CN112989532A - 基于bim的地铁车站市政管线改迁施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，主要流程如下：使用雷达对施工区域地下市政管线进行探测；使用BIM进行地下管线模型创建；使用激光扫描仪生成点云数据对施工区域地形及周边环境进行逆向建模；建立各阶段施工场地及车站主体、围护结构模型，结合地下综合管线模型模型，初步拟定各阶段管线改迁方案；通过动态迁改模拟优化迁改方案；利用BIM可视化展示安装节点深化设计；结合协同管理平台，对改迁流程进行精准管控。本发明旨在解决探明管线无法在图纸上精准定位、施工沟通协调难度大，施工效率低等问题。

Description

基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法

技术领域

本发明属于管线施工技术领域，具体而言，涉及一种基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法。

背景技术

按照以往地铁施工经验，前期工程管线迁改严重制约工程进度，迁改过程中如若发生管线破坏将对周边社区造成极大不便，对公司声誉造成严重影响。如何在保障管线安全的前提下，高效完成管线迁改是必须考虑的一大难题。采用常规管线迁改工法，面对如此繁杂管线，管理人员难以直观从二维图纸入手，特别是在项目工期节点紧张的情况下，项目管理人员面对大量的交叉管线，无疑令施工难度又上了一个台阶。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，解决探明管线无法在图纸上精准定位、施工沟通协调难度大，施工效率低等问题。

本发明提供如下技术方案：

一种基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，包括步骤：

S1：利用地质雷达对地下管线进行无损探测，记录各种管线的直径、管材、埋深、走向，确定管线关键点位置坐标；

S2：使用BIM软件将获得的管线数据转换为BIM模型；

S3：使用三维激光扫描仪对施工场地进行扫描，获取场地及周边建筑物点云数据，利用BIM软件对点云数据进行处理，生成场地及周边建筑物点云模型；

S4：在BIM软件内进行多专业模型整合，包括所述BIM模型和所述场地及周边建筑物点云模型，以第一人称视角在模型中进行漫游，对处于基坑范围内的管线，根据管线的实际位置与基坑围护结构关系，初步拟定对管线采取改迁或保护方案，对方案进行模拟，运行碰撞检测，逐步完善方案，确保新建管线与现状管线零碰撞；

S5：在模型中通过剖切，详细展示拟保护管线与围护结构三个维度的位置关系，制作支撑架与砼支撑连接，承载拟改迁管线重力。

作为本发明施工方法的一种优选技术方案，在步骤S1，对于地下管线的探测，先从明显点着手，采用实地调查的方法测定明显点位置和深度，再采用雷达探测的方法确定隐蔽点平面位置及埋深。

作为本发明施工方法的一种优选技术方案，在步骤S2，所述BIM模型完全根据探测数据自动生成，所述BIM模型中包含以下信息：管线的类型、材质、管径、起始点坐标与高程、终点坐标与高程、拐点坐标与高程、检查井位置。

作为本发明施工方法的一种优选技术方案，在步骤S3，使用三维激光扫描仪获得每个测站的点云数据，通过Autodesk Recap对点云数据进行识别，叠加处理，生成可供Autodesk Revit使用的点云模型文件。

作为本发明施工方法的一种优选技术方案，在步骤S4，多专业模型整合中还包含以下专业：车站围护结构、主体结构、场地、地下管综、周边建筑物、道路。

作为本发明施工方法的一种优选技术方案，在步骤S4，使用BIM进行施工模拟和可视化交底，包括：现状管线漫游、分阶段改迁动态模拟、模拟开挖过程、节点展示、VR可视化交底、二维码应用。

作为本发明施工方法的一种优选技术方案，在步骤S4，在模型中设置好管线拆除和新建的阶段，通过BIM软件自动获取各阶段迁改工程量，为各阶段改迁施工组织人、机、料安排提供依据。

作为本发明施工方法的一种优选技术方案，还包括步骤S6：将施工过程中的各种审批文件、施工资料上传至统一平台，在平台完成任务制定和推送。

本发明解决了传统管线改迁施工过程中二维图纸信息难以传递，不利于工程相关方沟通协调、管线定位不准确导致开挖过程中破坏管线、保护措施难以向班组进行交底导致的盲目施工、保护方案未经验证引起的施工风险、二维环境下难以准确计算工程量导致的施工组织设计不合理与成本管控风险、交叉作业带来的管理风险等诸多难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所公开的一种基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法流程图。

图2是雷达进行地下管线探测的流程图。

图3是一种地铁车站施工中穿越基坑的通信管线悬吊保护方案节点深化设计图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式及附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明主要为解决传统管线改迁施工过程中二维图纸信息难以传递，不利于工程相关方沟通协调、管线定位不准确导致开挖过程中破坏管线、保护措施难以向班组进行交底导致的盲目施工、保护方案未经验证引起的施工风险、二维环境下难以准确计算工程量导致的施工组织设计不合理与成本管控风险、交叉作业带来的管理风险等诸多难题。该发明已在实际施工中得到验证，取得了良好的效果，在管线工程中将会得到广泛推广。

参阅图1，本发明一种基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法包括：雷达探测地下管线；利用软件实现数据—模型的转换；激光扫描仪获取点云数据进行施工区域实景逆向建模；多专业模型整合因地制宜确定迁改方案；基于统一平台的施工流程精细化管控。

具体地，该基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法的主要流程如下：

S1.雷达探测地下管线：

利用地质雷达对地下管线进行无损探测，记录各种管线的直径、管材、埋深、走向，配合GPS设备确定管线起点、终点、拐点等关键点位置坐标等，其中电信要注明总孔/已用孔，电力要注明电压。

S2.管线数据转换为模型：

使用BIM软件将获得的管线数据转换为BIM模型，模型中包含以下信息：管线类型、材质、管径、起始点坐标与高程、终点坐标与高程、拐点坐标与高程、检查井位置等。使用BIM软件进行数据-模型转换，转换速度快，且能避免人工建模产生的误差，模型精度完全取决于探测数据，更贴合现场实际。

S3.基于点云的场地逆向建模

使用三维激光扫描仪对施工场地进行扫描，获取场地及周边建筑物点云数据，利用BIM软件对点云数据进行处理，快速生成模型，为后续的管线迁改作准备。

S4.各专业模型整合及应用

多专业模型整合，以第一人称视角在模型中进行漫游，对处于基坑范围内的管线，根据其实际位置与基坑围护结构关系，初步拟定对该管线采取改迁或保护方案，对方案进行模拟，运行碰撞检测，逐步完善方案，确保新建管线与现状管线“零”碰撞。使用BIM可视化手段促进相关多方沟通协调，加快方案审批进度。

S5.节点深化设计

管线悬吊保护节点深化设计：在模型中通过剖切，详细展示拟保护管线与围护结构三个维度的位置关系，设计使用型钢制作支撑架(抱箍)与砼支撑(+悬挑板)连接，承载拟改迁管线重力，实现就地保护，减少迁改量，节省成本与工期。使用SAP或PKPM对设计的节点保护措施进行受力计算，确保支撑安全可靠。

S6.基于平台的施工过程精细化管理

结合平台统一管理，使项目管理精细化、高效可控。

进一步地，在步骤S1，地质雷达探测地下管线，流程为先从明显点着手，采用实地调查的方法测定明显点位置和深度，再采用雷达探测的方法确定隐蔽点平面位置及埋深。

具体来说，该步骤包括以下内容：

S1a.确定需要探明管线的专业及信息；

地下管线雷达探测内容包括：给水、污水、雨水、电信、电力、燃气、工业等，查清各种管线的直径、管材、埋深、走向、点位坐标等，其中电信要注明总孔/已用孔，电力要注明电压，其流程如图2所示，各专业管线需要探明的信息如表1所示。

表1

S1b.隐蔽管线点探查精度要求：

平面位置限差δts＝0.10h，埋深限差δth＝0.15h(h为地下管线中心埋深，单位为厘米，当h＜1米时则以100cm代入计算)。

S1c.明显管线点埋深量测精度要求：

当埋深＜2米时，其量测埋深限差为5cm，当埋深≥2米、＜4米时，其量测埋深限差为8cm，当埋深≥4米时，其量测埋深限差为10cm。

S1d.管线点测量精度要求：

相对于临近控制点平面测量中误差ms不得大于±5cm，相对于临近控制点高程测量中误差mh不得大于±3cm。

进一步地，在步骤S2，管线数据转换为模型，地下管线BIM模型完全根据探测数据自动生成，避免一切人工建模产生的累计误差，BIM模型中应包含管线类型、管道直径、材质、坐标、高程等信息。

具体来说，该步骤包括以下内容：

S2a.数据整理：

将探测的埋地管线按表2格式整理，以供软件识别。

表2

S2b.二维管线图生成：

在Autocad软件中安装“杰图”插件，导入表格数据，在CAD中自动生成管线。

S2c.生成地下管线BIM模型：

使用“杰图”插件，将生成的dwg格式管线转换成rvt格式，以备后续的BIM应用。

进一步地，步骤S3，基于点云的场地逆向建模，激光扫描仪器获得的每个测站的点云数据，通过Autodesk Recap对点云数据进行识别，叠加处理，生成可供Autodesk Revit使用的点云模型文件。

具体来说，该步骤包括以下内容：

S3a.激光扫描仪点云数据采集：

使用激光扫描仪对施工场地及周边环境进行点云数据和全息三维影像的原始采集。

S3b.点云处理：

使用Autodesk Recap对原始点云数进行拼接、去噪、分类、滤波等处理。

S3c.逆向建模

将处理好的点云数据保存为rcs格式，以备后续在Revit中导入及使用。

进一步地，步骤S4，各专业模型整合及应用，BIM软件内进行多专业如：车站围护结构、主体结构、场地、地下管综、周边建筑物、道路等模型整合，因地制宜确定合理的改迁或就地保护方案。

使用BIM进行施工模拟和可视化交底，包括：现状管线漫游、分阶段改迁动态模拟、模拟开挖过程、节点展示、VR可视化交底、二维码应用等。

较佳地，在模型中设置好管线拆除和新建的阶段，通过软件自动获取各阶段迁改工程量，为各阶段改迁施工组织人、机、料安排提供依据。

具体来说，该步骤包括以下内容：

S4a.各专业模型建立或生成：

对车站主体结构、围护结构、施工场地布置进行建模。

S4b.模型整合：

Revit中将各专业模型链接到一个文件，链接定位模式为“自动-原点到原点”。

S4c.漫游、初步拟定保护或改迁措施：

以第一人称视角在模型中漫游，对穿越基坑范围的管线，初步拟定以下两种保护措施：

离基坑围护结构支撑较远的管线，采用绕行至基坑外部的改迁方式。

离基坑围护结构支撑较近的管线，采用将管线固定在支撑上的保护措施或通过辅助钢架承载管线的重力。

S4d.碰撞检测优化改迁方案：

对新建管线与现状管线进行碰撞模拟，在三维模型中逐步优化设计，促使模型中“零”碰撞，并生成二维施工图纸，图纸中体现各管段起点、终点坐标及埋深，确保按图施工不会发生破坏现有管线等情况。

S4e.方案可视化促进多方沟通：

在模型中进行三维悬吊保护方案模拟，通过平、立、剖多角度生成方案示意图，以便在各方沟通过程中更容易了解方案意图。

S4f.施工动态模拟及交底：

使用BIM进行施工模拟和可视化交底，包括：现状管线漫游、分阶段改迁动态模拟、模拟开挖过程、节点展示、VR可视化交底、二维码应用等。

进一步地，步骤S5，节点深化设计，包括以下内容：

S5a.节点深化设计：

图3为某条通信管线悬吊保护节点深化设计图，图中包含：悬吊保护通信管线10、悬挑板11、悬挑板钢筋12、抱箍13(用于防止受保护管线发生侧移)、1000mm×700mm砼支撑14、1000mm×700mm砼支撑钢筋15。设计使用型钢制作支撑架(抱箍)与砼支撑(+悬挑板)连接，承载拟改迁管线重力，实现就地保护，

S5b.使用SAP或PKPM等软件进行节点力学计算，确保保护措施安全可靠。

进一步地，步骤S6，基于平台的施工过程精细化管理，通过平台对迁改施工过程进行精细化管控，将施工过成中的各种审批文件、施工资料上传至平台，在平台制定任务并推送给相关责任人、审核领导，实现无纸化办公，所有管理流程均在平台上体现与保存，利于在施工过程中纠偏，事故发生后追溯到具体责任人。

具体来说，该步骤包括以下内容：

S6a.模型轻量化处理及上传：

管线迁改模拟与优化的成果包括现状管网信息模型、管网迁改与保护模型、优化报告、管网迁建模拟和优化模型等。集合以上成果，形成优化后的管线迁改模型，并发布到协同管理平台，项目部参建人员可根据平台随时随地进行察看和翻阅管线迁改模型，包括迁改路径、尺寸和注意事项，实现项目管线管理可控、高效。其中的平台为现有技术，也可自主搭建，只要起到查看和管理数据的作用即可。

S6b.平台制定任务，与模型绑定：

在将轻量化的BIM模型上传至平台后，设定工序，将工序与模型绑定，并设置责任人，督导领导，质量检查表格等资料。

S6c.任务追踪，实现精细化管理：

利于施工任务追踪，实现精细化管理。

在模型中设置各类管线拆除和新建的阶段，不仅便于对管线改迁进行动态模拟，也能通过使用“明细表”快速统计每个阶段改迁工程量，为合理安排人、机、料提供准确的工程信息。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明有实施步骤有各种更改和变化。因此，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，包括步骤：

S1：利用地质雷达对地下管线进行无损探测，记录各种管线的直径、管材、埋深、走向，确定管线关键点位置坐标；

S2：使用BIM软件将获得的管线数据转换为BIM模型；

S3：使用三维激光扫描仪对施工场地进行扫描，获取场地及周边建筑物点云数据，利用BIM软件对点云数据进行处理，生成场地及周边建筑物点云模型；

S4：在BIM软件内进行多专业模型整合，包括所述BIM模型和所述场地及周边建筑物点云模型，以第一人称视角在模型中进行漫游，对处于基坑范围内的管线，根据管线的实际位置与基坑围护结构关系，初步拟定对管线采取改迁或保护方案，对方案进行模拟，运行碰撞检测，逐步完善方案，确保新建管线与现状管线零碰撞；

S5：在模型中通过剖切，详细展示拟保护管线与围护结构三个维度的位置关系，制作支撑架与砼支撑连接，承载拟改迁管线重力。

2.如权利要求1所述的基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，在步骤S1，对于地下管线的探测，先从明显点着手，采用实地调查的方法测定明显点位置和深度，再采用雷达探测的方法确定隐蔽点平面位置及埋深。

3.如权利要求1所述的基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，在步骤S2，所述BIM模型完全根据探测数据自动生成，所述BIM模型中包含以下信息：管线的类型、材质、管径、起始点坐标与高程、终点坐标与高程、拐点坐标与高程、检查井位置。

4.如权利要求1所述的基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，在步骤S3，使用三维激光扫描仪获得每个测站的点云数据，通过Autodesk Recap对点云数据进行识别，叠加处理，生成可供Autodesk Revit使用的点云模型文件。

5.如权利要求1所述的基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，在步骤S4，多专业模型整合中还包含以下专业：车站围护结构、主体结构、场地、地下管综、周边建筑物、道路。

6.如权利要求1所述的基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，在步骤S4，使用BIM进行施工模拟和可视化交底，包括：现状管线漫游、分阶段改迁动态模拟、模拟开挖过程、节点展示、VR可视化交底、二维码应用。

7.如权利要求1所述的基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，在步骤S4，在模型中设置好管线拆除和新建的阶段，通过BIM软件自动获取各阶段迁改工程量，为各阶段改迁施工组织人、机、料安排提供依据。

8.如权利要求1所述的基于BIM的地铁车站市政管线改迁施工方法，其特征在于，还包括步骤S6：将施工过程中的各种审批文件、施工资料上传至统一平台，在平台完成任务制定和推送。

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