CN114547755A - 一种基于bim和ar的地铁前期工程管线迁改方法 - Google Patents

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CN114547755A CN202210215779.3A CN202210215779A CN114547755A CN 114547755 A CN114547755 A CN 114547755A CN 202210215779 A CN202210215779 A CN 202210215779A CN 114547755 A CN114547755 A CN 114547755A
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Abstract

本发明涉及地铁施工领域，特别涉及一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法。进行获取地形点云数据；建立地形BIM基本模块；将所述地形BIM基本模块与现场实景对比并反馈对比结果；根据所述反馈对比结果建立真实BIM模型；在所述真实BIM模型基础中进行全专业管线漫游碰撞、动态迁改仿真模拟，建立迁改方案；对所述迁改方案进行优化、确定；现场管线迁改。基于BIM技术辅助地铁施工的管线优化，在可视化上有明显优势，可以提高项目与管线权属单位的沟通效率，进而合理优化方案，减少返工、加快进度、降低项目自身成本，从而提高项目管理水平，在可视化的环境中进行方案分析与优化、信息集成与查询使用、提升方案可行性、提升沟通协调效率。

Description

一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法
技术领域
本发明属于地铁施工领域，特别涉及一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法。
背景技术
随着城市轨道交通的快速发展，市政管线的错综复杂成了一个无法避免的难点。在信息化社会的现在，技术运用越来越广泛、越来越精细，借助BIM技术辅助解决工程项目的前期管线、方案优化、专业协调、施工组织与风险控制中的重难点问题变得越来越重要。
车站前期工程涉及管线迁改包括给水、雨水、污水、燃气、通信、电力等十余种管线，迁改一次费用高、涉及外部单位、审批程序复杂、周期长。项目前期工程管线总体迁改工程量大、种类多、管线路由交错复杂，同时对接单位多，是工程建设的一个重难点，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。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，包括如下步骤：
S1、进行获取地形点云数据；
S2、将所述地形点云数据使用软件进行导入、叠加、分割，再将处理好的点云模型选取项目基点并对应到真实世界坐标系，建立地形BIM基本模块；
S3、将所述地形BIM基本模块与现场实景对比并反馈对比结果；
S4、根据所述反馈对比结果建立真实BIM模型；
S5、在所述真实BIM模型基础中进行全专业管线漫游碰撞、动态迁改仿真模拟，建立迁改方案；
S6、对所述迁改方案进行优化、确定；
S7、将确定后的所述迁改方案进行图纸抽图、成果模型通过AR软件轻量化上传至数据平台，并设置与现场建筑物的对应关系，数据平台生产二维码；
S8、现场管线迁改：工作人员通过改变自身位置改变手机端视角，实现模型与真实世界叠加，达到动态查看地下隐蔽管线位置的信息。
进一步的，所述地形点云数据获取运用Trimble TX8激光扫描仪对管线周边地形及环境进行全面扫描，以每秒1百万个精确激光点的速度获取数据。
进一步的，将所述地形BIM基本模块与现场实景对比之前，对现场实景进行信息收集；
所述信息收集包括收集、整理各方面资料；并向权属单位、管线运营单位、周围居民咨询管线铺设情况；在图纸上和实地标注不同种类管线在同一窨井内出露情况，调查者及时将调查信息传达给探测人员；对明显管线点及其附属设施做详细的调查、量测和记录；查清各类被调查管线的类型、管径、材质、埋深、走向及管线的连接关系，得到三维坐标。
进一步的，在所述真实BIM模型中对现状地下管线与构筑物资料信息进行综合整理；在运用BIM软件对成果进行初步管线碰撞分析，碰撞分析结果与现场实景进行比对，有出入的地方进行节点调整，确保现状模型与地下管线探测成果保持一致。
进一步的，所述现状地下管线与构筑物资料信息中命名应统一、模型构件信息完整、定位清晰、材料和规格参数正确；
各个现状地下管线与构筑物按照不同专业进行建模，不同类型的现状地下管线与构筑物选用不同的颜色，便于区分不同管道系统，并做好引注；
并结合，空中无人机倾斜摄影技术对模型进行再次梳理，可更真实地展示原状的地物地貌，还原管线迁改时的周边环境情况；
最终搭建完善的原状地下管网模型，即建立真实的BIM模型。
进一步的，所述管线漫游碰撞、动态迁改仿真模拟中包括根据车站围护结构、主体结构、附属结构模型找出需要迁改的管线，确定管线迁改的位置、方向、拆除的部分；并对模型管线迁改进行划分，分出永久迁改和临时迁改的管线，按照管线的类型、规格、尺寸、等形成初步的迁改方案。
进一步的，所述迁改方案一般分为两种，一种是管线迁移，另一种是原位保护；
管线迁移是将现在管线废除后，重新建设新管线路由的管线迁改方法；
原位保护是建设施工时，对现状管道影响不大无须迁移，采用包封或注浆的方式将管线在原位将其保护出来；
根据上述两种迁改方式，依据现场实际情况和管网三维模型，比选出几种迁改方案，进行过程优化。
进一步的，根据所述迁改方案，建立管线迁改路径模型，对模型进行碰撞检测；对各个管线进行碰撞检测，并进行管线模型与车站结构模型进行碰撞检测，生成碰撞检测报告；
碰撞完成后，对管线迁改路径或管线保护方案进行动态仿真模拟。
进一步的，所述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。
本发明的有益效果是：
1、基于BIM技术辅助地铁施工的管线优化，可以提高项目与管线权属单位的沟通效率，进而合理优化方案，减少返工、加快进度、降低项目自身成本，从而提高项目管理水平，在可视化的环境中进行方案分析与优化、信息集成与查询使用、提升方案可行性、提升沟通协调效率；
2、依据点云数据的地形逆向建模技术，覆盖车站全范围的原始地表地貌，并结合无人机倾斜摄影完善细节，可实现空中、地表、地下三种形态的统一构图，结合了市政工程管网建立车站一体的BIM模型，通过模型全专业碰撞检测实现管线精准布局，使管线线路透明、场景可视、数据准确。
3、通过逼真的动态迁改模拟优化迁改方案，能高效、直观的完成管网迁改工作，可实现不限次数的管线迁改桌面演练，为迁改方案最优解提供有利保证，同时提供与外部单位沟通的依据；
4、改进了以往地铁施工阶段化、间断型施工模式，建立管网一体动态模式，一张管线图涵盖一个车站，随时随地根据现场实景进行推演改动，管线迁改一步到位。同时可突破管线横跨超宽基坑、重大管线精度定位“0”误差、管线迁改方案不能稳定等管线迁改难题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了本发明实施例的流程图；
图2示出了本发明实施例的现场管网综合模型图；
图3示出了本发明实施例BIM模型建立的一阶段一期阶段图；
图4示出了本发明实施例BIM模型建立的一阶段二期阶段图；
图5示出了本发明实施例BIM模型建立的二阶段一期阶段图；
图6示出了本发明实施例BIM模型建立的二阶段二期阶段图；
图7示出了本发明实施例例BIM模型建立的恢复阶段图；
图8示出了本发明实施例全专业统一模型图；
图9示出了本发明实施例的碰撞检测示意。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提出一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，示例性的，如图1-9所示；
1)进行获取地形点云数据；
运用Trimble TX8激光扫描仪对管线周边地形及环境进行全面扫描，以每秒1百万个精确激光点的速度获取数据，一个车站的地形扫描工作一般建立十至二十几个测站，每个测站大约三到五分钟即可完成扫描。
激光扫描仪的原理是通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种点云数据。
2)得到初始的点云数据后，使用软件Autodesk Recap进行导入、叠加、分割，再将处理好的点云模型导出成rcp或rcs两种格式以备软件Revit识别。导入软件Revit后选取项目基点并对应到真实世界坐标系，逆向生成地形的表面并导出成能被建模软件识别的格式，建立地形BIM基本模块。
3)将所述地形BIM基本模块与现场实景对比并反馈对比结果；
市政地下管线一般错综杂乱，部分管线图纸因年代久远现已不全。管线涉及到的种类多，权属单位多，现有的二维设计方式和离散的文件存储，容易造成设计表达错误、信息不能有效共享、增大迁改工作难度。针对此类情况，映以地形图为基础资料，对明显管线点进行实地调查。
在开工前及过程中尽可能收集、整理各方面资料，并向权属单位、管线运营单位、周围居民咨询管线铺设情况，在图纸上和实地标注不同种类管线在同一窨井内出露情况等，调查者及时将调查信息传达给探测人员。对明显管线点及其附属设施(包括接线箱、电信人孔、电信手孔、仪表井、检修井、阀门、消火栓等)做详细的调查、量测和记录；查清各类被调查管线的类型、管径、材质、埋深、走向及管线的连接关系，得到三维坐标。
部分重大管线如：110KV高压电力线、35KV电力线、高、中压燃气管、高、中压给水、国防光缆、通信管线等通过探勘现场地下管线，厘清进口和出口，开挖部分探沟，锁定其具体三维坐标。
4)根据所述反馈对比结果建立真实BIM模型；
在对现状地下管线与构筑物资料信息搜集后，包括管线周边地块平面图、周边构筑物图、地下管线三维坐标、管线走向等进行综合整理。运用BIM软件对成果进行初步管线碰撞分析，碰撞分析结果与现场实景进行比对，有出入的地方进行节点调整，确保现状模型与地下管线探测成果保持一致。
其中管道命名应统一、模型构件信息完整、定位清晰、材料和规格参数正确。各个管线按照不同专业进行建模，不同类型的管线选用不同的颜色，便于专业区分，并做好引注。结合空中无人机倾斜摄影技术对模型进行再次梳理，可更真实地展示原状的地物地貌，还原管线迁改时的周边环境情况。
最终搭建完善的原状地下管网模型，即建立真实的BIM模型。
5)在所述真实BIM模型基础中进行全专业管线漫游碰撞、动态迁改仿真模拟，建立迁改方案；
真实模型建立后，根据管线迁改的方案进行初步的场景模拟、模型漫游碰撞，能够及时发现并修改问题，避免后期返工。碰撞合理化分析可优化管线排布方案，节约成本、提高迁改效率。
管线模型建好后，进行全专业管线的碰撞检测。根据车站围护结构、主体结构、附属结构模型找出需要迁改的管线，确定管线迁改的位置、方向、拆除的部分等。并对模型管线迁改进行划分，分出永久迁改和临时迁改的管线，按照管线的类型、规格、尺寸、等形成初步的迁改方案。
迁改方案一般分为两种，一种是管线迁移，另一种是原位保护。管线迁移是将现在管线废除后，重新建设新管线路由的管线迁改方法。原位保护是建设施工时，对现状管道影响不大无须迁移，采用包封或注浆的方式将管线在原位将其保护出来。根据上述两种迁改方式，依据现场实际情况和管网三维模型，比选出几种迁改方案，进行过程优化。
根据迁改方案，建立管线迁改路径模型，对模型进行碰撞检测。对各个管线(如污水与雨水、污水与给水、雨水与给水、通信和电力等)进行碰撞检测，并进行管线模型与车站结构模型进行碰撞检测。
根据碰撞检测报告，对于碰撞点的冲突进行深入讨论、修改，如果无碰撞，则方案成立；如果有较少的碰撞，则对于部分节点进行修改，然后再检测，直至无碰撞；如果有较多的碰撞，则应对整体设计方案进行调整，然后对新模型重新进行碰撞检测，直至无碰撞。同时还需满足特殊管线强制性净空，如110kv电力周围5m不能动土迁改、探挖等；国防光缆尽量原位保护等。
碰撞完成后，还需对管线迁改路径或管线保护方案进行动态仿真模拟，从车站结构周边20m管线进口开始，对管线迁改初始部位、开挖方式、保护方式、接口形式、吊装或回填、迁改收尾等进行全过程施工动态模拟，以及对可能造成的漏气、积水、断裂等危险源进行二次梳理，整理出一条最优的管线迁改方案，形成可视化管线迁改动态施工模型。
6)对所述迁改方案进行优化、确定；
迁改方案的模型建立起来后，通过调整管线尺寸和保护措施进行桌面演练，进行内部评审和邀请产权单位共同对管线的方案进行审议、优化，一次会议基本能解决管线迁改方案的问题，达成共识。并且迁改模型以动态形式展示管线迁改方式和注意事项，可以逼真模拟现场管线三维位置和施工过程，对于地下管线以往看不见、摸不着有了很大的进步。模型成果可供各专业管线人员作为管线迁改交底附件使用，也可作为对外协调管线迁改方案审批的依据，避免了此前地铁施工管线重复探挖、迁改、不能一次到位等顽疾，极大提高管线迁改效率和安全性，节约项目成本和工期。
管线迁改往往是探挖一段、报批一段、施工一段等不连贯、施工断断续续现象，极大影响现场施工进度和文明施工环境。迁改方案的一次性确定对于车站围护结构、主体结构的施工无疑是非常有利的帮助。通过细化管线迁改做法，三维模型展示管线迁改具体施工尺寸、施工方式，提升管线保护整体意识和项目管理水平。
重大管线涉及到迁改和保护的特殊性，需报产权单位审批，且施工过程中一旦发生意外，极易造成民生问题。需确定较完善的迁改方案或保护方案，且不能持续时间太久，否则直接影响整体工期和发生问题的概率值。所以，细化分解重大管线迁改阶段，把迁改方案做细，做小，形成每一阶段皆出图的形式保证现在施工的可行性，现场施工有据可循。
7)将确定后的所述迁改方案进行图纸抽图、成果模型提交；
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此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。
8)现场管线迁改；
通过迁改方案模型对管线迁改人员进行三维可视化技术交底，针对部分工人安全意识薄弱、文字交底不能理解等问题。同时形成管网一张图，提高作业人员管线保护意识。现场管线迁改：通过AR软件将模型轻量化上传，并设置与现场建筑物的对应关系，可通过手机端扫描实体建筑物，实现模型与真实世界叠加，动态查看所处位置地下管线信息，从根源上杜绝因现场施工人员对管线位置不清晰导致的盲目开挖和管线破坏现象。
(Augmented Reality,简称AR,增强现实)，BIM+AR的应用也为突发状况下管线抢修和常规管线维保检修提供快速便捷的管线精准定位，大幅缩短确认管线时间，提高作业效率。
综上所述：依据点云数据的地形逆向建模技术，覆盖车站全范围的原始地表地貌，并结合无人机倾斜摄影完善细节，可实现空中、地表、地下三种形态的统一构图，结合了市政工程管网建立车站一体的BIM模型，通过模型全专业碰撞检测实现管线精准布局，使管线线路透明、场景可视、数据准确。通过逼真的动态迁改模拟优化迁改方案，能高效、直观的完成管网迁改工作，可实现不限次数的管线迁改桌面演练，为迁改方案最优解提供有利保证，同时提供与外部单位沟通的依据；改进了以往地铁施工阶段化、间断型施工模式，建立管网一体动态模式，一张管线图涵盖一个车站，随时随地根据现场实景进行推演改动，管线迁改一步到位。同时可突破管线横跨超宽基坑、重大管线精度定位“0”误差、管线迁改方案不能稳定等管线迁改难题。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、进行获取地形点云数据；
S2、将所述地形点云数据使用软件进行导入、叠加、分割，再将处理好的点云模型选取项目基点并对应到真实世界坐标系，建立地形BIM基本模块；
S3、将所述地形BIM基本模块与现场实景对比并反馈对比结果；
S4、根据所述反馈对比结果建立真实BIM模型；
S5、在所述真实BIM模型基础中进行全专业管线漫游碰撞、动态迁改仿真模拟，建立迁改方案；
S6、对所述迁改方案进行优化、确定；
S7、将确定后的所述迁改方案进行图纸抽图、成果模型通过AR软件轻量化上传至数据平台，并设置与现场建筑物的对应关系，数据平台生产二维码；
S8、现场管线迁改：工作人员通过改变自身位置改变手机端视角，实现模型与真实世界叠加，达到动态查看地下隐蔽管线位置的信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，所述地形点云数据获取运用Trimble TX8激光扫描仪对管线周边地形及环境进行全面扫描，以每秒1百万个精确激光点的速度获取数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，将所述地形BIM基本模块与现场实景对比之前，对现场实景进行信息收集；
所述信息收集包括收集、整理各方面资料；并向权属单位、管线运营单位、周围居民咨询管线铺设情况；在图纸上和实地标注不同种类管线在同一窨井内出露情况，调查者及时将调查信息传达给探测人员；对明显管线点及其附属设施做详细的调查、量测和记录；查清各类被调查管线的类型、管径、材质、埋深、走向及管线的连接关系，得到三维坐标。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，在所述真实BIM模型中对现状地下管线与构筑物资料信息进行综合整理；在运用BIM软件对成果进行初步管线碰撞分析，碰撞分析结果与现场实景进行比对，有出入的地方进行节点调整，确保现状模型与地下管线探测成果保持一致。
5.根据权利要求4所述的一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，所述现状地下管线与构筑物资料信息中命名应统一、模型构件信息完整、定位清晰、材料和规格参数正确；
各个现状地下管线与构筑物按照不同专业进行建模，不同类型的现状地下管线与构筑物选用不同的颜色，便于区分不同管道系统，并做好引注；
并结合，空中无人机倾斜摄影技术对模型进行再次梳理，可更真实地展示原状的地物地貌，还原管线迁改时的周边环境情况；
最终搭建完善的原状地下管网模型，即建立真实的BIM模型。
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，所述管线漫游碰撞、动态迁改仿真模拟中包括根据车站围护结构、主体结构、附属结构模型找出需要迁改的管线，确定管线迁改的位置、方向、拆除的部分；并对模型管线迁改进行划分，分出永久迁改和临时迁改的管线，按照管线的类型、规格、尺寸、等形成初步的迁改方案。
7.根据权利要求6所述的一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，所述迁改方案一般分为两种，一种是管线迁移，另一种是原位保护；
管线迁移是将现在管线废除后，重新建设新管线路由的管线迁改方法；
原位保护是建设施工时，对现状管道影响不大无须迁移，采用包封或注浆的方式将管线在原位将其保护出来；
根据上述两种迁改方式，依据现场实际情况和管网三维模型，比选出几种迁改方案，进行过程优化。
8.根据权利要求7所述的一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，根据所述迁改方案，建立管线迁改路径模型，对模型进行碰撞检测；对各个管线进行碰撞检测，并进行管线模型与车站结构模型进行碰撞检测，生成碰撞检测报告；
碰撞完成后，对管线迁改路径或管线保护方案进行动态仿真模拟。
9.根据权利要求1所述的一种基于BIM和AR的地铁前期工程管线迁改方法，其特征在于，所述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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116468228A (zh) * 2023-04-03 2023-07-21 中铁二院华东勘察设计有限责任公司 一种基于bim的地铁车站管线迁改的优化方法
CN117272488A (zh) * 2023-11-17 2023-12-22 壹仟零壹艺网络科技(北京)有限公司 一种基于bim数据的建筑施工模拟方法及系统

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