物联网和BIM技术在地下综合管廊建设运维中的应用研究

物联网和BIM技术在地下综合管廊建设运维中的应用研究

张松旭

（浙江省农都农产品有限公司浙江省杭州市310051）

摘要：随着城市化进程的不断推进，其对电力、通信、燃气等管线工程的需求量越来越大，而城市地下管线的安全问题愈来愈突出。传统采用直埋式的管线，设计缺乏系统性、整体性，排布错综复杂，地下空间未得到合理有效的利用，经常引起反复开挖路面的“马路拉链”的现象。地下综合管廊作为一种集约化的城市管线解决方案，将管线排布纳入到城市规划中，统筹各方管线信息，具有解决城市地下空间布局不合理，减少城市道路反复开挖，提高城市地下空间利用率，延长管线使用年限等优点。

关键词：物联网；BIM技术；地下综合管廊；建设运维；应用；分析

引言：近年来，很多城市为了解决地下空间的布局不合理问题，都纷纷建设了地下综合管廊，而在地下综合管廊的建设运维中，经常会应用到物联网和BIM技术。

1.地下综合管廊概述

根据《城市综合管廊工程技术规范》、《关于加强城市基础设施建设的意见》中明确指出：“城市地下综合管廊应统一规划、建设和管理，满足管线单位的使用和运行维护要求，同步配套消防、供电、照明、监控与报警、通风、排水、标识等设施。”地下综合管廊按照使用功能可以将地下综合管廊分为四类：干线管廊、支线管廊、电力管廊和缆线管廊。干线管廊主要起连接作用，一般不直接为用户提供服务。支线管廊主要是连接干线管廊和用户，可单仓和双仓敷设方式。电力管廊主要是用于敷设高压电力电缆，一般单独敷设，避免高压电力干扰和影响燃气管道的安全性。缆线管廊空间断面小、埋深浅，可包括电力、通信、CCTV、有线及网络干线等。

2.BIM技术在管廊设计中的应用

2.1协同设计

地下综合管廊空间小且入廊管线种类繁多，专业内部及各专业间极易出现设计冲突，而基于同一平台开展协同设计工作，可有效解决设计冲突及信息割裂的问题。协同设计平台的选择直接关系到设计质量的高低，目前，大多选择欧特克系列软件作为协同设计平台，如：Revit、Navisworks、Fuzor分别作为核心建模平台、检测分析平台和漫游仿真平台，并结合其他辅助软件，搭建一个整体的协同设计平台。

2.2管线排布及检测

地下综合管廊设计时，不仅要合理确定管廊结构尺寸，还要综合考虑管廊内管线之间的有效间距，以确保合理的安全距离和维修空间。地下综合管廊可纳入各类管线，但横、纵向管线穿插频繁，基于BIM技术进行管线排布时，应综合考虑管线的种类、数量、安全距离，以及管线的运输、安装、维护、检修空间等，同时，管线走向应合理可行且满足相应的行业规范。基于协同设计平台构建各专业管廊模型后，确定各种管线的平面和空间位置，借助软件来自动检测管线与管廊、管线与管线之间的碰撞问题，提前发现管线设计中的错漏碰缺，优化管线排布，完善设计方案。

2.3断面及节点设计

当前，尚未有通用的管廊标准断面形式，断面设计时应综合考虑地下空间、施工方法及要敷设的管线。基于BIM技术构建地形、基坑、管线、设备的三维模型，其形象直观的展示为管廊断面设计提供技术支撑。在对综合管廊的出入口、逃生口、吊装口、进风口、排风口、管线分支口、端部井、交叉节点、分变电所等复杂节点设计时，传统二维图纸往往无法表达三维节点关系，利用BIM技术可深层次的进行复杂节点设计，既需考虑管线位置、连接方式，以及管线之间的交叉对管廊内部空间的影响，又要考虑节点的易施工性等，分析节点设计可能出现的各种情况，得出最佳方案指导施工。

2.4净空检查

综合管廊模型构建完成后，在三维视图模式下，基于BIM设计软件对管廊尺寸进行标注，通过对模型剖切、旋转等方法检查管廊内的维修空间是否满足设计要求。将模型文件导入至Navisworks或Fuzor中，并定义人物对象及其属性信息，采用第三人漫游模式，了解管廊内部结构及廊内管线之间的空间位置关系，检查管廊内各种管线之间的净空和检修空间是否满足规范及后期运维要求。最后，根据净空检查结果，优化管线布置。

3.物联网和BIM技术在地下综合管廊施工阶段的应用

在地下综合管廊的施工阶段，技术人员可以利用BIM技术对地下管廊的各个构件、管线进行命名，使各个构件、管线拥有唯一的身份，然后，技术人员可以使用二维码技术或RFID射频技术，将RFID芯片卡外嵌到预制构件或现浇构件当中，再通过扫描终端对这些RFID芯片卡进行扫描，就能将各个构件、管线所对应的操作时间、操作人等信息查询出来。在确定了这一工序之后，扫描出的信息就会被输送到BIM服务器中，而构件的生产、质量验收、运输位置等信息也会被输送到事先建立的BIM模型中，最后经由信息系统来将构件信息和施工信息反映给管理人员，这样管理人员就能够直接通过管理平台来对施工的全过程进行管理。而在地下管廊的施工过程中，技术人员可以通过物联网技术将各个构件、管线的尺寸、型号、厂家、位置等信息全都记录下来，并汇聚成地下管廊运维数据库，从而使施工管理工作和后期运营工作变得更加方便。而在验收阶段，技术人员可以通过激光扫描仪来确定地下管廊中各个部件、管线的空间位置，构建出一个空间数据库，这样在施工环节发生故障的地点就可以得到所需的基础数据。

4.物联网和BIM技术在地下综合管廊维护阶段的应用

由于地下综合管廊必须要建设在地下位置，有着非常严苛的地下环境，因此，对地下综合管廊进行定期的维护是非常必要的。运用BIM技术，可以使建筑物的空间信息实现数字化，而运用物联网技术，则可以收集到各个建筑物的运行数据，并利用这些数据建立出一个地下管廊的综合数据库。通过这两个技术的应用，技术人员可以对地下管廊的运行状况有一个实时的了解。例如，技术人员在利用BIM技术进行数据建模时，就可以用添加参数的方法来输入管线的相关数据，如管线保修电话、管线维护时间等相关信息，当管线在未来发生故障时，事先设置的物联网传感器就能够根据故障的具体现象，自动将管线的相关信息提示给技术人员，这样就可以有效地减少地下管廊的维护成本，使故障的排除时间缩短。另外，技术人员在维护地下管廊时还可以采取机器人巡检的检测方式，在机器人的内部安装传感器，来实现数据的实时采集，这种检测方式能够最大程度地促进地下管廊的智能化，这也是未来地下管廊建设运维工作的重要发展趋势。

总结：综上所述，物联网和BIM技术在地下综合管廊建设运维中的设计、施工、维护等阶段，都有着非常重要的应用，并且均取得了良好的应用效果。实际上，物联网和BIM技术在地下综合管廊中的应用过程，就是对整个工程进行信息集成和信息融合的过程。因此，各地区的地下综合管廊建设运维工程应积极地应用物联网和BIM技术，这样才能将地下综合管廊提升到全新的智慧建筑层次上。

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