廊三维设计方法，建立管廊构件分类族库，研究管廊族库的参数化建模方法，将建成的地下综合管廊模型与地面交通及沿线城市建筑物等三维景观相集成，解决了地下综合管廊模型的快速拼装和精准定位问题，有效提高了建模效率。

【关键词】：城市综合管廊；BIM技术；族库；参数化建模

【中图分类号】：TU990.3 【文献标志码】：A 【文章编号】：1008-3197（2025）01-70-06

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.01.018

Research on 3D Modeling Method of Urban Utility Tunnel Based on BIM

ZHU Pengye，ZHANG Zhicheng

（Tianjin Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co. Ltd.， Tianjin 300392，China）

【Abstract】： Aiming at the problem of difficulty in clearly expressing the design ideas of comprehensive pipe galleries on two-dimensional design platforms， a three-dimensional design method for urban comprehensive pipe galleries based on BIM technology is proposed. A classification family library of pipe gallery components is established， and the parametric modeling method of pipe gallery family library is studied. The built underground comprehensive pipe gallery model is integrated with the three-dimensional landscape of ground traffic and urban buildings along the line， solved the problems of rapid assembly and precise positioning of underground comprehensive pipe gallery models， effectively improving modeling efficiency.

【Key words】： urban comprehensive pipe corridor；BIM technology；amily of library；parametric modeling

近些年，地下基础设施建设滞后问题突出，地下管线敷设、增设及维修管理得不到有效解决。综合管廊的出现及应用有效解决了地下基础设施滞后的突出问题，减少了地面交通拥堵，也方便了电力、通信、燃气、供排水等市政设施的维护和检修[1～2]。常规二维设计平台因自身技术条件限制，难以清楚表达综合管廊设计理念，容易出现诸多错漏碰缺，不利于各专业间的数据汇聚，在与项目其他参与方沟通时产生不便。建筑信息建模（BIM）作为一种设计施工管理全过程技术，已在各领域应用，可以在项目全生命周期中获取高效的施工可交付成果[3]。采用BIM对综合管廊建模，以三维视角提供较为直观的方案展示，便于规划、设计、施工、运维等各参与方理解[4]；目前综合管廊BIM模型创建主要考虑了综合管廊本体结构及管线模型单一的参数化建模方法，缺乏综合管廊在整条线路上的模型自动生成、拼装、精准定位和参数修改等研究[5]；结合管廊沿线地面交通及建筑物模型进行场景搭建，对管廊设计、施工及运维进行优化的研究仍有待深化。本文采用BIM技术完成综合管廊整体模型的搭建，设计集成三维立体城市景观的综合管廊模型，应用Revit二次开发实现城市地面建筑物模型的定位和自动建模，在有效提高建模效率的同时考虑地面交通等环境因素影响，实现管廊结构的优化设计。

1 综合管廊构件分类及族库创建

研究基于任意管廊截面建模的方法，通过对综合管廊主体结构和附属设施特征及入廊管线种类的特征分析，提出分类编码管廊构件后依照构件信息进行族库创建，高效实现综合管廊主体及管线的建模。

1.1 综合管廊构件分类

针对综合管廊量多繁杂的结构设计，在进行分类编码构件前按系统类别将管廊构件细分。见表1。

综合管廊中不同系统构件数量及细分后的构件种类众多，为便于更加精准完备地构建综合管廊族库，设计了基于需要的一种构件分类编码方法，包括构件所属的系统编码、构件的类型编码和细分编码3部分。其中，系统编码的编码原则依据综合管廊十大系统划分，采用两位阿拉伯数字进行区分标识；类型编码和细分编码均采用字母编码，分别取前三位和前两位构件拼音首字母进行。对于无细分类别的构件使用00来进行构件细分编码。见图1和表2-表5。

1.2 族库建模方法

1.2.1 结构主体建模方法

创建真实的综合管廊三维模型，首先要生成综合管廊定位线。定位线对综合管廊主体结构建模及内部附属结构的定位都有重要作用，利用Civil 3D复现综合管廊线路，从软件中提取逐桩坐标表并进行导出。

考虑实际综合管廊结构主体在施工中遇到有障碍物或涉及交叉口等关键节点位置时管廊截面出现变化的情况，不宜采用主体结构统一建模的方法，而是将管廊结构主体建模分为标准段和关键节点处建模两部分。可根据实际情况对模型进行不同空心拉伸开洞等操作。见图2。

1.2.2 入廊管线建模方法

虽然综合管廊入廊管线种类繁多、错综交汇，但每类管线均可看作由定点位置的管点和沿着相邻两管点确定的管段两部分组成。多个管段连同连接多管段的多个管点构成一条入廊管线，多条管线交错排列，共同构成综合管廊入廊管线系统，因此不同种类的管线模型可通过相同的建模方法完成。为便于精准高效地构建入廊管线模型，可对每段管线进行编号，从每条管线的起点至终点依次获取管点的位置坐标和连接方式信息，同时整理对应管点类型、尺寸及材质等信息存储在管线信息Excel表中。根据管线种类，结合Revit二次开发技术，在机械制图族样板中通过添加参数信息创建不同的族类型。见图3。

管件族库都属于标准的连接件，异形连接件需要进行多个标准件的组合使用。在综合管廊管线连接处，分布着大量的弯头、三通、四通等管件，这些管件的创建主要在于参数信息的设定。以创建弯头为例，在“公制风管弯头”族样板中按照规范要求对弯头尺寸参数进行添加，参数添加完成之后，选择放样模式绘制弯头放样线，然后绘制放样轮廓，生成弯头族，通过调整弯头角度，可以生成不同角度的弯头。其他管件，如三通、四通等，可以在对应的“公制风管T形三通”和“公制风管四通”族样板中创建。将创建好的标准连接件通过连接器及衔接管段依次连接，最终可得到组合成的各类异形连接件。

1.2.3 附属设施建模方法

以支撑系统中大量存在的支架构件为例，支撑系统中的其他构件模型创建方法相同。见图4。

消防系统中的消防栓、防火门等设施结构较为复杂，消防系统中的其他构件模型创建方法相同。见图5。

除管廊结构主体和入廊管线外，其余系统中各构件的建模方法都相同，将创建的族库相应构件按照一定的坐标进行布置，即可完成各个附属设施系统模型的创建。

1.3 管廊族库创建

1）结构主体模型。标准段结构主体模型创建完成之后，根据实际要求对综合管廊的材质信息进行添加。各部分模型创建完成后，通过原点到原点的方式将模型连接到一起生成完整的综合管廊结构主体模型。见图6。

2）入廊管线模型。将管段、标准管件、异型管件等根据实际情况依次连接，最终完成入廊管线模型的创建。见图7。

进行入廊管线管网建模，基于各类管线布置原则，完成管段、标准管件、异形管件的连接，对错综复杂的入廊管线进行碰撞检测，最终生成综合管廊入廊管线模型。见图8。

3）附属设施模型。其他系统构件均可以采用附属设施建模方法进行参数化建模。

族库构建完成后，可以使用Revit API调用这些构件并完成定位拼装。较长的综合管廊可以分段处理，然后采用上述建模方法依次对各段综合管廊进行建模，最后通过拼装的方法实现模型的创建。

将所有项目文件通过原点到原点的方式连接到一起，最终完成综合管廊模型的创建。见图9。

2 三维环境搭建及模型信息集成

考虑城市道路、建筑物等地面环境对综合管廊建设运营及维护阶段的重大影响，对地面上城市景观及地面交通等场景进行搭建，利用BIM软件实现对城市综合管廊三维立体大场景的漫游，解决二维平台所不能提供的模型动态渲染问题。

2.1 城市道路建模

为方便城市综合管廊的设计施工及后续维修养护，保证管线齐全的与入廊管线相衔接，将地下综合管廊定位在城市主干道路下方，由地面上道路中心线确定出城市地下综合管廊定位线。城市道路作为城市交通景观的一部分，不仅是管廊线形的主导因素，还是城市道路周围景观的基准。对城市道路进行建模，首先需要获取道路中心线的控制点三维坐标数据，通过管廊定位线坐标反算获取数据，将获取的数据以Excel表进行存储。

采用与综合管廊标准段相同的方法创建城市道路模型。见图10。

以道路中心线为放样线生成道路模型后，为还原逼真的城市道路景观，需设置地面标志标线。对于标线图像来说，遇到曲线部分的道路模型，不宜沿着道路走向进行高效耦合，因而采用单独建立道路标线模型的方法达到还原真实道路的效果。根据现实情况，创建道路实线和虚线标线族。实线标线族通过沿道路中心线放样标线断面轮廓的方法创建；而虚线标线族沿中心线直线段自动排列布置，需考虑在曲线段处隔一定距离进行旋转布置。

2.2 沿线建筑物模型建立

沿城市主干道分布的城市建筑物较密集，周边建筑的分布情况同时也对综合管廊的建设运维及养护有着较大的影响。为充分利用空间和资源整合，消除地面、地下冲突，保证管廊施工及运营安全；同时减少周边对线路局部走向影响较大的房屋建筑等的拆迁量，降低施工养护成本，保证得到最优的综合管廊设计方案，对综合管廊上部沿线建筑物模型进行创建，通过BIM技术实现与上面城市道路模型相链接的效果。

要进行地上道路周边建筑物建模，首先要了解周边建筑物的分布情况，依据建筑物的类型，提取CAD图中的建筑物轮廓，将CAD中所属不同图层的建筑物分别导入Revit中，可以避免管廊沿线建筑物数量过多导致的手工建模效率低且精度不足的问题，本文采用Revit二次开发来完成综合管廊地面沿线建筑物的自动建模。见图11。

2.3 地面水系模型建立

通过对地面水系模型的建立，准确地将线路与水系连同建筑物相对位置关系进行直观表达，有利于不同专业之间设计的协调配合。水系主要包括呈封闭面状的湖泊和呈长带状的河流，河流还有干流与支流之分。采用不同建模方法进行模型边界线处理，通过参数化实现这两种水系的建模。

由于边界控制点数量对边界线形状影响较大，数据点不足将影响模型的精确表达，故为提高模型精度，对控制点进行内插。见图12和图13。

相较于湖泊建模，河流边界线受流域内地形特征的影响，边界线高程随地势高低起伏变化，对河流边界线的处理要重点解决干流和支流之间数据融合和模型的衔接。同样对河流边界点进行三次埃尔米特插值，但加密过程中会遇到数据点重合问题，需要进行加密后数据点的选择性剔除。为实现河流整体的快速建模，需要将干流和支流的所有有效数据点整合在一起。由于河流呈长大带状，无需考虑河岸坡度等局部信息，将河面相对高程、水深及地面相对高程使用同一套平面坐标整合在Excel中。见图14。

2.4 三维环境一体化搭建

综合管廊运维管理与管廊上部沿线城市场景息息相关。为提高道路建筑物模型真实性，研究道路模型快速建模方法和基于建筑物轮廓线的建筑物模型快速建模方法，完成城市综合管廊集成城市场景模型的搭建，最终搭建的实景环境建模整体效果。见图15。

3 结论

1）实现综合管廊BIM模型的快速创建、拼装、修改、样式调整和精确定位的过程需参考实际管廊施工图纸，结合现场勘察，根据管廊设计规范和真实数据对综合管廊中的分类构件进行编码和族库参数化创建。

2）利用Revit二次开发和Dynamo相关插件完成综合管廊整体模型的搭建，研究了各类管线布置与管廊主体结构及附属设施模型的适配能力，通过管线与管线之间的碰撞检测，实现了管廊结构的优化设计。

3）应用BIM技术集成三维立体城市景观，搭建综合管廊城市道路沿线建筑物三维模型需要将CAD轮廓线转换化为Revit模型线，应用Revit二次开发实现不同类别的建筑物模型自动建模，有效地提高了建模效率。

4）以BIM技术为基础，对信息设置和筛选，提出集成城市三维场景的综合管廊的三维建模的研究方法，此方法在管廊设计中具有很好的适用性。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部标准定额研究所. 城市地下综合管廊运行维护及安全技术标准：GB 51354—2019 [S].北京：中国建筑工业出版社，2019.

[2]郑立宁. 科学指导管线入廊 保证管廊运行安全——协会标准《城市地下综合管廊管线工程技术规程》T/CECS 532—2018解读[J]. 工程建设标准化，2020，（10）：20-21.

[3]郭" 健. 纳入大直径热力管的综合管廊设计研究[J]. 中国给水排水，2020，36（8）：82-87.

[4]Raya R K，Gupta R. Application of BIM framework on rural infrastructure[J]. Journal of Civil Engineering： Building and Housing，2022，（2）：23.

[5]马" 浩. 基于Revit综合管廊三维建模二次开发应用研究[D]. 西安：西安工业大学，2018.

收稿日期：2024-03-21

作者简介：朱鹏烨（1995 - ）， 男， 硕士， 河北定州人， 工程师， 从事铁路及轨道交通工程设计工作。