BIM技術在某大學校園綜合管廊全過程建設中的應用介紹

文/李斌、毋安晨煒、周昉 中南建筑設計院股份有限公司 湖北武漢 430071

1、引言

最近幾年綜合管廊在我國迅速發展，將原本埋設在地下“不可見”的管線變成“直接可見的”。現狀不清、家底不明將不再是制約地下管線發展的問題，而且“直接可見”的地下管線大大降低了管線巡檢工作難度、提高了巡檢質量，使管線漏損查找和處理都更方便，更容易發現管道安全隱患。綜合管廊將管線“分散式”轉變成“集約式”建設和管理，有效、合理的節約地下空間，直接解決地下管線埋設混亂問題。

傳統的二維平面設計地下空間開發利用，地下空間（綜合管廊、管線）管理采用簡單的人工方法、借助圖紙、各類卡片來管理龐大的校區管線資料，致使管線數據不全、精度不高、資料保管分散、更新速度慢，從而在管網建設和維護時出現設計不合理、誤挖、誤傷地下管線的現象時有發生。這種落后的管理方式已越來越難以滿足經濟建設和社會發展的需要。

BIM技術即建筑信息模型技術，具有可視化、協調性、模擬性、優化性、參數化性、信息完備性等特點。借助建筑信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、物聯網、云計算等技術來進行管廊管理的信息化建設和管廊運營的預警分析、事故處理，已成為地下空間發展的趨勢。

2、綜合管廊的概況

東南沿海某醫學院新校區綜合管廊工程總長2.5km，為單倉管廊。管廊內包括給水、消防、電力、通信等機電管線，設計使用年限50年，鋼筋混凝土結構。針對綜合管廊這種新型的地下管線敷設方案，為加強綜合管廊全生命周期的管理，決定在綜合管廊的建設中應用建筑信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、物聯網、云計算等技術。從而讓建設項目的決策、設計、施工、造價控制、進度控制以及運營維護等工作干得更好，顯著提高工作質量、工作效率，降低項目成本、風險。

圖1 校區內綜合管廊布置平面示意圖

3、BIM技術在綜合管廊全過程建設中的作用

3.1 BIM技術在綜合管廊全過程建設中應用優勢

BIM 技術提供給地下綜合管廊項目參與方一個綜合的信息系統和便捷的交流平臺。利用可視化和可模擬性等特點將工程提前在計算機中模擬建造，將項目全過程中可能出現的問題提前檢查、提前解決，形成一套完整的實施方案。針對特殊部位和復雜節點可以可視化展現施工方案、施工場地規劃，有效提高建造效率，為節約土地資源提供充足的依據。實現分段、分層的施工控制和造價控制，有利于資金的節約與統籌安排。施工方、監理方等參與方可以通過 BIM 模型直觀便捷地看到產品和服務，保證工程建設各方協調與溝通及時有效。

3.2 BIM技術在綜合管廊全過程建設中應用階段劃分

本工程從規劃方案、設計、施工、運維管理的全過程應用BIM技術。利用BIM技術信息化、可視化和可模擬性等特點將工程提前在計算機中模擬建設，將各階段檢測的問題消除在計算機模擬階段，形成一套完備的實施方案。

圖2 BIM在工程中的應用

方案階段：根據校區管線規劃，確定管綜合管廊規劃，提出管廊的規劃推薦斷面及管廊建設的三維控制線。形成初步的經濟性方案分析，為項目的方案階段決策做有利支持。

初步設計：通過深化方案設計，論證設計的技術可行性和經濟合理性，擬定設計原則、設計標準、設計方案和重大技術問題以及基礎形式，協調綜合管廊和各專業管線之間的矛盾，合理地確定技術經濟指標。

施工圖設計：通過建模的深化，編制可供施工和安裝的設計文件，解決施工中技術措施、工藝做法、用料等問題，為施工安裝、工程預算、設備和構件的安放、制作等提供完整的模型和圖紙依據。

施工準備：包括技術準備、材料準備、勞動組織準備、施工現場準備以及施工的場外準備等，本階段為工程的施工建立碧虛的技術和物質條件，統籌安排施工力量和施工現場、使工程具備開工和連續施工的基本條件。

施工實施：本階段是指自現場施工開始至竣工的整個實施過程，其中，項目的成本、進度、質量、安全等管理是施工過程的主要任務，目標是完成合同規定的全部施工安裝任務，以達到驗收、交付的要求。

運維管理：本階段是管廊全生命周期的重要階段，時間跨度遠大于管廊設計、施工的時間。運營維護階段的BIM應用主要包括運營系統建設，運營維護階段BIM應用主要目的是以設計、施工BIM模型為基礎，結合運營管理資料，進一步完善BIM模型，為運營與管理過程做好數據準備。

3.3 BIM技術在綜合管廊規劃階段應用

總平面管線設計規劃階段，通過導入項目總平面圖地理信息及地形圖，基于校區整體的建筑規劃信息和管線走向分布，進行管廊選線分析，通過技術方案的必選和數字模型評估，確定本項目主干采用綜合管廊的方式，支線入戶采用管線直埋方式。按照各段管廊內包含的管線數量及類型，建立管廊的斷面模型，確定各段管廊斷面尺寸。擬定的管廊斷面信息可直接作為下一步廊體生成的數據來源。此階段模型主要是考察管廊的總體尺寸是否滿足入廊管線及未來發展的需求，以及管廊的選址選線，并生成該部分的投資估算信息。

3.4 BIM技術在綜合管廊設計階段應用

綜合管廊BIM設計階段的應用主要包括初步設計階段和施工圖設計階段，設計階段建模是基于規劃方案模型的進一步深化。

3.4.1 初步設計

初步設計建模是基于規劃方案模型，在入艙管線分析的基礎上，完成綜合管廊標準橫斷面設計，其成果同時作為綜合管廊整體設計的工作基礎。進行綜合管廊整體線路的布置和設計，平面定位和高程滿足固話三維控制線的要求。建立節點模型，與線路模型整合，以此為基礎布置內部服務管道的占位模型，進行沖突檢測和協調，優化管廊內部空間布置。

在綜合管廊初步設計模型的基礎上，通過將模型導入分析軟件，提供給分析軟件必要的信息數據，以進行諸如結構、通風、逃生、災害等分析模擬，為綜合管廊的優化設計提供依據和建議。

3.4.2 施工圖設計

在初步設計模型的基礎上，深化廊體模型，達到滿足施工圖設計階段深度的模型，建立綜合管廊配套設施、附屬設施的模型，基于各專業模型的合并，應用BIM軟件檢查管廊內管道出廊、交叉分支處的碰撞，重點關注各管線系統之間、各管線系統與管廊主體之間的沖突，在工程施工前盡可能減少各類碰撞問題，降低潛在的協調返工損失。按命名規則對主體構件統一編號，為后續運維階段資產管理提供數據準備。

3.4.3 工程量統計

按照施工圖設計模型生成工程量統計表，在構件中加入特征信息和相關的描述信息，調整模型滿足統計需要，將模型導入工程數量統計軟件，在BIM軟件中按照建筑構件類別分別統計構件的工程數量，作為工程造價輸入條件。

3.4.4 施工深化設計

施工單位進場后，由施工單位復核設計單位提供的施工圖設計階段的模型和技術參數，與選定的設備供技術要求等是否滿足施工圖深化設計的要求，如系統圖布置，關鍵設備及材料的型號規格、安裝工藝要求等。若設計模型或施工圖存在問題、應向相關單位重新提資。

3.5 BIM技術在綜合管廊施工階段應用

在施工準備階段，運用BIM技術對設計圖紙進行復核。將設計圖紙信息輸入到建筑信息模型中，進行信息整合，將所有數據綜合到擬建地下綜合管廊的三維模型中。一方面，可以方便理解設計方的設計意圖，一目了然，將不便于施工的地方提出來與設計方進行協調整改，從而降低管線的施工難度和成本。另一方面，將給排水、電氣、暖通等各專業的數據匯聚到一起，檢查組合的合理性，同時進行碰撞檢查，將可能出現的沖突暴露出來，及時改進“錯、缺、漏、碰”，提高了圖紙復核的效率，并且保證了協調修改的質量。

3.6 BIM技術在綜合管廊運維管理階段應用

本項目綜合管廊運營管理平臺建立基于GIS+BIM+物聯網的“管、控、營”一體化的智能管控系統，從數據采集、通信網絡、系統架構、智能聯動和綜合數據服務等方面的設計，實現一體化的管理平臺，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的恢復效率。

在綜合管廊竣工后通過繼續完善、施工階段所生成的BIM竣工模型，利用BIM模型優越的可視化3D空間展現能力，以GIS+BIM模型為載體，將各種零碎、分散、割裂的信息數據，包括管廊的基本信息、消防、安全保衛、能源、設施設備等，進一步引入到管廊的日常運維管理功能中，產生了基于GIS+BIM進行管廊空間與設備運維管理。同時結合物聯網、互聯網技術，將BIM的靜態屬性與互聯網的動態屬性相結合，進一步拓展平臺的應用能力。

智慧管廊由監控與管理信息平臺、各類管網智能監控系統、管網視頻監控系統、管網火災監控報警系統、管網智能感知系統、管網可視化（GIS+BIM）系統構成。將各類系統業務和服務功能應用融為一體。通過智慧管廊系統提供管線可視化信息查詢、管線運行及故障應急處理服務。通過智慧管廊信息互聯平臺，形成智慧管廊為一個統一平臺和服務功能協同的整體，避免在實際應用中所造成“單一管道管理，多頭決策”、“單通道通信設計”、“通信通道利用率不高，成本大等弊端”。

實現綜合管廊的統一、集中管理，全面提升綜合管廊運營管理水平、規劃決策水平和應急處置能力，保障綜合管廊運營管理安全、適應城市智慧化建設和社會經濟的發展，降低管廊運行維護成本、增加管廊整體系統協調能力，提高綜合管廊應急響應能力，達到最優運營。

結語：

通過本校園地下綜合管廊全過程建設中BIM技術的應用，與傳統設計施工技術相比，可以將綜合管廊的設計與施工組織更協調，在施工準備階段已經通過預演將存在的問題解決。通過設計初期建立的建筑信息化模型，在設計、施工、運維等階段不斷的添加過程信息，形成完備的工程信息庫，提高設計質量、更好的進行施工管理、更好地進行運營管理的目的。實現了工程全生命周期的可視化管理。