BIM 技術在上海臨港新城北島西路綜合管廊建設管理中的應用

文｜ 上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司 楊光 陸劍駿 何冬凌

上海隧道工程股份有限公司 劉立慧

1 引言

近年來，為解決城市地下市政公用事業管線總量不足、標準不高、管理運行不完善等問題，全國各大中城市已全面啟動建設地下綜合管廊試點工程。為了響應國務院號召，服務上海自貿區臨港新片區，合理開發利用城市地下空間資源，上海擬定在臨港新城主城區試行建設綜合管廊，實施范圍包括北島西路綜合管廊及圍繞水蕓路、云鵑路形成的“雙O 型”地下綜合管廊。由于項目體量大、工期緊、集約化程度高，涉及業主方、設計單位、施工單位、監理單位、管線權屬單位、材料供應商、運營商等眾多參與方，傳統的項目管理方式顯然有些力不從心。為解決綜合管廊建設運維過程中碰到的一系列問題，首次在項目中引入BIM 技術，建立BIM 模型，通過信息化的方式提高建設效率，降低溝通成本，輔助工程平穩推進，并為后期運維養護提供詳實的信息，提升工程建設管理水平。本文以北島西路綜合管廊工程為背景，探索BIM 技術在項目建設及運維全壽命期的應用，為今后諸多類似工程提供參考。

圖1 項目概況

2 工程概況

北島西路綜合管廊位于上海臨港新城滴水湖區域內，全長951m，總投資約1.2 億元。管廊平均斷面尺寸為B×H=5m×4.2m，采用綜合艙+燃氣艙雙艙布置。入廊管線涵蓋給水、中水、污水、生活垃圾、電力、通信、燃氣等所有市政管線。北島西路綜合管廊創下上海市多個“首次”，即首次在平原地區將重力流污水管納入綜合管廊、首次采用無人巡檢技術、首次在綜合管廊中納入燃氣管道、首次利用BIM 技術進行管廊全壽命周期的應用、首次采用綜合管理決策平臺、首次采用預埋式成品支橋架系統，可以說是上海市第一條“現代化”綜合管廊。

具體目標：（1）無人機結合GIS，方案更細致全面，提升決策水平；（2）BIM結合管理平臺，實現信息化管理，提升管理水平；（3）將過程數據與模型結合，對接運維，提升運維水平；（4）編制綜合管廊BIM 標準，示范應用，形成地方標準。

應用特色：本項目采用EPC 管理模式，BIM 應用貫穿設計、施工、采購、現場管理等環節。在項目實施的過程中，專門設立管廊BIM 聯合小組，BIM 設計小組與BIM 施工小組通過數據平臺協同工作。結合項目特點，本項目引入了無人機傾斜攝影、虛擬現實、云服務、物聯網等先進技術，圍繞BIM 模型開展設計優化、虛擬漫游、三維打印、工程量統計、施工模擬等應用，使設計效率與精細化程度得到了提高。打通三維打印、虛擬現實VR 等應用與BIM 的數據接口，直觀反映設計意圖并輔助決策。研究與應用過程中積累了大量設施、設備構件族，并與設備供應商合作，完善了構建庫建設，可以更好地服務后續工程。通過BIM 模型統計工程量，輔助精細化加工生產，節省項目成本。在施工過程中持續跟蹤，將BIM 技術與施工管理相結合，從進度、質量、成本以及溝通協調等方面，提升施工管理成效。探索運維管理研究，對運維系統開展研究與頂層設計，將不同的子系統，業務模塊進行集成，初步形成適合綜合管廊日常運維管理的系統平臺，便于統一高效的管理和數據調用與匯總。

3 BIM 應用目標及特色

總體目標：立足于國內BIM 應用現狀，圍繞北島西路綜合管廊示范工程的建設，探索適合一般綜合管廊項目建設的BIM 關鍵技術，實現精細化的管理，為類似綜合管廊工程的BIM 應用積累經驗。

4 BIM 主要應用點

4.1 設計階段應用

4.1.1 場地現狀仿真

圖2 場地模型創建

周邊環境模型的建立方式可以有多種技術手段，例如無人機傾斜攝影建模、現場激光掃描建模、購買三維測繪數據，根據測繪結果手工建模等等方法。考慮到北島西路區域生態原始，場地植被較多，現狀地形數據不夠詳實，數據測量工作量大，通過三維激光掃描與無人機傾斜攝影技術結合，快速建立較為精確的大范圍場地模型，真實還原北島原始地貌。

4.1.2 三維協同設計

通過三維協同設計平臺，采用“由整體到局部”的定位方法與“由零件到構件”的組裝方法，設計工作可以分解為標準段與各類節點，將標準與參數化族塊集成于模型中，各類構件相互組合與關聯，通過參數的調用，實現了設計模型的靈活修改、組合。

在項目設計過程中，各專業設計師基于同一模型進行協同設計，能有效地提高不同專業間信息的傳遞效率和質量；同時，不同工作地點、不同專業的設計人員利用基于廣域網的協同設計云平臺可有效降低傳統設計溝通成本，實現實時提資。

4.1.3 虛擬漫游

圖3 綜合管廊BIM 模型

在施工前，組合設計模型以及設備供應商模型，對內部設施進行漫游，通過漫游更好地表達設計方案，通過可視化表現，使設計意圖傳達更清晰，提高了項目組成員之間的溝通效率。采用虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）技術，在設計中、施工前對管廊內部結構及細部構造布局做沉浸式檢查，大大減少了設計中存在的差錯，進一步提升管線排布的合理性，顯著提升工程質量，有利于實現管廊工程百年大計的目標。

4.1.4 三維打印

通過采集海量的工程數據，將復雜節點設計模型通過3D 激光打印的方式以實物的形式展現在人們的眼前，形成工程縮影，讓項目決策者、建造施工者等有一個直觀清晰的認識（如圖4）。

4.1.5 工程量復核

根據投資監理招標開項表，分節段統計滿足招標要求的土建、機電、管線工程量，包括標準構件、預埋件、支吊架及典型結構的鋼筋用量，將造價人員手工算量結果與BIM 模型統計數據作對比，輔助核對采購清單，提高預算的準確度，預防工程浪費。

4.1.6 綜合支吊架優化

通過BIM 技術融合給排水、電氣等多專業技術要求，實現了機電各專業支吊架設計與校核可視化。通過數字化設計，使設計施工技術人員能夠簡便快鍵、準確地完成復雜的支吊架設計（如圖5）。

4.2 施工階段應用

4.2.1 數字化交底

選擇標準段進行模型深化，作為樣板段指導其余部分的深化。在標準段中協調解決沖突，輔助業主或施工單位對施工圖紙與施工方案進行分析審核，充分發揮出BIM 技術的價值，提升施工人員對設計意圖理解的準確性，有效減少返工。

4.2.2 進度模擬

圖4 復雜節點三維打印模型

圖5 綜合支吊架優化設計

圖6 輔助施工溝通交底

圖7 施工進度漫游展示

在施工準備階段，基于設計階段數據模型的延用，編制合理的進度控制表，利用BIM 做到事先控制，將進度計劃與模型中的組件關聯，可以讓模型隨著時間的推移而展示出逐步建造的過程，提前計劃工程整體進展。施工時定期更新實際進度，虛實對比，通過計劃進度與實際進度對比和事中調控，及時把控工程進展情況，科學有效進行施工組織（如圖7）。

4.2.3 復雜節點精細化模擬

在施工階段，根據制定的復雜節點專項方案清單，在相應節點施工前開展專項方案的精細化模擬、優化和技術交底工作。在項目例會、專題會、匯報會、評審會等場合基于BIM 模型開展溝通、協調和匯報工作（如圖8）。

4.2.4 竣工模型

完成土建施工及機電安裝后，在竣工階段，BIM 工作人員開展與現場的核對工作，查漏補缺，形成最終竣工模型，作為綜合管廊運維階段的數據基礎移交給運營單位。

4.3 運維階段應用

為克服目前管廊運維中涉及單位雜、專業多的困難，實現多單位多專業的可視化協同管理。本項目首次從全生命周期的視角進行管廊設施設備運維管理，為管廊隱患診斷和處理奠定基礎。

4.3.1 管廊狀態綜合監測

圖8 復雜節點精細化模擬

將管廊傳感器數據結合BIM 模型展示，各傳感器在管廊的位置按實際反映在管廊模型上。當探測到某個傳感器溫度異常時，能夠通過在模型上點擊，及時調出附近攝像頭數據，同時也可以點擊異常的設備，讀取設備功能、維保等信息，便于第一時間做出判斷。

4.3.2 入廊設施管理

根據設計管線排布方案建立管線排布模型，對入廊管線進行過碰撞檢測，并能直觀顯示。根據模型對管線入廊施工指導和驗收，避免先進廊管線隨意施工，導致后進管線無法操作的問題（如圖11）。

4.3.3 應急預案模擬

將文字版應急預案通過模型和動畫進行展示，直觀顯示搶修路線、工作流程等信息（如圖12）。

4.3.4 資料電子歸檔

所有管廊相關的圖紙、模型均在平臺上電子化保存，方便隨時調取資料。在后期周邊開發時，可以提供精確的三維模型給相關開發單位，方便周邊開發施工過程中避開管廊。

4.3.5 日程養護管理

用可視化的手段，對日程養護過程進行跟蹤和管理，并對養護過程和結果進行記錄和歸檔。

5 總結

本項目作為上海市第一條在建的現代化綜合管廊項目，借力BIM 技術，將BIM融入日常工作中，結合技術創新，提升項目整體水準，實現了BIM 瀏覽直觀形象，施工模擬清晰可靠，進度跟蹤持續及時，航拍采集快速全面。BIM 模型精細準確的驕人成果在綜合管廊工程建設中起到了示范作用，項目取得的成效如下：

（1）采用BIM 技術在項目前期場地分析中節省測量時間約3 周；

（2）設計過程中借助BIM 碰撞檢查功能，提前解決沖突40 余處，節省變更約20萬元；

（3）采用BIM 用于道路翻交方案匯報，交通組織方案一次通過評審；

圖9 竣工模型與現場對比

圖10 管廊狀態檢測

圖11 管廊狀態檢測

圖12 應急預案管理