基于BIM技术的管廊运维平台应用研究

　　摘要：为解决地下综合管廊传统施工方式信息化程度不足、难以协同等问题。利用 BIM 技术与 GIS、物联网、云计算等高新技术进行管廊运维管理，基于 BIM 技术在应用中的适用性和需求性，构建管廊三维可视化运维平台，实现信息共享，能有效提高管理效率、协同水平，控制工程建设进度、质量、安全风险，为综合管廊后期运维和构建信息可视化平台提供技术参考。

　　本文源自李应来;许金鑫;， 重庆建筑 发表时间：2021-07-25

　　关键词：BIM;综合管廊;运维平台;智能化;信息化

　　0 引言

　　城市综合管廊亦称地下市政综合管沟、共同沟、共同管道，是一种可以容纳多种市政管线的公共隧道， 这些市政管线包括电力、热力、自来水、排水、天然气等[1]。 综合管廊不仅解决了城市交通拥堵的问题，而且极大地方便了城市管线结构的后期维护和检修，是保障城市运行的“生命线”，经过效益分析和比较，综合管廊较传统直埋管线总成本降低 23%[2]。 本文针对综合管廊运维的特点，提出将 BIM 技术运用到管廊的运维管理中，通过分析管廊运维平台的需求和工作内容，结合具体项目构建以 BIM 技术为核心的运维平台，以此来提高管理效率，降低运维风险和成本。

　　1 BIM 技术在管廊运维平台中的需求分析

　　1.1 管理需求分析

　　综合管廊一般是在城市地下建造，将电力、通信、供水、热力、能源等市政公用管线， 根据规划要求集中敷设在同一个构建物内，实施统一设计、施工、管理的市政公用隧道空间[3]。 传统的施工管理存在着信息化程度不足的现象，同时在整个施工管理体系中各工序步骤、施工进度不协调，信息孤岛问题严重。基于 BIM 技术的地下综合管廊运维管理平台以管廊三维模型为基础，按照空间划分为监控中心和现场管理中心，建立工程数据库，涵盖参建各方的建设行为、施工材料、进度录入、工作文档日志等，建立三维可视化平台给管理者参阅。 当点击任一部件或设备时，能够看到管线基本信息，实现及时指导、提示和预警。 结合管廊运维内容的特点，提出以下几点功能需求：

　　(1) 数据实时采集。 通过管廊运维系统进行管廊主体结构、管 线、设 备 状 态、周边环境的实时采集;各 单 位 操 作 人 员 及 时 上传、修改、更新相关信息。

　　(2) 信息可视化管理。 管廊系统能够直观展现三维模型、管线和设备的运行状态以及项目相关信息， 并且能够一一对应，让管理人员对目前运行状态有清楚的了解。

　　(3) 自动监测和预警。 依靠管廊结构体上的传感器对管廊内部及周边环境、监测管廊沉降情况、水平位移情况、管片收敛和渗漏情况等进行实时监测。 若有突发情况，能够显示发生部位详细情况，及时反馈给总控中心和相关部门。

　　1.2 信息需求分析

　　在综合管廊运维平台中最基本的元素就是信息，信息也是运维系统里最重要的元素， 每个部分管理模块都需要对应的数据。针对功能需求，可以把信息分为三类：

　　(1) 监控信息。 城市综合管廊监控系统分为五大子系统，分别是火灾监控系统、视频监控系统、环境监控系统、安全防范系统及设备监控系统[4]，为运维平台管理人员提供管线各个部位状态、安全等方面的信息。

　　(2) 施工信息。 系统能够清晰显示施工人员上传的工序所需材料用量、施工进度、监理工序审核状态等信息。

　　(3) 资料信息。 包括设备和材料的标签信息、合同信息、资金流水信息、安全培训信息、监理检查记录、操作手册和工作管理规定等，能够保证在平台系统里查询明细，有效减少工作失误。

　　2 基于 BIM 技术的管廊运维系统构建

　　2.1 “BIM+”技术

　　BIM 是利用一个包含了建设项目物理特性与功能特性的数字模型， 并考虑该模型的信息共享和互用性技术服务于建设项目的全生命周期的决策与分析[5]。 从工程实践中得出，单独使用BIM 技术的案例逐渐减少， 而将 BIM 技术与其他专业进行集成后， 进行二次开发的深度应用 案 例 逐 渐 增 多。 也 就 是 出现 了“BIM+”的 特 点[6]，如 图 1 所示。

　　(1) BIM+GIS。 GIS 是由计算机硬件和软件系统支持，收集、储存、管理、计算、分析、显示和描述空间中地理位置分布数据的技术系统[7]。 将 BIM 技术与地理信息系统集成到地下综合管廊中，模型中的空间信息与周边地理环境结合，可以在平台中清晰地看到管廊具体地理位置及周边的地理面貌。 可以提前规划建设路线， 有效避免因设计不合理而造成的公共资源浪费，对发生故障的位置能精确三维定位，及时抢修。

　　(2) BIM+物联网。 通过在监测目标上预先嵌入红外传感器、气体传感器、 遥控设施设备及射频识别装置接入到平台，建立一个互联网络，获得有关综合管廊自身及运行情况的关键参数。 BIM 与物联网集成应用可进行实时数据分析， 及时准确发现隐患及突发意外，并警示应对。

　　(3) BIM+云计算。 云计算是一种基于互联网相关的计算技术，具有强大的计算能力，可以快速处理十亿甚至万亿计的信息数据， 并反馈给用户， 实现各种终端设备之间的互相联系[8]。在综合管廊运营和维护阶段，可以将 BIM 中复杂的工作转移至云端，提高计算效率。 也可将管廊实时状况上传至云端， 用户通过电脑或者移动端连接云服务， 方便查看管廊在运营维护阶段管线的相关信息。

　　2.2 基于 BIM 的运维平台构建

　　2.2.1 平台构建理念

　　通过 BIM 模型与 GIS、物联网、云计算等新的互联网技术进行实时关联，将管廊项目的前期设计、中期施工、后期运维紧密结合起来[9]，赋予建筑信息模型化，并与平台的现场监控系统结合使用，对管廊内的部件和设备实时监测预警，将地下管廊信息转化为数据传到平台，使系统各单位操作人员共享信息，达到及时指导、提示和预警的效果。

　　2.2.2 平台构建模块

　　利用 BIM+GIS 技术，结合物联网、云计算等信息化手段，将管廊三维模型、周边环境和施工条件等数据相融合，使模型的每个部位都有详细的信息与之匹配，整合到运维平台，供管理人员查看。

　　(1) 技术支撑层。 包括对管廊内外监控、周边环境监测以及管线安全进行数据采集的子系统，实现信息共享联动、统一协调。

　　(2) 数据层。 通过 BIM 技术与 GIS、物联网、云计算进行二次深度开发，实现综合管廊各类数据、信息的集中存储、管理、分析与共享，为各类智慧应用提供完整的、有效的数据支撑[10]。

　　(3) 应用层。 结合现场实际数据与互联网技术，在各个子系统中能够查询信息、监测预警设备状态，实现管廊全生命周期管理。

　　(4) 展现层。 平台按照用户的权限展现不同的功能界面，界面能够显示管廊基本信息，承担简单的逻辑处理功能，实现运维管理工作简单化、智能化、人性化。

　　3 BIM技术在管廊运维平台中的应用分析

　　3.1BIM 技术在管廊平台的应用实例

　　合肥市某项目地下综合管廊总长度 3.6km， 三舱断面分别为电力舱、综合舱、燃气舱，结构均采用现浇钢筋混凝土箱型结构，分成 141 个节段。 根据平台架构设计方案，在云服务上进行功能模块二次开发，并通过调用 相 关 API 接口实现数据连接[11]，最 终使用浏览器实现以下平台功能模块。 平台运营状态如图 2 所示。

　　(1) 人员登录及管理界面。 通过在谷歌浏览器中输入平台服务器网址，输入平台设计人员提供的账号密码，登入地下综合管廊运维平台。 账号中包含所属单位、人员类型等信息，各单位账号操作权限根据工作需要进行自定义配置。 点击查看管廊模型，跳转至平台管理界面，左侧为平台子目录系统，右侧为数据显示及模型操作界面。

　　(2) 火灾监控系统。 终端传感器使用烟感火灾探测器，而不使用热感探测器，这是因为管廊内电力电缆故障引起绝缘层受热冒烟，进而引起明火，是城市综合管廊内引起火灾的主要诱因[12]。监控系统通过物联网采集传感器数据， 显示在对应的模型构件上，实现数据在模型上的直观显示。 若数据超出了设置的正常范围，管廊内部的报警装置发出警报声并上传至监控中心，点击异常位置可以调取其他子系统信息，供工作人员综合判断。

　　(3) 视频监控系统。 对管廊进行实时监控，并将画面进行储存和传递。 管廊内的高清摄像头负责图像采集，经光纤信号传输至网络交换机，最终传到监控中心进行数据处理。 监控中心可以根据需要切换监控区域和画面，第一时间采集发生意外处的图像和位置信息，为管理人员提供决策依据。 视频监控系统还可与各个监控子系统进行联动，充分了解管廊运行状况。

　　(4) 环境监控系统。 监控管廊内部的空气质量、温湿度、有害气体等指标，保证管廊内部工作检修人员的安全。 当内部的温度和气体超出正常范围时，联合设备系统开启通风换气装置，以保证工作人员的安全和设备的正常运行。 环境监控系统还对管廊内部水位进行监测，若因墙体渗水或管线破坏导致水位上升，系统自动开启排水设备，降至安全水位后，检修人员可根据监控系统确定事故位置进行处理。 环境实时监测系统界面如图 3 所示。

　　(5) 安全防范系统。 当有外部人员非法进入管廊内部时，安全防范系统会向监控中心报警，显示入侵位置等信息，并实时跟踪定位入侵者，联合其他监控系统，给监控中心工作人员提供全面的信息。

　　(6) 设备监控系统。 对管廊内部电力、热力、自来水、排水、天然气等设施的运行状况进行监控。 设备监控系统记录设备信息和能耗，控制设备运行，监测运行状态，异常时向监控中心报警。 保证管廊内各种设备高效稳定运行，节能环保。

　　3.2 BIM 技术在管廊平台内的应用优势

　　(1) 提高管理效率。 BIM 技术可以集成管廊从设计、施工到运维管理各阶段的过程信息， 构建一个三维可视化管理平台，使管理人员能够清晰直观地看见管廊内部情况和各部件信息，监控系统共享管廊内外环境，让管理者方便根据监控和 BIM 模型找到对应信息，快速了解管线状态，大大提高管理效率。

　　(2) 降低运维管理的风险和成本。 基于 BIM 技术的三维可视化操作管理平台， 可以实时监控管廊结构和部件情况进行预警，降低事故发生风险或避免危险情况发生。 信息化管理方式让运维过程更加智能化，节约管理成本。

　　(3) 拥有良好的发展环境。 目前 BIM 技术在国内外都有很多成 功 案 例，BIM 技术应用在管廊全生命周期管理中会越来越成熟，这些都为构建更加智能化的运维平台打下了基础。

　　4 结语

　　基于 BIM 的管廊运维管理平台以三维模型为数据载体，集成监控、施工、资料、管线四类信息，建立一个可以实时监测和预警管廊内外状态信息的智能化系统。 本文以合肥市管廊项目作为应用实例，实现了管廊全生命周期管理，提高了管理效率，降低了管理成本和事故发生风险，推动了城市综合管廊智能化发展，对惠及民生福祉和保障城市运行发挥了重要作用。