市政工程复杂地下管线BIM技术的应用

李蒙，苏颖 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

随着我国市政工程建设的高速发展,施工过程中对于地下管线的施工前复核尤为重要。在传统方法对地下管线施工前的复核主要采用二维空间的复核手段，一般通过传统的施工图纸进行查看统计，经多专业人员对图纸的统计得出管线的断面图、平面图以及交叉节点图等，然后对各专业管道进行碰撞分析，很难对管线的所有交叉节点以及管网整体实现全局性的分析，亟需一种可以对于管线进行全方面精确分析的方法。根据文忠路（郎溪路-少荃街）道路及管廊工程01 标项目施工实践，主要对市政工程复杂地下管线BIM 技术的应用进行了详细介绍，工程施工后满足了施工要求，在类似工程中具有借鉴意义。

1 工程概况

文忠路（郎溪路-少荃街）建设工程位于合肥市新站高新区境内，文忠路（郎溪路-沪陕高速）道路工程，为城市高架快速路，南起郎溪路与包公大道交口，向北跨越淮南铁路线，与淮海大道、魏武路、梅冲湖路、濛河路等相交，终点至北环高速，全长约12.24km。 其中少荃湖以北受基本农田等用地限制，整个项目以在建少荃湖隧道为界，分南北两期实施。本次施工内容为文忠路一期工程（郎溪路～少荃街）段，桩号范围为K0+397～K7+050，起于郎溪路包公大道交口，终点至少荃街，道路设计范围全长6.6 5km。

本项目为现状道路改造项目，沿线现状管线布设基本完善，全线已建有雨水、污水、供水、燃气、弱电、供电等管道。另新建雨水、污水、供水、燃气、弱电、供电等管道。由于本项目为老路改造项目，且地下管线情况复杂，涉及管线单位较多，现场施工过程中应着重分析各个管道之间的位置关系，避免管线因碰撞而无法埋设的现象发生。

2 BIM技术特点

精确性高，由于导入的管线数据都是根据大地坐标、尺寸生成的，所以管线间的相对位置以及管线与管井间的相对位置都是绝对准确的。

效率高，通过dynamo 编写节点数据整理后可实现一键生成模型。

全局性强，通过建立各专业管道、结构的模型可便捷地分析各种管道之间以及管道与结构之间的位置关系。

适用性强，适用于各种地下管线复杂的工程项目。

低风险，项目部可以提高安全性操作。所有建模信息须在整个有效期内可被查看。

3 管线建模

3.1 建模原理

本项目由于管线繁多模型数量庞大，决定采用Dynamo 与Rvit联合建模，Dynamo 中形成Revit 模型主要分为两种模式：一种是在Revit 中做好族，在Dynamo 中通过编程设计规律放置该族；另一种则是通过Dynamo 直接创建实体形状，再利用“Direct Shape. By Geometry”或者是“Import instance .By Geometry”转换成Revit 模型。本文采用第一种dynamo 建模方法。Dynamo 作为Revit 插件运行时Revit 与dynamo 共享坐标原点，首先创建可以参数驱动的Revit 族。通过Dynamo 读取到Revit 文件后会将revit 族加载到自身的操作空间内，并根据已建立好的程序节点通过表格数据驱动加载的族生成三维几何模型，并将成果同步映射到Revit软件环境中，完成参数化建模流程如图1。

图1 管道模型

3.2 数据整理

首先根据施工图纸、CAD 图等资料通过查阅各种管道的平面布置图、横断面图以及局部节点的交叉布置图统计整理既有数据，将管道坐标、直径、高程等信息分别统计，所整理的数据应将管道相连接的数据整理为一个文件，将支管另行整理统计。其次对于市政工程原有管道进行采用物探的方法，将老路进行精细的物探，尤其对一些路线交叉的地方应进行更加细致的调查。其后将物探得到的数据进行整理并分类统计各种管道，数据统计过程中由于各种管道较为复杂应进行多人多次统计以确保统计数据的精确性为后期建模精度做铺垫。由于导入的管线都是根据大地坐标、尺寸生成的，所以管线间的相对位置以及管线与管井间的相对位置都是正确的。

3.3 Dynamo生成模型

将设计院下发的CAD 图整理将其他图层删除或隐藏只保留雨水、污水、电力、供水、信息等管道的模型并将上述各种管道的CAD 进行分类，每一种管道均应对应相对的CAD 图，在数据统计完成后首先应把想要创建的管道CAD 导入revit 中作为底图。然后开始编写dynamo 节点，根据逻辑关系在dynamo 中依次编写调取表格数据、将表格数据分类、调取revit 可驱动族文件、通过所得数据驱动调取的revit 族文件、创建添加模型信息的节点如给创建的族文件添加颜色、族名称等便于区分管道以及为后期碰撞部位的快速寻找做准备。管道自动生成节点如图2，节点一次编制可反复利用。其中管道族由两点自适应模型创建，由管道两侧高程数据控制管道的坡度，管井使用常规模型根据表格数据驱动管井的直径、高程、井深即可。在数据统计完善的基础上不同管道设定不同的颜色进行管道建模的区分，实现一键生成。另外通过CAD 底图复核生成的管道模型的位置，确保管道模型的精确性。

图2 Dynamo节点

3.4 各专业管道合并

在上述dynamo 联合revit创建管道模型的方法中根据已整理统计的各专业管道相关数据分别导入Dynamo 中生成雨水、污水、电力、给水、燃气、信息等现状以及新建管道模型，模型创建完成后应仔细检查创建的模型与CAD 底图的位置关系，如若发现位置不对应，应全面分析发生此种问题的原因，如信息统计错误、地勘错误、CAD 图纸发生错误等。分析原因后应仔细研究解决方案确保模型建模的精度。在保证各专业管道建模精度达到要求的基础上将不同的管道建立不同的项目文件保存备用。最后可将各专业模型在revit 中合模，如图3，即可在三维空间中对各专业管道位置关系进行初步观察分析，并对本项目管道大致分布以及对管道复杂节点具有初步认识，以便确定后期施工过程中需重点控制的位置。

图3 管道合模

4 碰撞分析

在navisworks 碰撞检查中首先将各专业管道以及桥梁结构模型导入到软件中，其次分别建立雨水与污水、污水与电力、给水与燃气等各专业管道之间以及管道与结构之间的碰撞检测项目，最后将各专业模型关联到已建立的碰撞检测项目中进行碰撞分析，如图4，组织项目部各专业技术人员对碰撞检查项目中的碰撞位置进行分析，应综合考虑碰撞的原因。排除一些数据错误、人为误差等原因发生的碰撞，对一些因图纸导致的问题进行与设计人员进行对接共同分析讨论碰撞发生的原因以及解决碰撞的方案。最后逐个查看碰撞的部位，将一些不影响工程施工的软碰撞排除。

图4 碰撞检查

碰撞分析后可将碰撞分析数据中对工程有实际影响的硬碰撞部分的坐标、碰撞距离、碰撞的效果导出形成报告。将导出的碰撞报告进行整理统计，并将每个碰撞位置进行仔细的分析研究碰撞发生的原因以及解决碰撞的方案。并可将碰撞报告进行施工交底和方案汇报，现场施工人员及施工班组通过对管道间距的了解，来确保施工不会对地下管线有影响进而避免由于施工而错挖管线的情况，提前规避可能遇到的施工协调及工期延误问题。

5 解决问题

以项目NW 匝道桥21#桥墩处为例。此处管线交叉复杂其中又包含多座桥梁，仅通过现有的图纸分析很难对每个结构物及管道进行全面地分析，采用BIM 技术则较为便捷地解决了此处的问题。经BIM 技术进行碰撞检测分析，如图5，显示YN10-YN11 雨水井间的雨水管道与NW 匝道桥21#桥墩及承台发生硬碰撞，经调查分析此处碰撞为设计图纸有误。项目部及时汇报建设单位，经建设单位牵头项目部与设计单位对接此处的碰撞问题，随即设计单位进行现场勘察后及时变更此处管道的走向，避免了返工。在整个项目实施过程中通过BIM 技术对地下管线的碰撞进行分析后，提前解决了多个诸如此类的问题。另外此种方法已经在本公司推广应用，经应用过后效果显著，为公司带来了巨大的经济与进度效益。

图5 碰撞分析

6 硬件配置

如表1。

设备表 表1

7 重点控制

①建模时将设计院下发的管道CAD 图 导 入revit 中 再 进 行dynamo 建模，用CAD 图复核建立的模型，确保模型的准确性。

②由于整理出的坐标、尺寸等数据对模型建立有决定性的影响，所以整理数据时应由多人同时整理，确保数据的准确性。

③进行碰撞分析排除软碰撞时，应有专业管道工程师进行分析排除，以确保排除的均是不合理碰撞。

④在进行碰撞结果交底时，应由专业工程师清晰地对碰撞报告进行解释，防止词不达意引起理解错误而导致的工程质量问题。

8 效益分析

①本项目采用BIM 技术快速准确地完成项目多专业BIM 模型创建，基于BIM 模型的桥梁复杂节点三维设计深化、管线碰撞等应用，给项目带来工期节省15天，直接经济效益54万多元。

②管线碰撞采用BIM+VR、BIM+智慧工地等展示方法，提高了项目与各项目参建方与交管部门的沟通效率，给项目带来工期节省20 天，直接经济效益约102万元。

9 结语

市政工程复杂地下管线BIM 技术的应用，是对传统施工中对管线分析的改革，是从二维到三维可视化技术的技术创新。通过BIM 技术，提前解决设计图纸存在的“错、漏、碰、缺”等问题，减少设计变更，提升设计成果质量。同时结合现场施工组织设计，进行BIM 辅助三维设计深化，通过可视化的三维模型提高了施工交底效率，降低施工过程中非必要性的材料损耗，达到了提效降本的目标。具有较强的经济性，适用于各种地下管线复杂的的市政工程。