BIM技術(shù)在市政管線搬遷和道路翻交優(yōu)化中的應(yīng)用

陳 燕

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

1 技術(shù)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(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境模型相結(jié)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(dòng)態(tài)方式表現(xiàn)實(shí)施方案。基于BIM的管線搬遷、道路翻交的優(yōu)化方法，可發(fā)揮BIM的可視化交互價(jià)值，減少管線搬遷和道路翻交方案的不確定性，克服傳統(tǒng)管線搬遷、道路翻交的缺點(diǎn)。通過BIM軟件的三維可視化操作及碰撞檢測(cè)，可對(duì)市政道路管線不斷地進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)管線搬遷、道路翻交方案的優(yōu)化[1-2]。

2 案例現(xiàn)狀背景

北虹路立交作為上海市北橫通道的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，施工總體劃分為3個(gè)階段。

1）第1階段：將長(zhǎng)寧路中心綠化以南約20 m范圍設(shè)置圍擋，劃為施工區(qū)域，長(zhǎng)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(zhǎng)寧路中心綠化以北至蘇州河岸范圍設(shè)置圍擋，劃為施工區(qū)域，長(zhǎng)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(huán)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(huán)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(huán)線及現(xiàn)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(tái)現(xiàn)澆，墩柱、蓋梁少量采用現(xiàn)澆，其余均為預(yù)制結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)少量采用預(yù)制小箱梁、空心板梁，其余均采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)范圍采用鋼防撞墻，混凝土結(jié)構(gòu)范圍采用混凝土防撞墻。

跨中環(huán)橋梁為新建4層立交構(gòu)造，毗鄰中環(huán)及北翟路立交，交通環(huán)境復(fù)雜，交通組織難度大，并且周邊建筑和貨運(yùn)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(jié)構(gòu)為雙幅橋，因此常規(guī)工藝無法正常施工，需要新的工藝創(chuàng)新方式。墩柱構(gòu)件最高可達(dá)30 m，并劃分為2～3節(jié)拼裝，墩柱構(gòu)件的安裝拼接定位困難，無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)精度。水中墩屬于深基坑，基坑所需安全等級(jí)較高，施工安全性上有一定的挑戰(zhàn)。工程的一些墩柱施工區(qū)域鄰近地鐵線路，施工時(shí)需要確保地鐵正常運(yùn)行，且施工所受到的制約因素較多，外部協(xié)調(diào)工作量巨大。

3 案例解決優(yōu)化方式

3.1 前期調(diào)查

對(duì)北橫通道一段車流量、人流量、沿線建筑、構(gòu)筑物、單位和居民的出入口等情況進(jìn)行全面調(diào)查，并對(duì)道路管線搬遷范圍、數(shù)量等進(jìn)行調(diào)查。

3.2 建立BIM現(xiàn)狀模型

通過GIS、無人機(jī)、物探、測(cè)量、原始竣工圖等多方數(shù)據(jù)信息，以最真實(shí)的方式還原現(xiàn)狀情況，再利用BIM現(xiàn)狀模型對(duì)施工周邊建筑模型、地面信息、拆遷、受影響建筑等數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。

3.3 建立管線BIM模型

根據(jù)前期數(shù)據(jù)和模型分析，對(duì)BIM現(xiàn)狀模型、規(guī)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(jù)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(yè)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(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)BIM模型；將各階段管線、道路、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)BIM模型整合到周邊環(huán)境三維模型中，形成各階段工程整體的BIM模型。

3.4 沖突點(diǎn)分析

利用BIM可視化、可模擬的特性，復(fù)現(xiàn)復(fù)雜的地下空間，可更直觀且有效地對(duì)管線搬遷及道路翻交方案作出準(zhǔn)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(jié)構(gòu)間的碰撞情況。同時(shí)，通過BIM模型實(shí)現(xiàn)多專業(yè)相互協(xié)調(diào)，對(duì)整合的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行沖突檢測(cè)，可以輕而易舉地發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)二維圖紙或其他獨(dú)立數(shù)據(jù)中難以發(fā)現(xiàn)的沖突點(diǎn)，再對(duì)沖突點(diǎn)進(jìn)行可視化的分析優(yōu)化，從而解決項(xiàng)目過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

3.5 模擬方案

1）判斷圍擋與機(jī)械設(shè)備的碰撞關(guān)系。

2）根據(jù)各階段交通組織判斷車流量、人流量與場(chǎng)地施工的關(guān)系。

3）形成各階段環(huán)境、管線、交通的BIM模型。

4）根據(jù)各階段環(huán)境、管線、交通的BIM模型，優(yōu)化初步管線搬遷和道路翻交方案。

5）根據(jù)優(yōu)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(yàn)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(shù)改進(jìn)的管道搬遷和道路翻交優(yōu)化方案，很大程度上解決了施工中遇到的各種復(fù)雜危險(xiǎn)的沖突點(diǎn)，改進(jìn)了施工方式方法，并提高了施工效率。因此，針對(duì)市政工程等環(huán)境交通極為復(fù)雜的施工工程，優(yōu)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(shè)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(xiàn)狀保留模型、現(xiàn)狀拆除模型、新建模型、管線搬遷模型、主體結(jié)構(gòu)模型，具體如下：

1）現(xiàn)狀保留模型包括場(chǎng)地、周邊永久建筑、構(gòu)筑物、圍墻和臺(tái)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(hù)欄、永久護(hù)欄、永久指示牌和永久電線桿等。

2）現(xiàn)狀拆除模型包括拆除建筑物、構(gòu)筑物，拆除人行地道出入口、拆除圍墻和臺(tái)階（根據(jù)拆遷階段細(xì)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(hù)欄、拆除護(hù)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(hù)欄、新建護(hù)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(lán)/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(jié)構(gòu)模型包括主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

4 優(yōu)化方案具體操作流程與注意事項(xiàng)

首先，需準(zhǔn)備相關(guān)資料、數(shù)據(jù)，包括管線搬遷方案、交通疏解方案、物探資料、初步設(shè)計(jì)資料、施工籌劃資料。然后創(chuàng)建模型，開始實(shí)施流程（圖4）。

圖4 實(shí)施流程

注意事項(xiàng)為：

1）需對(duì)集合進(jìn)行劃分。集合劃分可由設(shè)計(jì)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(jìn)行統(tǒng)籌使用。

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

3）需制定交付要求、成果輸出格式、動(dòng)畫輸出要求等。根據(jù)實(shí)際施工計(jì)劃完成動(dòng)畫模擬，動(dòng)畫視點(diǎn)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(yīng)遵循以下原則：工程實(shí)施期間原則上不突破道路紅線，盡量減少沿線建（構(gòu)）筑物動(dòng)拆遷量，局部因交通組織及管線搬遷需要的，可進(jìn)行紅線外借地；管線搬遷盡量考慮一次搬遷到位，局部區(qū)域采用臨搬后復(fù)位；盡量維持原有交通，保證沿線單位和居民出入方便。

5 結(jié)語

本優(yōu)化方案克服了傳統(tǒng)管線搬遷、道路翻交方案編制的缺點(diǎn)。通過基于BIM的管線綜合優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)管線搬遷和道路翻交方案的優(yōu)化，降低了整個(gè)項(xiàng)目中管線部分的投資預(yù)算，避免了后期在施工過程中由于管線沖突而導(dǎo)致的調(diào)整，不僅節(jié)約了成本，更節(jié)約了時(shí)間。

[1] 應(yīng)宇墾.BIM技術(shù)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(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用分析[J].交通世界,2017 (33):104-105.