管线ＢＩＭ建模技术在道路工程的应用

　　近年来，ＢＩＭ技术凭借其可视化、模型性、协调性等特点及优势，在建筑工程设计中广泛应用，并得到了设计人员的普遍认可。在道路工程设计阶段，ＢＩＭ技术逐渐替代原有平面设计，成为总体设计的主流技术。但基础设计所依据的现状地下管线资料仍停留在ＣＡＤ平面图阶段，如何将现状地下管线资料转换为设计可使用的管线ＢＩＭ模型，将是未来研究的重点。本文以实际道路工程为例，详细阐述了道路工程中采用Ｂｅｎｔｌｅｙ平台进行现状地下管线ＢＩＭ建模的优势、建模流程及应用范围。

　　［关键词］ＢＩＭ技术；Ｂｅｎｔｌｅｙ；建模方法；道路工程；设计；应用

　　市政道路作为城市平稳运行的生命线对交通运输、居民工作生活及文化娱乐活动的开展有着至关重要的作用，随着我国道路交通领域的不断发展，对市政道路的建设也提出了更高的要求［１］。在市政道路建设过程中，城市地下管线作为规划、设计、施工阶段的重要实施依据，既需要充分考虑其可利用性，同时要考虑道路施工区域的新建管线、改移管线情况。传统现状综合管线图及设计管线图的绘制主要采用ＡｕｔｏＣＡＤ来制作完成，ＡｕｔｏＣＡＤ主要展示的是二维平面位置，以综合管线图为例，二维图纸直观表达的是管线平面位置，空间位置则需要通过管线成果表及管径来推算，尤其是管点间的管段，高程更是难以把控，容易造成设计工作的疏漏。而ＢＩＭ技术凭借其可视化、模型性、协调性等特点及优势，在建筑工程设计中广泛应用，并得到了设计人员的普遍认可。在道路工程设计阶段，所需的设计依据将由现状地下管线ＣＡＤ平面图向ＢＩＭ模型转变，这种转变不仅丰富了现状地下管线探测成果形式，又使得在设计、施工阶段能够实现数字化、关联化，有效提升了工程精度及合理性。

　　１ＢＩＭ技术的特点及优势

　　ＢＩＭ技术作为一项新兴技术，它不仅具有可视化、模拟性、协调性、优化性、可出图性等优势，而且还能实现由二维绘图模式向三维绘图模式的转变，从而更直观、全面的展示管线信息［３］。

　　１．１可视化

　　ＢＩＭ技术构建的建筑模型是三维立体模型，建筑模型能够将施工的各个环节直观的展示出来［４］。如道路断面、地上基础设施、地下管线构件等等，趋近真实场景的模型相对平面图可以有效加强各个阶段的精准度，能够让参与项目的各专业人员更好的沟通交流。

　　１．２模拟性

　　在现状综合管线ＢＩＭ模型基础上进行设计，可模拟各个构件的摆放位置、道路铺设情况及周围构筑物的运行情况，从而有效规避管线施工阶段、运营阶段存在的问题，制定高效的解决对策，有利于设计方案的调整、施工造价的计算及成本的控制。

　　１．３协调性

　　道路工程涉及的参建单位既包含建设主管部门、建设单位，又包含勘测单位、设计单位、施工单位、监理单位等，每个参建单位所考虑的工作重点并不相同，所以协调配合工作是项目实施的关键因素。传统的平面图纸存在承载数据量有限等因素的制约，使用过程中可能会因为各个环节的疏漏，导致参建单位所见内容不一致，也会忽视一些细节问题或问题被重复考虑［５］。ＢＩＭ技术实现了工程中涉及的各个管理层面的有效沟通，加强了工程项目总负责人对下属多个管理层和管理人员的全面管理，同时也有利于建筑工程项目总负责人对相关数据的汇总和分析，从而有效提升统筹规划能力［６］。

　　１．４优化性

　　在道路工程方案设计中，一旦有某个环节数据发生变化，ＢＩＭ技术会及时、自动的进行数据调整，减少不必要的工作环节，减轻设计人员的工作量，提升工作效率。另外，应用ＢＩＭ技术，设计人员能及时发现设计方案中存在的问题，及时调整，实现市政道路工程设计方案的不断优化［７］。

　　１．５可出图性

　　ＢＩＭ模型不仅能绘制常规的建筑设计图纸及构件加工的图纸，还能对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，出具各专业图纸及深化图纸，使工程表达更加详细。

　　２现状地下管线ＢＩＭ建模方法

　　目前，建筑物、施工及管线等设计主要通过ＢＩＭ平台开展工作，但设计依据却往往以平面图形为主，从而给ＢＩＭ设计带来了极大的不便，因而如何构建现状地下管线ＢＩＭ模型为设计提供便捷的基础依据便成了亟待解决的问题。

　　２．１建模对象

　　某道路工程地下建模对象包括拟建道路区域的电力、供水、燃气、热力、通信、有线电视、排水、工业等８大类管线，以及对应井盖、井脖、井室、化粪池等相关构筑物。管径类型包括管道、沟道、管块及直埋线缆。２．２属性调查内容地下管线ＢＩＭ建模时，由于需要表达管线空间位置信息，因此常规管线成果中的属性信息已不能满足建模要求。明显点调查时，除调查的常规埋深、管径、管偏、材质等属性信息外，还需对窨井井盖、井脖、井底、井室的尺寸、材质、埋深等信息进行补充调查；探测隐蔽点时，为保证模型空间位置关系准确，避免由于管点稀疏导致空间碰撞的情况，除适当加密隐蔽点外，还应在管线交叉位置、管线间距小的区域设置管线点。

　　２．３ＢＩＭ建模流程

　　建模流程如图１所示。２．３．１建模软件本次建模采用Ｂｅｎｔｌｅｙ平台中的建模软件ＡＥＣＯｓｉｍＢｕｉｌｄｉｎｇＤｅｓｉｇｎｅｒＶ８ｉ（以下简称ＡＢＤ），辅助工具为ＡｕｔｏＣＡＤ软件。２．３．２图形预处理现状管线平面图中点、线属性多样，开展建模前，需对平面图属性进行检查，并采用Ａｕｔｏ－ＣＡＤ将绘制的现状地下管线平面图线条和实体的高度改为“０”，确保底图调整为纯二维管线图，为方便后期操作，将修改完成的平面图另存为ＡｕｔｏＣＡＤ２００７以下版本。将修改完成后的ＡｕｔｏＣＡＤ管线平面图形文件参考附着ＡＢＤ，并将其中的各类管线图层一并导入至ＡＢＤ，复制为建模所用的管线底图，并根据相关规范设置各类管道颜色；根据现场调查管线属性设置各类管线的材质，并导出ｘｍｌ格式的材质库文件和ｃｓｖ格式的图层文件，以便在后期建模过程中统一建模标准。２．３．３管线模型建立建立各专业管线模型前，应根据井盖尺寸、井面高程、井底高程、井脖高程、井室大小等属性信息建立附属物的实体模型库，以便建模过程中选取调用；管径则根据管线的截面尺寸建立方管、圆管及方沟，由于无法以模型形式表示“１条”、“２条”等直埋管线，在现场调查过程中此类直埋管线均应以管块、管道形式表示。附属物模型库建立完成后，根据各类管线的属性，选定对应图层，采用相应的绘制命令，参照管线的管径、高程等信息按统一方向逐条建立管线段模型。并根据节点属性调用模型库内的实体样式，将井盖、井室、变电箱等附属物及建（构筑物）添加至模型之中，形成包含点、线、面的单一管线模型。单一管线模型建立完成后，使用软件导入合并功能将各类管线进合并，经过检查、修改后，形成初步综合管线成果模型。２．３．４现状管线模型碰撞原因分析（１）平面图属性错误ＢＩＭ建模的依据是管线平面图，管线平面图中的管线高程、管井属性标注错误，会直接导致各类管线间的碰撞及管线与井室的碰撞，在平面图预处理过程中应进行相应的检查。（２）管线段缺少隐蔽点在管线敷设过程中，往往会因为需避开相邻管线或穿越河道、铁路等区域而出现弯折、变坡、变径的情况，尤其是电力、通信等柔性管道及供水、燃气等压力管道，而直埋点设置不合理或缺失会直接导致管线走向偏差，从而造成空间碰撞。此类碰撞问题则需要根据现场实际情况加密管线点，并调整管段模型位置。（３）管线穿井敷设市政综合管线中，路灯、交通、通信等管线存在穿井敷设的情况，但对于排水、供电、热力等相对大型的管道来讲，此类情况较少。管线空间碰撞在使用平面图进行ＢＩＭ建模过程中较为常见，不管是哪类原因引起，都需根据现场实际情况进行判断和补充，并不断优化模型成果，直至与现场管线探测结果一致。２．３．５模型优化管线碰撞分析完成后，结合分析报告对成果进行优化补充，规避模型不合理碰撞情况。更新修改后，再次进行整体质检，形成最终的现状地下管线ＢＩＭ模型成果，如图２、图３所示。图２综合管线ＢＩＭ模型成果

　　３现状地下管线ＢＩＭ模型的应用

　　３．１设计阶段

　　３．１．１三维管线设计在现状管线ＢＩＭ模型的基础上，结合周边市政管线的运行可能产生的影响，选取可以利用的市政管线及新建管线平面位置、深度、管径及构建的放置位置，并根据地形走势、道路交通、施工地点周边环境等因素，优化设计方案。３．１．２碰撞检查分析在上述设计完毕之后为了验证设计成果的可行性，对设计方案与现状市政管线进行碰撞检查，必须要依照其实际的状况来编制碰撞检查报告，然后按照其碰撞检查的结果来重新调整其模型，完善其施工图纸，发挥出该技术的指导效用［８］。３．１．３工程量的计算相对于平面管线图，ＢＩＭ管线模型在工程量的计算中优势明显，由于其具有可视化、参数化的特点，使得工程量的计算结果更加准确。工程量的计算中不仅仅包括设计管道长度、施工面积、用料体量、工程造价等方面，还包含了设计管线模型和现状市政管线模型碰撞区域管线改移的体量及造价。３．１．４成果的展示以现状管线三维模型为基础，通过改变对比色，可以在与规划部门、建设主管部门、建设单位沟通过程中更好的进行设计成果的展示及说明，能够直观的体现各类管线的相对关系，提升工程的整体设计效果。３．１．５管线设计出图以现状市政管线ＢＩＭ模型为依托，管线设计模型可以结合与周边现状管线的模拟运行情况，将设计完毕的方案合理打印，并结合管线的运行数据，进一步提高道路工程设计方案的合理性.

　　３．２施工阶段

　　３．２．１模拟施工进程在施工阶段，根据现状管线ＢＩＭ模型掌握施工区域周边现状管线的分布情况及特点，根据设计方案进行模拟施工，对设施构建进行模拟安装，统计施工过程中可能出现的与周边市政管线碰撞情况，提前做好相应影响区域管线的保护措施及应急预案，减少在施工阶段出现错误和返工的可能，有效的降低设计变更频率及范围，方便施工工作的开展。３．２．２指导施工开展根据现状管线及设计管线ＢＩＭ模型指导施工进程，方便对施工过程中出现问题的可视化分析，能够有效的提升施工效率，把控工程实施进度。

　　３．３运营阶段

　　３．３．１提升事故处理能力根据施工进程调整后的管线设计模型加入现状管线ＢＩＭ模型中，形成该区域的现状综合地下管网模型，在管线的综合管网运行过程中，如出现管线破损、淤堵的情况，可以模型为依托进行分析判断，进而进行模拟修缮及现场解决，提升综合管线事故处理能力。３．３．２为管网改造提供数据支持后期管网改造中，为规划设计提供可视化的数据支持，方便各项工作的开展和落实。３．３．３实现管网查询统计、集中管理以现状地下管线模型为基础，可与管线ＧＩＳ系统进行对接，进行集中管理，形成涵盖管线查询、统计、更新等功能的综合管理系统。

　　４结束语

　　随着道路管线工程的深入开展，施工精度、成本把控、风险控制等各个方面的需求将会不断提高。ＢＩＭ技术凭借其在设计阶段、施工阶段及运营阶段的优势，将会逐渐取代二维平面图成为工程开展的主流技术。将ＢＩＭ技术越来越多地应用到工程中，可有效降低成本，提高施工质量。对于现状管线探测工作而言，需具备多样的成果形式、全面的属性信息、便捷的成果应用等特点，才能顺应市场发展。而使用Ｂｅｎｔｌｅｙ平台中的软件ＡＥＣＯｓｉｍＢｕｉｌｄｉｎｇＤｅｓｉｇｎｅｒＶ８ｉ可实现现状地下管线ＢＩＭ建模工作，为包含道路工程在内的各项工程建设工作提供优质的测量解决方案。但目前建模过程以人工干预为主，效率较低，快速自动建立现状地下管线ＢＩＭ模型的方法仍需继续探寻。

　　参考文献

　　［１］张方明．市政道路桥梁主要建设技术分析［Ｊ］．价值工程，２０２０，３９（２）：１７５－１７６．

　　［２］王伟．ＢＩＭ技术在地图测绘中的应用研究［Ｊ］．北京测绘，２０１８，３２（７）：８７７－８８０．

　　［３］刘国光．ＢＩＭ技术在深基坑监测中的应用与研究［Ｊ］．北京测绘，２０１８，３２（３）：３５９－３６２．

　　［４］张伦．ＢＩＭ技术在建筑工程管理中的优势［Ｊ］．砖瓦世界，２０２０（１６）：１９６．

　　［５］周全．市政给排水管线设计中ＢＩＭ技术的应用研究［Ｊ］．建筑设计，２０１９，３６（９１９）：９３８．

　　［６］黄路露．ＢＩＭ技术在建筑工程管理中的优势［Ｊ］．中国房地产业，２０１９（１１）：１８４－１８５．

　　［７］刘哲．基于ＢＩＭ技术的市政道路桥梁设计探究［Ｊ］．可以创新与应用业，２０２０（２３）：１０２－１０３．

　　［８］张艳青．市政给排水管线设计中ＢＩＭ技术的应用研究［Ｊ］．市政建设，２０１９，１１（２３１７）：２３９９．

　　［９］王会波．浅析ＢＩＭ技术在市政给排水管线设计中的应用［Ｊ］．工程技术，２０１９，７（２４９）：２７０．

　　［１０］王校成．ＢＩＭ技术在建筑施工中的优势及应用探究［Ｊ］．中国建筑装饰装修，２０２０（６）：１０６．

　　作者：王羽 冯子坤

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