BIM技術在城市綜合管廊施工階段的應用

李 明 星， 張 鐸， 何 智 磊

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

目前，發達國家均建有一定規模的綜合管廊。我國雖然早就接觸了類似建筑，但其建設起步較晚。地下綜合管廊建設目前在我國仍處于研究試驗與建設階段，正推行試點城市建設。

筆者基于城市綜合管廊施工具有的結構斷面復雜、節點多、預埋構件多、涉及專業較廣、施工周期長等特點與難點，通過BIM 三維建模、施工模擬、施工管理、深化設計、管線綜合碰撞等技術與城市綜合管廊施工階段相融合，對綜合管廊交叉節點、控制中心結構、管道等進行建模，提前模擬設計效果，分析并優化設計方案，以達到避免返工，實現良好的經濟、工期效益的目的。

2 BIM技術及綜合管廊建設特點

BIM( Building Information Modeling建筑信息模型)技術是繼CAD(計算機輔助設計)技術之后的建設領域又一重要計算機應用技術。它是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的信息真實性、可視化、協調性、模擬性和優化性五大特點，為建筑物從建設到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息支持和反映其各自職責的協同作業[1]。

目前城市中的管線大多直接埋于地下，各專業分開布置、自成系統，無法適應城市高密度化的發展趨勢，而綜合管廊是一個在城市重要地段和管線密集區域規劃建設的地下隧道空間，給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等各類公用管線集約化地敷設于該空間中，通過在其沿線設置投料口、通風口、檢修口和監測系統等用以保證管線的運行與管理，實現市政公用管線“統一規劃、統一建設、統一管理”的新格局(圖1)。

圖1 綜合管廊的結構功能圖

當前綜合管廊建設的特點為：

(1)指導規范標準匱乏：無行業中權威統一的施工、驗收方面的規范標準，大多只是參照相近專業的技術標準；

(2)結構斷面復雜，節點多：綜合管廊布設有通風口、投料口、出線井、交叉口、集水坑、檢修孔及人孔井等節點結構，施工操作及質量控制難度大；

(3)管線高度集中：涉及強電、弱電、通訊、給水、再生水、燃氣等專業，易產生相互干擾問題；

(4)綜合管廊智能化系統管理技術涵蓋監控系統、現場檢測儀器儀表、電話系統、安保系統及火災自動報警系統，其集中控制由控制中心實現綜合管廊全面智能化運行。

3 綜合管廊施工階段之BIM技術應用

BIM技術應用是繼CAD應用使工程師甩掉圖板后的又一次建筑業技術革命，將助力建筑產業現代化發展并支撐城市綜合管廊建設全壽命周期。而綜合管廊施工階段作為承上啟下的階段，充當著將設計意圖付諸實施、轉化為建筑成品的重要作用。BIM技術對于綜合管廊施工階段的主要應用點為：通過BIM技術，對管廊工程項目進行虛擬建造，對施工過程進行預演，利用三維程序仿真技術、5D施工模擬進行管線碰撞及施工管理，提前發現和解決施工中可能出現的沖突和質量安全隱患，優化施工過程，減少建設成本。

3.1 項目虛擬建造

管廊模型的建立主要以Revit為建模工具。根據業主或設計人員提供的設計圖紙，結合建模規范標準要求，將綜合管廊按照結構、給排水、電氣、暖通等專業劃分，采用Revit軟件將設計圖紙信息錄入至建筑信息模型中進行數據整合，搭建綜合管廊結構、機電等BIM模型。通過搭建的BIM模型，可以使項目建設人員在項目建設之初即可直觀感受到項目建設過程中和建設完成后的成品，有助于項目各方面理解設計意圖，提高施工效率，促進綜合管廊建設順利進行(圖2)。

3.2 基于BIM的設計圖紙管線綜合碰撞檢測

將傳統的CAD二維施工圖紙實現三維的建筑，必然要將原本完整的圖紙割裂成平、立、剖等多個不同側面，引入大量重復的信息而造成其效率低下，加上綜合管廊自身的特點，譬如在道路交叉口、多層交叉地道管廊結合體等復雜結構部位，導致設計方案比選和管道碰撞檢查也變得復雜抽象，出現圖紙之間的錯漏碰撞很難避免。

本項目利用Revit軟件建立的綜合管廊三維模型，導入了Navisworks軟件，可瀏覽與檢查三維模型。Navisworks軟件既能保持材質的一致性，又能任意漫游和檢查模型。根據各專業的三維模型，通過Navisworks軟件碰撞檢測功能，將結構、給排水、電氣、暖通等各專業的數據匯聚到一起，同時進行碰撞檢測，生成碰撞分析報告。根據碰撞分析報告，及時與業主、設計方溝通，制定合理的管線布局方案并修改與調整模型，進而滿足設計與施工規范、體現設計意圖、符合業主要求、維護檢修空間的要求，使得最終模型顯示為零碰撞，減少施工現場的碰撞和返工，降低施工成本(圖3)。

圖2 綜合管廊項目BIM模型創建圖

圖3 管線碰撞檢測圖

3.3 BIM技術可視化交底

建筑施工傳統的交底方式為二維圖紙+書面文字交底，雖然其能夠介紹常見的施工工藝，但是，綜合管廊屬于新興工程項目，且綜合管廊結構斷面復雜，節點多，同時，由于每個人自身的技術水平 、對二維圖紙的理解能力以及空間想象能力有一定的局限性，從而造成施工技術人員對圖紙的理解不充分，進而給綜合管廊施工造成障礙。

在綜合管廊施工過程中，技術人員通過BIM Revit及Navisworks軟件打開綜合管廊三維模型，在模型中對通風口、投料口、出線井、交叉口、集水坑、檢修孔及人孔井等復雜節點結構進行標記，再輔以具體的施工工藝，必要時利用 BIM 技術進行動態模擬。交底的過程采用三維可視化展示的方式，將施工方案交底到每一個施工作業人員，能夠確保施工質量(圖4)。

3.4 精度算量，合理控制成本

隨著建筑信息化的普及，工程量的計算早已徹底告別了以前手工算量的時代，為工程計價人員帶來了工作上的便利。通過算量軟件運用BIM技術建立的施工階段的模型，能夠實現項目成本的精細分析，準確計算出每個工序、每個工區、每個時間節點段的工程量，隨時為采購計劃的制定提供及時、準確的數據支撐，結合施工進度，為限額領料提供及時、準確的數據支撐，精確控制現場材料的采購與施工，合理控制項目材料的采購成本(圖5)。

3.5 施工仿真模擬

運用建筑信息模型(BIM)技術、利用所建立的綜合管廊模型進行虛擬施工和施工過程控制與成本控制。通過BIM技術，實現3D+2D(三維+時間+費用)條件下的施工模型，保持了模型的一致性及模型的可持續性，實現了虛擬施工過程各階段和各方面的有效集成；同時，亦可以隨時隨地直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，進行有效協同，施工方、監理方，甚至非工程行業出身的業主領導都能夠對工程項目的各種問題和情況了如指掌。

BIM技術的5D施工模擬對于建設規模及一次性投資均較大的綜合管廊建設起到了非常大的作用。管廊通常采取分段施工的方式，如何協調施工過程中各施工班組、各施工工序、每項資源配置的相互關系關系到施工的順利進行。運用BIM技術進行 5D模擬施工現場，使整個施工過程都能夠進行可視化操作，對于管廊的主要施工過程，在保證施工質量的同時，盡可能地縮短了施工的周期，使施工資源的配置更加合理，施工成本更加低，避免了施工過程中資源的浪費和場地的不合理利用，能夠最大化地獲得經濟和工程效益(圖6)。

4 結 語

相關統計資料表明：目前我國城市地下管廊長度已突破1 000 km，2018年新開工建設的規模大約是現有規模的2倍，我國綜合管廊建設正在加速推進。隨著綜合管廊建設的加速，BIM技術將為綜合管廊項目精細化管理提供強大的技術支持和數據支撐，突破以往傳統項目管理技術手段的瓶頸，帶來項目管理、建筑企業甚至是行業管理的革命。