BIM技術在市政管線搬遷和道路翻交優化中的應用

陳 燕

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

1 技術概念

通過BIM模擬管線搬遷、道路翻交是將市政管線、道路、圍護結構、主體結構和周邊環境模型相結合，分階段模擬市政管線搬遷和交通疏解的過程，以直觀的形式輔助檢查管線搬遷和道路翻交方案的可行性，并以動態方式表現實施方案。基于BIM的管線搬遷、道路翻交的優化方法，可發揮BIM的可視化交互價值，減少管線搬遷和道路翻交方案的不確定性，克服傳統管線搬遷、道路翻交的缺點。通過BIM軟件的三維可視化操作及碰撞檢測，可對市政道路管線不斷地進行調整，實現管線搬遷、道路翻交方案的優化[1-2]。

2 案例現狀背景

北虹路立交作為上海市北橫通道的一個節點，施工總體劃分為3個階段。

1）第1階段：將長寧路中心綠化以南約20 m范圍設置圍擋，劃為施工區域，長寧路保證雙向5～6車道交通，圍擋外新建寬3.5～4.0 m人非混行道。施工主線S、WEX匝道、地面道路及排水。

2）第2階段：將長寧路中心綠化以北至蘇州河岸范圍設置圍擋，劃為施工區域，長寧路仍保證雙向5～6車道交通。施工主線N、主線S、EWS匝道、EN匝道、NE匝道、EE匝道、FEI人非橋、防汛墻改建、橋面系及附屬、地面道路及排水。

3）第3階段：施工中環立交范圍主線S、ES匝道、SE匝道、EE匝道、橋面系及附屬、地面道路及排水。

北虹路立交為北橫通道與中環線的互通立交，包括主線高架、7條匝道和FEI人非橋。立交跨越蘇州河、中環線及現有北翟路立交，為3～4層立交。樁基采用鋼管樁及鉆孔樁，承臺現澆，墩柱、蓋梁少量采用現澆，其余均為預制結構。上部結構少量采用預制小箱梁、空心板梁，其余均采用鋼箱梁結構。鋼結構范圍采用鋼防撞墻，混凝土結構范圍采用混凝土防撞墻。

跨中環橋梁為新建4層立交構造，毗鄰中環及北翟路立交，交通環境復雜，交通組織難度大，并且周邊建筑和貨運通道較為緊湊。工程采用無障礙施工具有極大的難度。工程所需要跨越蘇州河主橋跨度極大，斜交角度不超過30°，并且橋梁結構為雙幅橋，因此常規工藝無法正常施工，需要新的工藝創新方式。墩柱構件最高可達30 m，并劃分為2～3節拼裝，墩柱構件的安裝拼接定位困難，無法達到標準精度。水中墩屬于深基坑，基坑所需安全等級較高，施工安全性上有一定的挑戰。工程的一些墩柱施工區域鄰近地鐵線路，施工時需要確保地鐵正常運行，且施工所受到的制約因素較多，外部協調工作量巨大。

3 案例解決優化方式

3.1 前期調查

對北橫通道一段車流量、人流量、沿線建筑、構筑物、單位和居民的出入口等情況進行全面調查，并對道路管線搬遷范圍、數量等進行調查。

3.2 建立BIM現狀模型

通過GIS、無人機、物探、測量、原始竣工圖等多方數據信息，以最真實的方式還原現狀情況，再利用BIM現狀模型對施工周邊建筑模型、地面信息、拆遷、受影響建筑等數據進行比對分析。

3.3 建立管線BIM模型

根據前期數據和模型分析，對BIM現狀模型、規劃管線及道路圖紙擬定初步管線搬遷和道路翻交方案，其中管線搬遷和道路翻交須維持原有交通，保證沿線單位和居民出入方便。根據圖紙、初步管線搬遷和道路翻交方案，在三維軟件中建立各專業和各階段管線BIM模型；通過圖紙、初步管線搬遷和道路翻交方案，在三維軟件中建立各階段道路、圍護結構、主體結構BIM模型；將各階段管線、道路、圍護結構、主體結構BIM模型整合到周邊環境三維模型中，形成各階段工程整體的BIM模型。

3.4 沖突點分析

利用BIM可視化、可模擬的特性，復現復雜的地下空間，可更直觀且有效地對管線搬遷及道路翻交方案作出準確判斷；采用BIM建模的碰撞檢查算法檢查各種管線間、管線與結構間的碰撞情況。同時，通過BIM模型實現多專業相互協調，對整合的數據模型進行沖突檢測，可以輕而易舉地發現傳統二維圖紙或其他獨立數據中難以發現的沖突點，再對沖突點進行可視化的分析優化，從而解決項目過程中潛在的風險點。

3.5 模擬方案

1）判斷圍擋與機械設備的碰撞關系。

2）根據各階段交通組織判斷車流量、人流量與場地施工的關系。

3）形成各階段環境、管線、交通的BIM模型。

4）根據各階段環境、管線、交通的BIM模型，優化初步管線搬遷和道路翻交方案。

5）根據優化方案再次制作管線搬遷和道路翻交方案。

6）通過再次制作的管線搬遷和道路翻交方案，模擬驗證方案的可行性，形成最終的管線搬遷和道路翻交方案。

北橫通道工程使用BIM技術改進的管道搬遷和道路翻交優化方案，很大程度上解決了施工中遇到的各種復雜危險的沖突點，改進了施工方式方法，并提高了施工效率。因此，針對市政工程等環境交通極為復雜的施工工程，優化方案能夠帶來較好的施工效果（圖1～圖3）。

圖1 通過BIM模型分析管線搬遷合理性

圖2 通過BIM模擬分析圍擋與交通、圍擋與設備之間的合理性

圖3 通過BIM模擬分析交通流量合理性

3.6 各階段模型

各階段模型可劃分為現狀保留模型、現狀拆除模型、新建模型、管線搬遷模型、主體結構模型，具體如下：

1）現狀保留模型包括場地、周邊永久建筑、構筑物、圍墻和臺階、永久人行地道出入口、永久綠化帶、樹木、永久水域、永久車道、永久人行道、永久斑馬線、永久隔離墩/護欄、永久護欄、永久指示牌和永久電線桿等。

2）現狀拆除模型包括拆除建筑物、構筑物，拆除人行地道出入口、拆除圍墻和臺階（根據拆遷階段細分）、拆除綠化帶、移除樹木、拆除車道、拆除人行道、拆除斑馬線、拆除隔離墩/護欄、拆除護欄、拆除窨井蓋、拆除路燈、拆除指示牌和拆除電線桿。

3）新建模型包括新建斑馬線、新建隔離墩/護欄、新建護欄、新建窨井蓋、新建電線桿和變化水域等。

4）管線搬遷模型包括紅/綠/藍/紫/黑/黃/橙線、永久市政管線、拆除市政管線、新建市政管線、圍擋、翻交后車道和翻交人行道。

5）主體結構模型包括主體結構和圍護結構。

4 優化方案具體操作流程與注意事項

首先，需準備相關資料、數據，包括管線搬遷方案、交通疏解方案、物探資料、初步設計資料、施工籌劃資料。然后創建模型，開始實施流程（圖4）。

圖4 實施流程

注意事項為：

1）需對集合進行劃分。集合劃分可由設計人員通過Revit軟件階段化、過濾器、工作集和Navisworks軟件中的集合功能進行統籌使用。

2）需制定建模規范。為保證各參與方最終模型的一致性，需制定模型創建方式及說明、顏色、透明度等規定。

3）需制定交付要求、成果輸出格式、動畫輸出要求等。根據實際施工計劃完成動畫模擬，動畫視點方向保持為大致的上北下南。

4）管線搬遷和道路翻交方案擬定應遵循以下原則：工程實施期間原則上不突破道路紅線，盡量減少沿線建（構）筑物動拆遷量，局部因交通組織及管線搬遷需要的，可進行紅線外借地；管線搬遷盡量考慮一次搬遷到位，局部區域采用臨搬后復位；盡量維持原有交通，保證沿線單位和居民出入方便。

5 結語

本優化方案克服了傳統管線搬遷、道路翻交方案編制的缺點。通過基于BIM的管線綜合優化方法，實現管線搬遷和道路翻交方案的優化，降低了整個項目中管線部分的投資預算，避免了后期在施工過程中由于管線沖突而導致的調整，不僅節約了成本，更節約了時間。

[1] 應宇墾.BIM技術引爆施工信息化潮流[J].中國建筑信息,2010(12): 18-20.

[2] 劉軍,鄧光裕.BIM技術在橋梁施工中的應用分析[J].交通世界,2017 (33):104-105.