基于BIM和GIS技术在管廊全生命周期的应用

基于BIM和GIS技术在管廊全生命周期的应用

王作飞杨飞王文亮

机械工业第六设计研究院有限公司河南省郑州市450007

摘要：将某市地下综合管廊作为示范工程，全面介绍了BIM和GIS技术在该管廊投标、规划、设计、施工和运维5个阶段的应用，以新技术助力打造全新的智慧管廊工程。

关键词：综合管廊；BIM+GIS技术；全生命周期

1.工程概况

某管廊项目建设范围分布于东北片区，结构为矩形三仓，入廊管线包括：电力、燃气、电讯、热水、给水、再生水、蒸汽和污水等。建设干支线管廊共计约70km，缆线管廊共计约180km，是目前全国最大的综合管廊PPP项目。

2.理论框架

2.1BIM轻量化技术

BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM是对工程项目设施实体及功能特征的数字化表达。可实现项目全生命周期管理，BIM轻量化技术采用计算机图形学、计算机辅助设计和交互技术，较少BIM模型的点面数，保证较高的实时渲染性能，实现将数量大庞大、材质复杂的BIM模型轻量化处理，使得模型能用于普通电脑或移动设备上显示、使用，较小投入成本。

2.2GIS技术

GIS（地理信息系统）是对地理空间信息进行描述、采集、处理、存储、管理、分析和应用。GIS技术集成了地图视觉效果与地理信息的分析，对地理分布数据进行一系列的数字化统计管理和处理，具有成熟的空间管理功能，可统筹管控城市建设工程。GIS技术广泛应用于测绘、城市规划、城市建设、城市应急、环境保护等各个领域。GIS技术的四大技术特点可应用于城市建设中：

①数据管理，数据管理是GIS中最核心的组成部分，通过统一的平台实现关系型的图形与属性数据的统一管理、浏览、查询；②空间定位，具有统一空间参考的GIS数据具有空间位置信息，可实现空间定位功能；

③空间分析，具有强大的空间分析功能，可提供拓扑分析、缓冲区分析、空间插值等空间分析功能；④多元展示，GIS技术不仅实现了二维数据的展示、浏览，也可对二维数据进行加工建模，以三维模型展示空间数据。

3.研究思路

3.1技术路线

基于“BIM+GIS”涵盖了城市建设项目的全生命周期，包含工程设计、模型审查、工程监管以及成果应用。BIM技术可以为GIS中的空间地物提供详细的建筑结构信息，更详细了解构件物内部状况；GIS技术可为BIM提供空间位置信息，更便捷地浏览查询和管理BIM模型。

3.2系统架构

基于“BIM+GIS”的综合信息平台，利用BIM三维模型库、GIS地理信息库和项目信息库，通过BIM轻量化平台、Skyline三维地理信息平台以及Oracle数据库支撑，应用于工程建设的各个阶段，可被施工单位、审图机构和政府监管单位使用。

3.3系统布局

基于“BIM+GIS”的综合信息平台采用B/S与C/S相结合的系统布局：信息报送与审核子系统采用B/S架构建设，主要用于各建设单位提交项目BIM模型，审图机构下载建设单位提交的BIM模型进行审核，并反馈审核意见；综合展示与分析子系统采用C/S建构建设，系统采用“BIM+GIS”技术建设，主要用于服务项目监管单位，用于BIM综合展示、查询、分析、输出和辅助决策。

4.工程BIM应用

4.1方案策划决策

利用VR技术（图一）虚拟环境，分析方案的合理性与科学性，并进行重点、难点、高风险点方案的决策。BIM设计可以进行可视化分析，还可以优化决策、降低风险、减少成本以及提高竞标方案的可行性。

图一

4.2基于BIM+GIS技术的智慧规划

GIS使现状的空间位置与属性相对应，并进行可视化表达，实现信息的快速查询与分析，使管廊规划更具科学性，同时提高设计与管理的工作效率。多规统筹，GIS缓冲区分析和叠合分析，配合因子权重和专家打分机制，使空间耦合，确定合理规划方案。实现BIM模型的轻量化处理后，通过局域网或互联网与服务器的连接实现BIM模型在GIS系统中的三维可视化展示，可实现Web浏览器查看、多角度模型展示、分层模型展示、模型初始化、模型透明展示等功能，还可实现三维底图的环绕分型、分型浏览和地下漫游等功能。

4.3各专业设计建模

将无人机航拍技术与3D实景建模相结合，精准高效地完成项目场地地表建模工作，使道路深化设计、结构分析计算、附属设计、管线综合以及管廊全专业实现三维协同设计。

4.4基于BIM技术智慧工地建设

基于BIM技术实现科学场地布置，实现三维可视化交底、BIM质量电子化样板引路、管廊净空检查分析、二维码和云平台信息化项目管理、质量和安全移动端管理，进而实现工程成本管控。

4.5基于BIM+GIS技术智慧管廊运营

1）以BIM数据库为基础，构建涵盖综合管廊全生命周期的数据中心，通过智慧管廊平台实现与监控中心的信息联动，动态反映综合管廊的实时数据；

2）基于三维模型的动态数据，结合GIS技术，实现对人员及故障设备位置的及时掌握，便于进行巡检管理及开展事故应急处理；

3）基于BIM模型，结合GIS、移动互联和人体工程学等专业技术，可以融合各种专业数据，实现图形化和数字化的运维管理汇报展示；

4）基于三维模型，结合虚拟现实技术，实现虚拟场景下的廊内漫游，不仅可用作管廊的参观展示，更可以对管廊运维管理人员进行培训，尤其是紧急状态下的流程演练；

5）BIM模型信息集成化，形成工程信息共享平台，为今后管廊改造、扩建、修缮和更新等提供数字化资料，实现智慧化运维。

5.经济效益和社会效益

1）节约设计周期约37%；

2）减少施工损失约20%；

3）提高了PPP项目的协同能力；

4）有效避免了材料供应风险、技术风险、工程变更风险、竣工风险以及成本控制风险；

5）提高项目的管控能力和盈利水平；

6）项目的规划、设计、实施和运营全生命周期采用先进理念技术，结合项目特色，解决关键难题，项目创优全国示范；

7）在本项目成功举办了“以标准化信息化为抓手，以创精品工程为目标，全面提升中国十七冶集团工程建设管理水平，打造中冶管廊第一品牌”为主题的管廊工程观摩交流会，得到了一致好评，起到了较好的示范和引领作用；

8）本项目收录到中央电视台《厉害了，我的国》栏目并多次进行专题展播，进一步提升了公司作为管廊领跑者的品牌形象。

结语

综合管廊作为现代化智慧城市建设的重要组成部分，统筹各类市政管线规划、建设和管理，解决架空线网密集、管线事故频发和路面反复开挖等问题已经成为国家推进建设的重点。本工程是全国较早在管廊全生命周期中应用BIM+GIS技术的项目，极具示范意义，可以为今后管廊在智慧建造和运营研究方面提供一定的参考价值。

参考文献：

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