GIS+BIM技术在老旧小区综合管线改造中的应用研究

宋健 ，潘雅静

(1.中国煤炭地质总局煤航地质勘查院，陕西 西安 710199； 2.中煤(西安)地下空间科技发展有限公司，陕西 西安 710199)

1 引 言

西安为迎接第十四届全国运动会，奋力推进国家中心城市核心示范区建设，加大城市有机更新力度，提出“三改一通一落地”的政策，切实解决群众最关心、最直接最现实的利益问题。

社区是城市居民群众生活的基本场所，是城市社会治理的基本单元，社区地下管线直接影响人民群众的生活质量。改善居民的生活环境，拓展地下空间的发展应用，进一步完善基础设施，首先要对老旧小区的综合管线进行改造。西安是历史文化名城，中心城区内的老旧小区居多，由于权属单位不清晰、规划意识薄弱等历史原因，地下管网记录不完整。用先进的三维数字化技术直观地呈现管线的错综复杂、相互交叠的立体特征，辅助老旧小区高效、精准地完成改造，既可保障安全，又能节约成本。

2 西安某老旧小区综合管线现状及特点

西安市某小区是碑林区某单位家属院，位于碑林环大学数据小镇的长胜街，文化教育发达，科技力量雄厚，交通便利，周边学校、产业园、商业配套设施齐全。该小区建设于20世纪90年代初，占地约4.6万平方米，其中有3栋为工作单位建筑，7栋为小区家属楼，小区内部管线敷设时间久远，资料留存较少，后期园区经过多次升级改造，现在的管线情况错综复杂，难以掌握。经常出现排水管道的淤堵、电信网络中断、电力维修难，不仅开挖管道时容易破坏其他管线，成本费用高，而且小区内部道路也容易拥堵。

小区综合管线的特点：

(1)〗地下管线杂乱无章。该小区污水、供水、热力管道与小区建筑楼宇基本上是同时建设，而当时的供电、电信、有线电视等线路为架空线路，随着社会经济的不断发展，通信、有线电视、燃气等公共事业管道的建设需求也迅速增长，后期该小区的供电、信息线路也进行了“飞线入地”的改造，增设的管线随意敷设，缺乏统一规划，造成地下管线复杂无序，有些甚至是重叠放置。

(2)部分管线使用年代长，维修影响生产生活。现有部分管线建设使用长达30多年，经常出现淤堵和渗漏等情况，不时会进行开挖维修，内部道路较窄，小区内有工作单位，大量人流和车流，容易造成内部道路的拥堵，严重影响小区人民和职工的生产生活，同时对施工安全也提出了更高的要求。

(3)虽有物业公司统一管理，但原始管线资料没有留存。因是单位家属院，有专门的物业公司进行统一收费，安排维修等工作，管线的部署情况由于人员的更迭，办公室的搬迁，原始的图纸资料已经所剩无几。

3 小区内部管线情况

现状综合管线图是老旧小区内部管网升级改造工程前期勘察、规划和设计的基础资料，以方便设计单位对老旧小区内部管网进行统筹规划和设计。

运用综合物探、测绘与计算机技术对该小区内部管网进行探测，摸清内部地下各类管道管线的属性、空间分布情况及附属设施等，并绘制综合地下管线图、建立数据库，为老旧小区内部管网升级改造提供建设依据。

首先对小区环境进行现场踏勘，小区内10栋楼自成一体，熟悉每栋楼体的位置格局，了解存在哪些管类与其分布情况，大体了解管线排布规律。其次收集一些地下管线的调绘资料，该小区管线竣工或设计图资料很少，只有几张纸质图纸，后期还进行调整和变更，图纸只能借鉴了解管线的类型和走向。

最后利用专业的管线探测仪对小区内部道路管网进行探测工作，这样探测成果效率高、精度高、内容丰富，除传统探测管线的平面位置、埋深、走向、类别、材质、规格及附属设施等，着重对以下3个方面的内容进行标注。

一是查清地下管网真实情况。详细查清各类地下管道，并查明每条管道的类型、性质、走向；标明地下管道的材质、管径以及横断面尺寸；标明每条管道中管线的孔数和条数；标明管网附属设施。

二是准确绘制管线点及其与周边附属设施的位置。准确标绘管线的起止点、交点、转折点、暗井等管线点的位置，并标注管线埋深；准确标注各类管线附属设施的位置，以及给排水、电力电信、燃气等管线出入居民建筑物的位置。

三是准确绘制管网附近的地物地貌信息。综合管线图的编制除管网信息外还应按照《城市测量规范》和《国家基本比例尺地图图示》的要求，对管网附近的地物地貌进行准确绘制。

4 三维管线GIS数据呈现

传统的基于二维平面地图的城市地下管线管理方式难以准确表达该小区地下管线的复杂多样特征，地下管线三维可视化表达将复杂空间对象以三维立体的方式展现，具有表现力强、效果逼真、空间关系明确等特点和优势，作为新的管理手段对城市地下管线进行科学有效的管理。

三维管网GIS数据是给二维管网GIS数据添加了一个Z维度，用来表示特定点表面位置的值，如管线起始点高程、管点埋深等。在三维空间中，管件都是作为空间中的点数据进行存储，管线作为空间中的线数据存储。

三维管网GIS数据是基础地理信息数据的表达，具有精准、形象、直观、生动、高效等特点，提高了地下管线管理工作的质量和效率，为小区整体规划、设计、施工及运维管理提供数据支持，能辅助分析与决策。

依据二维管线图基于超图平台的插件可进行自动化建模生成管线三维模型，对于管线构件及井室则需要通过3ds Max进行精细化建模，同时需要结合外业纹理照片进行模型修饰，二者模型融合起来可以精准全面表达地下管线的位置、埋深、走向。管线探测的二维图如图1所示。

3ds Max是一款功能强大、制作三维模型的GIS软件，可以制作复杂的管线直通、三通、直角等构件。管线的三维模型如图2所示。

图1 管线探测的二维图

图2 管线的三维模型

5 施工应用

根据实地调查探测的管线数据，最后以三维的形式呈现，此次在“三通改一落地”的政策下，对该小区的管线进行改造。在现有的管线基础上进行BIM设计，可直观进行节点定位、精细制图，避免不同管线碰撞交错现象，尤其是井室、弯头、连通处等施工难点进行优化设计，提高设计水平，节约设计周期。

在施工过程中，会涉及设计方、施工方、监理方等各个单位协调管理，可以应用GIS+BIM三维管线数据进行现场交底，用动画方式模拟施工，严格控制施工工期和成本管理。对于施工过程中的难点和可预见的安全隐患重点关注和分析，实时动态安全检查，增强保护措施，降低安全事故发生概率，从而提高项目整体施工效率，提高项目经济效益。

地下管线敷设是复杂的，在施工中会存在很多变化，设计也需要随着施工条件进行调整，三维的数据更新快，可根据现场情况进行修改，快速高效真实还原施工现场，从而保障最终的竣工模型。

该小区年代久远，管线复杂多样，在施工过程中遇到许多问题，更换弯头和连通管81处，新增加134处，与预算成本基本一致。因是在小区内部施工，除本身管线改造现场的安全隐患外，还有给小区道路人员等带来安全隐患和不便。根据三维模型进行施工，预计两个月的工期最终50天完成，并且获得了最新的管线电子资料，也方便日后的更新。施工现场如图3所示。

图3 施工现场

6 信息化运维

管线信息化是小区运营管理的重要保障。运维管理者可以根据GIS+BIM三维管线模型进行信息查询(图4)、距离测量、横断面的分析、开挖模拟、覆土深度分析、爆管分析、资产设备管理等，提高管理效率和服务水平，让老旧小区的管理更加数字化、透明化、智慧化。

图4 管线属性查询

7 结 语

本文以西安城区某小区为例，用GIS+BIM技术获取地下管线数据，可直观分析现有管线运营现状，帮助老旧小区对地下管线进行设计改造施工，提高小区数字化建设，为小区迈向智慧化管理提供了基础保障。