BIM 技術在地下管廊施工中的應用

焦紅偉

北京住總第一開發建設有限公司 北京 100000

地下綜合管廊（utility tunnel）是指建在城市道路地下用于容納兩種及以上為滿足生活、生產需要的電力、通訊、天然氣、給水、供暖、雨水、污水等市政管線的構筑物。相較于傳統市政管線的直埋方式，將各類市政管線納入地下綜合管廊具有顯著的經濟效益和社會效益。地下綜合管廊能夠將各類市政管線進行合理布置，促進城市地下空間的科學開發及利用，提升城市居民的生活品質，促進地下綜合管廊周邊地塊的增值。地下綜合管廊建成后既能杜絕“馬路拉鏈”現象，同時也能延長市政管線的使用壽命。目前，我國地下綜合管廊的發展仍處于起步階段，大部分的地下綜合管廊項目還在規劃和建設中，尚未形成行業體系。在地下綜合管廊建設過程中遇到諸多困難，將BIM 技術引入地下綜合管廊項目中，發揮BIM技術的優勢，可有效地解決建造階段碰到的難點，促進地下綜合管廊的可持續發展。

1 BIM 技術的簡要概況

BIM 技術通過在計算機中建立虛擬的三維模型，用于仿真建筑施工的全過程和建筑物壽命的周期設計和管理工作。BIM 技術不能簡單的理解為某種軟件的應用和模型的構建。其通過建筑行業的生命周期中所有信息的有機結合，可以實現現代的管理模式，推動建筑行業由手工繪圖到計算機一體機的轉變。虛擬建筑工程三維模型，利用計算機為模型提供的集合信息和專業的信息是BIM 技術的核心，它可以在建筑物的整個生命周期中使用，并可以有效地判斷項目。這個建筑工程的信息模型可以通過數字建模軟件來實現對項目工程的管理，設計，施工和建設，可以最大化的來實現建筑企業的利潤與價值。BIM 技術還可以根據各個不同階段的知識去共享企業之間的信息，推動企業之間的合作更加的緊密，有助于凝聚建筑行業一起向更高一層次的發展。

2 BIM 技術在綜合管廊項目管理中的應用價值

2.1 使得全壽命周期內的管理數據無損保留

基于BIM的綜合管廊三維模型本來就攜帶著豐富的建筑信息，比如構件的幾何尺寸、所用材料及生產廠家等，后期施工中對模型進行應用的同時，還可以將進度、成本、質量和安全掛接到模型中，項目的各參與方都能利用模型中的大數據進行管廊施工管理，而運維階段的管理更是會產生大量的管理數據，這些施工數據和管理數據將會無損保留，對長期的運維管理提供直接的參考依據。

2.2 實現各參與方之間的協同管理

傳統的項目管理呈現線性特點，導致各參與方為實現自身管理目標而努力搜集所需信息，并且管理過程中又會產生很多額外的信息，這些信息將會保存于單個參與方而不能共享，導致其他的參與方依然需要搜集重復的信息。利用BIM 系列軟件如Revit 建立管廊項目的三維模型，接著建立基于BIM 模型的項目管理平臺，各參與方均可通過該平臺進行自我管理目標的實現，此時的項目管理呈現網狀特點，即實現了項目各參與方之間的協同管理。

2.3 使全壽命周期各階段的管理更加精細化

由于綜合管廊項目會涉及建筑、結構及安裝等不同專業，基于BIM 技術可實現各專業協同設計，使設計工作更高效、更合理，避免影響后續的施工。施工過程中利用參數化信息模型使工程量計算更加高效和準確，進行更好的控制成本，另外，利用BIM 技術可以進行施工模擬以及專項施工方案模擬，即可以很好的控制工程進度，又可以很好的控制工程質量[1]。綜合管廊項目建成后將會有長期的運維階段，利用BIM 技術可實現可視化的檢查維修，再結合無線射頻等其他的信息化技術，可形成智能化的管廊監測系統，提高運維管理效率。

3 地下綜合管廊建造存在的難點

3.1 施工現場環境復雜

地下綜合管廊屬于地下工程范疇，工程開挖面大，施工作業線長，施工環境復雜。地下綜合管廊建設不僅要考慮地下原有市政管線的遷移和臨時安置，還可能要考慮道路、地鐵等其他工程的同步施工，這無疑增加了地下綜合管廊的施工復雜度，也是對施工技術的重大考驗。項目開工前既需要合理地分析項目選址、政策處理、環境評估等，也需要高度重視施工場地的地質勘察與點位測量。在老城區建設地下綜合管廊，還要考慮沿街兩旁建筑物、人口密度、交通流量等限制。施工過程中的任何環節出現問題或是施工中出現不確定因素，都將影響到項目進度。

3.2 施工建造成本高

單憑建幾條、幾公里地下綜合管廊無法扭轉整體城市市政管線狀況，地下綜合管廊發揮作用需要形成一個功能體系，按功能類型可分為干線綜合管廊、支線綜合管廊和纜線綜合管廊。建設地下綜合管廊形成規模體系需要投入大量的資金，并且建造成本受地質條件、納入管廊管線種類、管廊艙數及斷面尺寸等因素影響，在實際建設過程中，可能出現超出原有預算成本的狀況。例如，北京市世園會地下綜合管廊一期工程，分為電力艙、綜合艙、燃氣艙，納入了中水、給水、弱電、強電、燃氣等市政管線，施工包括土建、電氣、監控與報警、消防、排水、通風等部分，其單艙造價為3500 萬元/km、雙艙造價為6400 萬元/km、三艙造價為9200 萬元/km。高昂的建造成本使得各地無法大規模地建設地下綜合管廊，阻礙地下綜合管廊的可持續發展。

4 BIM 技術的應用

4.1 工程概況

新機場高速公路地下綜合管廊（南四環-新機場）工程一期土建施工GLS06，位于大興區禮賢鎮，長度約3.7km，線路北側起始點位于大禮路北700 米，南端與新機場內部管廊聯通，綜合管廊標準斷面主要為三艙結構（電力艙、水信艙、燃氣艙）。結構內尺寸為9m×3m。本工程基坑均為明挖法施工，我項目部施工0+000-1+750。主體工程包括管廊本體、附屬節點等，附屬工程包括給排水及消防、通風、建筑、供配電及照明、監控、標識等，還包括附屬設施工程、監控中心和相關電力通信支架等。本工程是該市迄今最大的地下管廊工程，涉及到建筑、結構、給排水、電氣等多專業，信息量大，傳統各專業圖紙關聯性差。施工工程量大，土方開挖量大，工期緊，對傳統算量和施工組織壓力大[2]。

4.2 有效的優化管線的設計

在地下綜合管廊的施工過程中，會存在非常多的管線，交叉施工的現象是無可避免的。因此，在進行管廊的施工中，對管線進行綜合化的優化與設計是非常重要的步驟。具備有良好的優化管線的設計，可以減少安裝人員很多工作量，例如，施工交叉情況下返工的工作，這樣可以節省對于人工和材料的耗費，有效的優化了管線的設計工作。在地下綜合管廊包含有大量的管線，在布置這些管線的時候要注意不同之間的管線不要進行相交或者是相互碰撞，BIM技術在這時就起了很大的作用。當BIM 技術出現的時候，就可以利用BIM 術進行碰撞的檢測，檢測是否有碰撞或者交叉的情況出現。根據利用BIM 術建立三維的空間模型，這個模型可以清楚看到每條管線的安裝的位置，不同管線之間的距離和交叉的部位，還可以展現安裝施工中存在的安全的風險，可以及時調整不合理的管線布置。

圖1 三艙斷面示意圖

4.3 施工圖深化設計出圖

傳統的二維CAD 設計出圖，如涉及設計和施工變更，修改起來效率比較低。在協同設計應用中，采用Revit 建模軟件創建的三維管廊模型，根據視圖控制功能對模型進行平立剖切分，能自動生成施工圖，如需對設計方案進行修改，可在三維可視化模型中做簡單的調整，相應的平立剖施工圖即可對應調整，大大提高了修改和出圖的效率。在實際的項目應用中，Revit 軟件出圖流程主要為：創建模型→明確出圖內容和深度需求→創建標記族并編制圖框→圖元顯示設置→標記和文字注釋→圖框信息輸入→CAD 形式導出→PDF 形式打印出圖。在出圖過程中需要注意的是，需要對其進行相應的修改和轉化[3]。

4.4 施工階段

BIM 技術應用綜合管廊項目施工階段是整個項目周期內參與方最多的階段，并且周期較長，傳統的參建單位對施工階段的管理基于CAD 圖紙，而且彼此之間缺少溝通，存在“信息孤島”，而且施工過程信息缺少有效的留存途徑，造成信息丟失，不利于后期竣工驗收甚至運維階段的管理[4]。BIM 技術可實現協同施工。首先設計單位基于BIM 三維模型向項目各參與方進行可視化交底，最終的BIM 模型移交施工階段各參與方應用。BIM 模型將設計單位、建設單位、施工單位、建立單位等項目參與方聯系在一起，同時提供了彼此之間有效的信息溝通方式，使得施工階段的管理呈現協同性特點，提高了管理效率。

圖2 標準段施工模擬

4.5 管廊族庫的開發與應用

BIM 在工程建設應用過程中，族是核心元素，它是Revit 三維可視化建模的基本構件，主要包括軟件自帶的系統族和外載入族兩種形式，系統族主要包括軸網、標高、墻、樓板等，用于搭建項目的基本圖元。外載入族主要有體量族、模型類別族和注釋類別族，可以獨立于軟件存放。在建筑信息化應用的過程中，為了推動BIM正向設計技術的發展，提高建模的效率，本項目在協同設計的過程中，利用族庫大師對管廊項目的建筑、結構、機電族進行歸檔存儲，如圖7 所示，在族庫開發過程中，通過業主、設計方和設備廠商利用互聯網進行有效協同，實現遠程數據對接，主要開發創建了可參數化的管廊支架、水泵和跨管樓梯等可載入族。

4.6 使用BIM 工具—建造成本控制

使用BIM 工具，以“數據信息模型+管理工具”的形式，實現地下綜合管廊建造階段成本的精細化控制。制定地下綜合管廊的施工成本計劃，并以此為基礎進行施工作業安排。將地下綜合管廊的成本數據添加建立BIM-5D 模型，與人員、材料、機械、工程計量、質量和安全等信息綜合形成實時更新的項目中心數據庫。項目實施過程中，中心數據庫根據施工進度和工程量變化，可自動匯總統計出地下綜合管廊不同部位、不同節點的材料需用量及工程量變更產生的施工成本改變，使材料采購量與實際工程量保持一致。在項目中心數據庫中，可以形成節點構件標簽，統計建造階段中的簽證、變更等資料。節點構件標簽可追溯查詢進場材料的供應途徑和相應主材價格，方便工程竣工結算階段快速進行工程量變更審計和提供相應詢價依據。

4.7 項目管理協作

基于BIM 模型云協同平臺，將BIM 三維模型與建設工藝流程、施工進度計劃、施工模擬信息綁定，做到信息化、可視化、標準化。施工現場人員可采用接入平臺數據庫的APP 在BIM 模型上的記錄、監督、反饋的機制實現施工過程的痕跡化管理。施工人員在現場可以通過照片、視頻、文字等形式及時更新、反映施工現場實際情況與建設計劃、建設模型的偏差，技術人員也可以直接通過PC 端、手機端平臺上進行分析，制定相應優化措施，及時整改現場問題，做到對項目施工進度的實時管控并自動量化任務和資源。建設單位、施工項目部、施工單位、監理單位等等多個與施工有關的單位都可以整合在該平臺上，打破傳統點對點的溝通形式，以中心對點的形式進行溝通，提高信息流通成本，便于解決施工中產生的問題。

4.8 運維階段BIM 技術應用

4.8.1 BIM+GIS 技術

GIS 是地理信息系統的簡稱，利用BIM 技術建立管廊的空間信息模型，利用GIS 技術建立管廊周圍的地理位置信息，兩者相結合便可以清楚地看到管廊周圍的地理環境，這對綜合管廊項目前期規劃設計工作帶來很大便利，避免不合理的管廊規劃帶入施工階段而浪費資源。另外，運維階段一旦發生管線故障需要搶修時，兩者相結合便能看到管線故障位置的周圍地理環境，進而快速制定搶修方案，進行檢修工作。

4.8.2 BIM+物聯網技術

物聯網是將紅外傳感設備或無線射頻設備等連接到互聯網，目的是為需要監控或交互的區域提供動態信息數據。BIM 技術與物聯網技術相結合可以實現綜合管廊項目運維階段的智能化管理，利用傳感設備對管廊內部進行定位和監控并將監控信息反饋給智能管理平臺，這種高效準確的信息反饋對及時發現故障并解決故障提供必要前提依據，無疑會給管廊運維管理帶來很大的價值。

4.8.3 BIM+3D 打印可視化應用

根據項目部建立的管廊Revit 模型，應用公司BIM 中心3D 打印機制作管廊模型，應用于可視化交底、方案討論，并給領導用模型進行展示。將可視化成果應用到技術交底、生產會議、總結會議、監理例會、甲方會議、檢查會議等會議中，實現BIM 可視化的應用落地。針對現場階段性施工提供指導性意見及節約2D 模式下施工缺陷。

圖3 模型3D 打印

5 結語

綜上所述，隨著時代的發展，建筑行業在不斷的完善，科技的腳步越來越快，BIM 技術將會在建筑行業得到廣泛的應用，相關的功能也會得到進一步的完善。在地下綜合管廊中應用BIM 技術有效的實現了經濟效益和環境效益的統一，解決了非常多在傳統地下綜合管廊中面臨的許多問題，保證了施工的工期，提升了施工工程的質量，節省了施工的成本?？傮w來說，BIM 技術應用到地下綜合管廊中的施工是一項重要的工程，對地下綜合管廊的施工具有非常重要的作用。