基于 BIM技术的城市地下管线可视化研究

姚明星 1, 曹少璞 2,3，龚屹峰 2,3

（ 1. 长沙市公共工程建设中心，湖南 长沙 410013;2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 湖南 长沙 410014;3.湖南省 BIM工程技术研究中心 湖南 长沙 410014）

摘要：城市地下管线由于测量数据过于久远，且仅只有二维图纸，无法明确的对道路以及改造工程区域内的地下管线进行明确的表达。通过BIM技术以及二次开发的插件，对地下管线数据三维可视化显示，使得地下管线模型与工程BIM模型相结合，快速的找到工程区与地下管线的各种关系，从而达到方案优化，深化设计和指导施工的作用，保证整个工程建设进度和质量。

关键字：地下管线；BIM；数据转换；三维可视化

引言

随着城市建设的推进，特别是地下管线逐渐增多，它们错综复杂，相互交叉，出现了“密”、“乱”、“老”等状况，困扰着地下管线的管理工作。^【1】在工程建设的过程中，由于原始地下管线数据的确实或者表现不明确，经常会造成挖断地下管线的情况，对居民的日常生活及社会经济造成严重的影响，且对工程的施工进度也会造成一定的影响。

湘江东岸防洪堤项目由于位于城市中心，地下管线错综复杂。采用BIM技术以及二次开发的插件，对地下管线以及管井快速建模，同时更具大地坐标系的关系位置与工程区模型精准定位，可视化的展现了各条地下管线与工程区的关系，对工程的施工起到了很好的指导作用。

地下管线数据的处理

由于物探管线数据格式与自主开发的管线生成工具所需要的表格存在一定的差距，所以需要对原始物探管线数据进行数据转换。

管线数据转换部分包含对电力，军用，路灯，燃气，弱电，上水和下水数据进行处理，主要原因是提供的数据模板为设计数据，在建模软件中，与所需要的数据模板存在差异，所以需要对数据进行筛选处理，同时生成在新的模板Excel表中供建模使用。

以解放西路-南湖路地下管线成果表-电力为例（表1）：所提供的数据包含，点号，xy坐标点和连接方向，管道偏移，地面高程(M)，管顶高程(M)，管径或断面尺寸(MM)或孔数，电缆条数，压力或流向，连接方式，连接距离(M)，材质，备注列属性。建模所需数据则为AB点号，A坐标，B坐标，管径或断面尺寸(MM)或孔数，材质列属性。则数据转换部分将地下管线成果表中的所有数据进行筛选，最终得出符合要求的表2表中的数据。

表1 地下电力管线原始成果表示例

点 号	X	Y	管偏	地面高程(M)	管顶高程(M)	管 径 或 断 面 尺寸(MM)或孔数	电缆 条数	压力或 流向	连接 方式	连接距 离(M)	材质
	连接方向
LG7001	101812.270	48003.571		35.707
	LL7308		NUL		35.157	1*1	NUL		NUL	1.01	PVC
	LD8258		NUL		35.607	1*1	NUL		NUL	9.18	PVC
	LD7000		NUL		35.207	2*1	NUL		NUL	12.41	PVC
	LD7002		NUL		35.207	2*1	NUL		NUL	47.83	PVC
LG7461	102746.828	48388.317		35.477
	LL7466		NUL		35.127	2*1	NUL		NUL	11.59	PVC
	LG7463		NUL		34.677	2*1	NUL		NUL	11.75	PVC
	LG7463		NUL		34.977	3*1+2*1	NUL		NUL	11.75	PVC
	LD7462		NUL		35.277	2*1+3*2	NUL		NUL	4.10	PVC

表2 地下电力管线数据转换表示例

AB点号	A坐标	B坐标	管径或断面尺寸(MM)或孔数	材质
LG7001,LL7308	101812.27,48003.571,35.157	101811.94,48004.524,34.904	1*1	PVC
LG7461,LL7466	102746.828,48388.317,35.127	102758.414,48388.08,35.11	2*1	PVC
LG7461,LG7463	102746.828,48388.317,34.677	102747.196,48400.058,35.532	2*1	PVC
LG7463,LG7464	102747.196,48400.058,35.432	102745.555,48401.106,35.648	2*1	PVC
LG7464,LG7645	102745.555,48401.106,35.618	102746.539,48422.408,35.707	2*1	PVC
LL0007,LL5004	102405.629,48115.405,34.118	102396.411,48207.999,33.505	600*500	砖
LL0007,LL8004	102405.629,48115.405,34.118	102409.734,48081.095,34.958	600*500	砖
LL0015,LL6580	102524.287,48098.561,36.253	102524.075,48103.863,36.42	8*2	PVC
LL0015,LL7010	102524.287,48098.561,36.253	102529.746,48102.537,36.049	6*2	PVC

根据需求进行项目的创建，采用VS2013/C#进行项目研发，建立PowerDataExchange项目如下图所示，项目仅包含一个数据转化窗口，主要操作为点击导入数据模板按钮，选择要转化的Excel文档，然后点击确定功能，则原始的数据将被转化为符合要求的数据模板。

实现方法为，项目中主要包含三个部分，第一部分为将Excel中的数据导入DataTable中，第二部分为将导入的数据进行匹配筛选，第三部分为将筛选后的数据倒出到新的Excel文件中。

地下管线BIM可视化

所谓可视化就是“所见所得”，对于地下管网来说，可视化在地下管网的管线布设、施工安装、运营和维护管理发挥着巨大的作用^【2】。

应用基于Bentley平台MicroiStation软件下开发的插件，对地下管线数据进行直接导入。通过对导入的管线的图层信息以及颜色类型信息进行选择，在BIM模型中可以快速区分出各条管理的类型。通过图层控制，可以在软件中快速的查看各种管线的所在位置以及排布情况。

图1 管线自动生成插件

同样通过自主开发的插件，对管井进行自动生成。导入管井的坐标数据，同时对管井的大小进行定义，根据不同类型的管井设定不同的颜色以及图层以区分。通过插件，可以一次性的快速生成同一类型的各种管井。

图2 管井自动生成

由于导入的管线都是根据大地坐标生成的，所以管线间的相对位置以及管线与管井间的相对位置均是正确的。直接通过Bentley软件内的参考功能对管线以及管井模型进行链接，既可以得到地下管线的BIM模型。同时通过颜色的区分以及属性查看器，可以分析的判别出各类管线。

图3 地下管线可视化BIM模型

地下管线BIM模型应用

单独的管网模型,由于其缺少参照物,在实际生产中并不能得到较好的应用。管网建模的研究一般要和地.上地物及地下设施模型相结合【3】。通过管线数据自动生成BIM模型后，可以使用该地下管线BIM模型与工程区以后BIM模型进行组装工作。由于地下管线模型是基于大地坐标进行放置的，所以需要对工程区模型进行大地坐标的移动，使得工程区BIM模型以及地下管线BIM模型进行精准定位，可以实时查看各部位地下管线的排布情况。

图4 战备码头区域与地下管线融合BIM模型

所谓碰撞检查指的是在工程项目里提前寻找和说明所有可能出现的冲突，碰撞分为硬碰撞和软碰撞，软碰撞又叫间隙碰撞。硬碰撞指的是实体间出现的各种交叉碰撞。软碰撞指的是实体之间没有实际交叉接触，但单个实体在空间间距上不满足要求间距值【4】。通过Bentley软件中的Navigator软件，对地下管线模型与工程区BIM模型进行碰撞检查，可以快速的找到各类硬碰撞的点，同时对一些施工中存在交叉的点进行软碰撞检查，通过对间距的设置，来保证工程的施工不会对原有地下管线有影响，进而造成由于施工而错挖管线的情况发生。

结论

BIM技术是新世纪引领建筑业信息技术走向新高度的一项新技术，通过二次开发的插件对原始管线的物探数据重处理，以及自主研发的参数化建模工具对地下管线的快速生成，可以便捷的查看到可视化的地下管线BIM模型，通过颜色等属性的区分快速的查看到各条管线的走向，避免了施工期造成的错挖地下管线的情况的发生。保证了施工的工期，同时也能进一步的避免错挖管线对于生活的影响。

参考文献

【1】吴锋，胡绕. 基于BIM技术的既有地下管线三维自动化建模的研究.工程地球物理学报.第13卷第4期.2016年7月

【2】万晶晶.住宅园区地下管网BIM技术应用研究.武汉理工大学

【3】陈军，郭显锋，胡绕，吴锋. 基于ＢＩＭ 技术的地下管线三维可视化及其应用.工程地球物理学报.第15卷第3期.2018年5月

【4】胡天杰.基于BIM的碰撞检查自动判断系统的设计与实现.湖南大学