BIM技術在綜合管廊設計中的應用
——以蘇州城北路綜合管廊為例

張琪峰

（悉地（蘇州）勘察設計顧問有限公司，江蘇 蘇州 215123）

0 引言

綜合管廊是一種將城市管線進行集中敷設的結構物，可避免路面的反復開挖，同時有利于對管線進行運營維護[1]。BIM（建筑信息模型的簡稱）技術是將一個建設項目在整個生命周期內的所有幾何特性、功能要求與構件的性能信息綜合到一個單一的模型中。同時這個單一模型的信息中還包括了施工進度、建造過程的過程控制信息。

BIM技術可廣泛應用于綜合管廊的規劃、設計、施工和運維[2]，其可視性、優化性、協同性、模擬性等特點可優化管廊設計成果，有效控制管廊建造，降低成本、縮短工期，并為管廊運維提供基礎數據，實現智能化管理。據美國斯坦福大學的設施工程整合中心對32個采用BIM的項目統計分析[3]，得出BIM效益有下列五項：將未列在預算中的變更量減少達40%以上；建造成本估算的準確度在3%以內；成本估算所需時間縮短了80%；因事先進行沖突檢查而節省了10%的合同金額；平均工期縮短超過7%。

本文主要研究BIM技術在綜合管廊設計階段的應用，以蘇州城北路管廊為例，通過BIM正向建模直觀展現管廊構造、校驗二維設計成果，提高設計質量，提升設計效率[4]。

1 BIM應用特點與目標

1.1 BIM應用特點

在BIM應用領域，通常可將工程分為兩大類：節點工程和線路工程。節點工程（如單體建筑、車站等）的特點是通過軸網和標高定位，單個項目的占地面積往往不是很大。與之相比，線路工程（如城市道路、公路、鐵路等）的定位方式是里程和縱斷面，項目范圍通常覆蓋數千米，與地形的關系緊密。

綜合管廊工程是包含標準段和各類功能節點（通風口、吊裝口、人員出入口、管線分支口、交叉口、端部井等）的組合體[5]，如圖1所示。它兼具了節點工程和線路工程的特點[6]，它總體上跟線路工程相似，通過里程和縱斷面定位，占地范圍大，同時其功能節點又與節點工程很相似。因此將BIM技術應用于綜合管廊設計必須綜合處理好它的線路特性和節點特性。

圖1 綜合管廊BIM模型示例

1.2 BIM應用目標

本文的研究實踐是以蘇州城北路管廊為項目背景，BIM建模和應用過程緊跟設計過程，對二維設計成果快速更新和反饋，并及時向有關專業發布問題和建議。

該項目中制定的BIM應用目標是：在探索BIM技術于綜合管廊設計全過程應用的框架下，重點解決BIM設計流程、BIM建模和設計優化的問題[7]。

2 BIM應用成果

2.1 BIM建模應用一般流程

將管廊工程的BIM設計分成總體設計和節點設計兩部分，如圖2所示。總體設計由于涉及到平、縱、橫，需要用路線軟件Civil 3D進行設計建模，而節點設計可直接在Revit項目文件中設計建模。然后用一個Revit組裝項目文件來整合標準段模型和節點模型，形成綜合管廊的BIM模型文件，作為BIM應用的基礎模型。

圖2 BIM建模與應用一般流程

場地模型建模，本文建議采用Roadleader，因它對水系、建筑物建模更加高效。場地模型可以整合到Revit，也可根據應用需求直接在其他BIM應用軟件中整合。

2.2 BIM設計建模

如前所述，管廊工程分為標準段和節點段，考慮到節點需要單獨出構造圖、鋼筋圖，因此節點往往按照平的建模，而實際上管廊處處有坡度，這就導致節點段與標準段在接縫處會有高差。本文采用的方法是將標準段在與節點的接縫處微調標高，使其與節點標高一致。Civil 3D模型可以作為全線管廊的標高參照模型，但是不能用作管廊結構模型，標準段模型需要另外創建。

管廊全專業整合模型通過工作集中心文件的方式進行協同設計建模，如圖3所示。

圖3 工作集方式協同設計建模

場地模型采用Roadleader進行建模，包括地形、水系、建筑、市政道路、影像圖等，如圖4所示。

圖4 場地模型

2.3 拓展應用

本文針對綜合管廊BIM設計的應用主要有BIM出圖與算量、圖紙檢查與優化設計、施工工序模擬、可視化技術交底等。

2.3.1 BIM輔助出圖與算量

Revit可直接對模型進行剖切出圖，目前已能實現全部模板圖和部分鋼筋圖的繪制，如圖5所示，滿足行業出圖規范要求；同時也能通過生成三維視圖，完善圖紙表達內容，增強圖紙可讀性。

圖5 BIM出圖

在模型創建準確的前提下，Revit的自動算量精確度很高，可以滿足工程算量和造價計算的要求，如圖6所示。

圖6 BIM算量

2.3.2 圖紙檢查與優化設計

在根據圖紙建模的過程中，需要參考各專業的圖紙，當把各專業內容整合到同一模型中，很容易發現各專業矛盾的地方。常見問題的類型有缺少關鍵標注數據、數據之間相互矛盾、模型碰撞、圖紙繪制有誤等。

在城北路管廊項目的設計建模過程中，就發現了諸多錯誤，部分問題如圖7所示。通過發現并修改這些問題，提升了設計質量。

圖7 圖紙問題檢查

2.3.3 施工工序模擬

蘇州城北路管廊上跨穿越軌道2、4號線，為控制在管廊施工期間對運營地鐵的影響，工程采用分基坑開挖的施工方案。利用已有BIM結構模型，并創建基坑模型，對施工方案進行全過程模擬，為方案的順利論證通過提供了有效依據，如圖8所示。

圖8 跨越軌道施工方案模擬

2.3.4 可視化技術交底

當管廊艙室較多時，管廊節點較為復雜，單看二維圖紙很難理解節點構造，難以制定全面、完善的施工方案，也不容易發現問題。當有BIM模型作為技術交底文件，施工單位可以很快理解結構構造，快速制定施工方案，如圖9所示。

圖9 管廊節點模型可視化技術交底

2.4 二次開發

Revit軟件的自帶功能主要針對房建領域，對于綜合管廊沒有特殊考慮，通過二次開發使得Autodesk Revit能更加貼合綜合管廊的特點進行使用。在Revit現有功能的基礎上，結合綜合管廊設計的特點，開發綜合管廊標準段和各類功能節點的快速參數化設計方法，提高設計效率。

該插件功能分為四大模塊：通用功能、標準段、管廊節點和附屬設施（見圖10）。通用功能模塊主要解決管廊基本單元的常規模型處理，如“應用剪切”，就是處理梁、板、柱、墻的相互剪切關系；標準段模塊主要階段管廊標準段的創建，既能在Revit中直接創建，也能通過讀取Civil 3D的數據進行創建；管廊節點模塊按照艙室數量的不同，目前包含單艙、雙艙和三艙的主要功能節點；附屬設施模塊用于創建管廊內的支吊架、支墩等。

圖10 二次開發插件功能概覽

3 結語

本文以蘇州城北路管廊為例，全面研究BIM技術在綜合管廊設計中的應用，主要成果如下：

（1）提出了綜合管廊BIM設計建模一般流程，對模型的創建方法和使用軟件給出了建議。

（2）以正向建模的方式完善傳統設計流程，對二維設計成果進行校核并提出優化建議。

（3）經實踐，BIM技術在出圖算量、圖紙檢查與優化設計、施工工序模擬、可視化技術交底等方面可以提高設計效率，優化設計成果。

（4）通過二次開發，完善Revit軟件現有功能，提升綜合管廊BIM設計建模的效率。