GIS+BIM技術(shù)在老舊小區(qū)綜合管線改造中的應(yīng)用研究

宋健 ，潘雅靜

(1.中國煤炭地質(zhì)總局煤航地質(zhì)勘查院，陜西 西安 710199； 2.中煤(西安)地下空間科技發(fā)展有限公司，陜西 西安 710199)

1 引 言

西安為迎接第十四屆全國運動會，奮力推進(jìn)國家中心城市核心示范區(qū)建設(shè)，加大城市有機更新力度，提出“三改一通一落地”的政策，切實解決群眾最關(guān)心、最直接最現(xiàn)實的利益問題。

社區(qū)是城市居民群眾生活的基本場所，是城市社會治理的基本單元，社區(qū)地下管線直接影響人民群眾的生活質(zhì)量。改善居民的生活環(huán)境，拓展地下空間的發(fā)展應(yīng)用，進(jìn)一步完善基礎(chǔ)設(shè)施，首先要對老舊小區(qū)的綜合管線進(jìn)行改造。西安是歷史文化名城，中心城區(qū)內(nèi)的老舊小區(qū)居多，由于權(quán)屬單位不清晰、規(guī)劃意識薄弱等歷史原因，地下管網(wǎng)記錄不完整。用先進(jìn)的三維數(shù)字化技術(shù)直觀地呈現(xiàn)管線的錯綜復(fù)雜、相互交疊的立體特征，輔助老舊小區(qū)高效、精準(zhǔn)地完成改造，既可保障安全，又能節(jié)約成本。

2 西安某老舊小區(qū)綜合管線現(xiàn)狀及特點

西安市某小區(qū)是碑林區(qū)某單位家屬院，位于碑林環(huán)大學(xué)數(shù)據(jù)小鎮(zhèn)的長勝街，文化教育發(fā)達(dá)，科技力量雄厚，交通便利，周邊學(xué)校、產(chǎn)業(yè)園、商業(yè)配套設(shè)施齊全。該小區(qū)建設(shè)于20世紀(jì)90年代初，占地約4.6萬平方米，其中有3棟為工作單位建筑，7棟為小區(qū)家屬樓，小區(qū)內(nèi)部管線敷設(shè)時間久遠(yuǎn)，資料留存較少，后期園區(qū)經(jīng)過多次升級改造，現(xiàn)在的管線情況錯綜復(fù)雜，難以掌握。經(jīng)常出現(xiàn)排水管道的淤堵、電信網(wǎng)絡(luò)中斷、電力維修難，不僅開挖管道時容易破壞其他管線，成本費用高，而且小區(qū)內(nèi)部道路也容易擁堵。

小區(qū)綜合管線的特點：

(1)〗地下管線雜亂無章。該小區(qū)污水、供水、熱力管道與小區(qū)建筑樓宇基本上是同時建設(shè)，而當(dāng)時的供電、電信、有線電視等線路為架空線路，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，通信、有線電視、燃?xì)獾裙彩聵I(yè)管道的建設(shè)需求也迅速增長，后期該小區(qū)的供電、信息線路也進(jìn)行了“飛線入地”的改造，增設(shè)的管線隨意敷設(shè)，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，造成地下管線復(fù)雜無序，有些甚至是重疊放置。

(2)部分管線使用年代長，維修影響生產(chǎn)生活。現(xiàn)有部分管線建設(shè)使用長達(dá)30多年，經(jīng)常出現(xiàn)淤堵和滲漏等情況，不時會進(jìn)行開挖維修，內(nèi)部道路較窄，小區(qū)內(nèi)有工作單位，大量人流和車流，容易造成內(nèi)部道路的擁堵，嚴(yán)重影響小區(qū)人民和職工的生產(chǎn)生活，同時對施工安全也提出了更高的要求。

(3)雖有物業(yè)公司統(tǒng)一管理，但原始管線資料沒有留存。因是單位家屬院，有專門的物業(yè)公司進(jìn)行統(tǒng)一收費，安排維修等工作，管線的部署情況由于人員的更迭，辦公室的搬遷，原始的圖紙資料已經(jīng)所剩無幾。

3 小區(qū)內(nèi)部管線情況

現(xiàn)狀綜合管線圖是老舊小區(qū)內(nèi)部管網(wǎng)升級改造工程前期勘察、規(guī)劃和設(shè)計的基礎(chǔ)資料，以方便設(shè)計單位對老舊小區(qū)內(nèi)部管網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和設(shè)計。

運用綜合物探、測繪與計算機技術(shù)對該小區(qū)內(nèi)部管網(wǎng)進(jìn)行探測，摸清內(nèi)部地下各類管道管線的屬性、空間分布情況及附屬設(shè)施等，并繪制綜合地下管線圖、建立數(shù)據(jù)庫，為老舊小區(qū)內(nèi)部管網(wǎng)升級改造提供建設(shè)依據(jù)。

首先對小區(qū)環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，小區(qū)內(nèi)10棟樓自成一體，熟悉每棟樓體的位置格局，了解存在哪些管類與其分布情況，大體了解管線排布規(guī)律。其次收集一些地下管線的調(diào)繪資料，該小區(qū)管線竣工或設(shè)計圖資料很少，只有幾張紙質(zhì)圖紙，后期還進(jìn)行調(diào)整和變更，圖紙只能借鑒了解管線的類型和走向。

最后利用專業(yè)的管線探測儀對小區(qū)內(nèi)部道路管網(wǎng)進(jìn)行探測工作，這樣探測成果效率高、精度高、內(nèi)容豐富，除傳統(tǒng)探測管線的平面位置、埋深、走向、類別、材質(zhì)、規(guī)格及附屬設(shè)施等，著重對以下3個方面的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)注。

一是查清地下管網(wǎng)真實情況。詳細(xì)查清各類地下管道，并查明每條管道的類型、性質(zhì)、走向；標(biāo)明地下管道的材質(zhì)、管徑以及橫斷面尺寸；標(biāo)明每條管道中管線的孔數(shù)和條數(shù)；標(biāo)明管網(wǎng)附屬設(shè)施。

二是準(zhǔn)確繪制管線點及其與周邊附屬設(shè)施的位置。準(zhǔn)確標(biāo)繪管線的起止點、交點、轉(zhuǎn)折點、暗井等管線點的位置，并標(biāo)注管線埋深；準(zhǔn)確標(biāo)注各類管線附屬設(shè)施的位置，以及給排水、電力電信、燃?xì)獾裙芫€出入居民建筑物的位置。

三是準(zhǔn)確繪制管網(wǎng)附近的地物地貌信息。綜合管線圖的編制除管網(wǎng)信息外還應(yīng)按照《城市測量規(guī)范》和《國家基本比例尺地圖圖示》的要求，對管網(wǎng)附近的地物地貌進(jìn)行準(zhǔn)確繪制。

4 三維管線GIS數(shù)據(jù)呈現(xiàn)

傳統(tǒng)的基于二維平面地圖的城市地下管線管理方式難以準(zhǔn)確表達(dá)該小區(qū)地下管線的復(fù)雜多樣特征，地下管線三維可視化表達(dá)將復(fù)雜空間對象以三維立體的方式展現(xiàn)，具有表現(xiàn)力強、效果逼真、空間關(guān)系明確等特點和優(yōu)勢，作為新的管理手段對城市地下管線進(jìn)行科學(xué)有效的管理。

三維管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)是給二維管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)添加了一個Z維度，用來表示特定點表面位置的值，如管線起始點高程、管點埋深等。在三維空間中，管件都是作為空間中的點數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，管線作為空間中的線數(shù)據(jù)存儲。

三維管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的表達(dá)，具有精準(zhǔn)、形象、直觀、生動、高效等特點，提高了地下管線管理工作的質(zhì)量和效率，為小區(qū)整體規(guī)劃、設(shè)計、施工及運維管理提供數(shù)據(jù)支持，能輔助分析與決策。

依據(jù)二維管線圖基于超圖平臺的插件可進(jìn)行自動化建模生成管線三維模型，對于管線構(gòu)件及井室則需要通過3ds Max進(jìn)行精細(xì)化建模，同時需要結(jié)合外業(yè)紋理照片進(jìn)行模型修飾，二者模型融合起來可以精準(zhǔn)全面表達(dá)地下管線的位置、埋深、走向。管線探測的二維圖如圖1所示。

3ds Max是一款功能強大、制作三維模型的GIS軟件，可以制作復(fù)雜的管線直通、三通、直角等構(gòu)件。管線的三維模型如圖2所示。

圖1 管線探測的二維圖

圖2 管線的三維模型

5 施工應(yīng)用

根據(jù)實地調(diào)查探測的管線數(shù)據(jù)，最后以三維的形式呈現(xiàn)，此次在“三通改一落地”的政策下，對該小區(qū)的管線進(jìn)行改造。在現(xiàn)有的管線基礎(chǔ)上進(jìn)行BIM設(shè)計，可直觀進(jìn)行節(jié)點定位、精細(xì)制圖，避免不同管線碰撞交錯現(xiàn)象，尤其是井室、彎頭、連通處等施工難點進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高設(shè)計水平，節(jié)約設(shè)計周期。

在施工過程中，會涉及設(shè)計方、施工方、監(jiān)理方等各個單位協(xié)調(diào)管理，可以應(yīng)用GIS+BIM三維管線數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場交底，用動畫方式模擬施工，嚴(yán)格控制施工工期和成本管理。對于施工過程中的難點和可預(yù)見的安全隱患重點關(guān)注和分析，實時動態(tài)安全檢查，增強保護(hù)措施，降低安全事故發(fā)生概率，從而提高項目整體施工效率，提高項目經(jīng)濟(jì)效益。

地下管線敷設(shè)是復(fù)雜的，在施工中會存在很多變化，設(shè)計也需要隨著施工條件進(jìn)行調(diào)整，三維的數(shù)據(jù)更新快，可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行修改，快速高效真實還原施工現(xiàn)場，從而保障最終的竣工模型。

該小區(qū)年代久遠(yuǎn)，管線復(fù)雜多樣，在施工過程中遇到許多問題，更換彎頭和連通管81處，新增加134處，與預(yù)算成本基本一致。因是在小區(qū)內(nèi)部施工，除本身管線改造現(xiàn)場的安全隱患外，還有給小區(qū)道路人員等帶來安全隱患和不便。根據(jù)三維模型進(jìn)行施工，預(yù)計兩個月的工期最終50天完成，并且獲得了最新的管線電子資料，也方便日后的更新。施工現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 施工現(xiàn)場

6 信息化運維

管線信息化是小區(qū)運營管理的重要保障。運維管理者可以根據(jù)GIS+BIM三維管線模型進(jìn)行信息查詢(圖4)、距離測量、橫斷面的分析、開挖模擬、覆土深度分析、爆管分析、資產(chǎn)設(shè)備管理等，提高管理效率和服務(wù)水平，讓老舊小區(qū)的管理更加數(shù)字化、透明化、智慧化。

圖4 管線屬性查詢

7 結(jié) 語

本文以西安城區(qū)某小區(qū)為例，用GIS+BIM技術(shù)獲取地下管線數(shù)據(jù)，可直觀分析現(xiàn)有管線運營現(xiàn)狀，幫助老舊小區(qū)對地下管線進(jìn)行設(shè)計改造施工，提高小區(qū)數(shù)字化建設(shè)，為小區(qū)邁向智慧化管理提供了基礎(chǔ)保障。