基于BIM 技術在城市地下綜合管廊施工中的應用

韓詩雨，郭秀娟

（吉林建筑大學，吉林 長春 130118）

0 引言

隨著我國城市現代化進程的加快，地下綜合管廊成為創新智慧城市中市政基礎設施的重要組成部分，我國大部分城市已經進行地下綜合管廊的投資建設工作。城市地下綜合管廊可以有效解決路面重復開挖、空中搭線、雨天內澇等常見問題，這些問題嚴重影響了人們的日常生活和交通狀況，極易引起各種管線事故。同時，城市地下綜合管廊可以美化城市形象、改善交通擁堵、增加公共產品的有效投資、提高市政的能源供給率。推動城市地下綜合管廊的投資建設工作，是建立創新智慧城市的重要舉措。

1 城市地下綜合管廊的概述

城市地下綜合管廊是指城市地下集中敷設電力、通信、給水、排水、熱力、燃氣等管線的公共隧道[1]。城市綜合管廊還包括消防、照明、通風、監控等自身設備。城市地下綜合管廊的主要功能就是承擔整個城市的電力、熱力及通信的供應。

法國在1833 年為了解決管線敷設的問題興建了世界上第一條地下綜合管廊，隨后許多發達國家也相繼展開地下綜合管廊的建設工作，例如英國、德國等。1926 年，日本、西班牙也加入建設地下綜合管廊的行列。我國的地下綜合管廊建設起步較晚，但隨著經濟的快速發展和信息化時代的來臨，加快了地下綜合管廊在我國的發展速度。

目前，我國在地下綜合管廊建設工作中取得了一定的成績，但仍然存在諸多問題，據《中國城市建設統計年鑒》稱，截至2011 年底，我國僅供熱、排水、供水、燃氣4 種地下管線就已經超過148 km。我國大部分城市地下管廊已經進入超負荷狀態，這些地下管網由于設施陳舊，缺乏監控報警等設備，對周圍環境構成潛在的威脅。

2 城市地下綜合管廊施工存在的問題

城市地下綜合管廊具有高度的集約性、科學性和綜合性，地下內部空間有限、不可視化和復雜化等特點，導致施工難度大。一旦發生故障和遭遇災害，容易引起一系列反應，造成巨大的人員和財產損失。城市地下綜合管廊的建設屬于地下作業（見圖1），施工設計難度大、工期緊張，對技術要求很高，且不同地區有著巨大的差異性，施工前需要做好地質勘察準備工作。在具體施工中還存在管線分配容易碰撞、預留套管能否準確安裝等問題。因此，對城市地下綜合管廊的施工階段提出了更高的技術要求。

圖1 地下管廊施工現場

城市地下綜合管廊存在施工現場環境復雜、地下光線昏暗、通風不暢、入廊管線多樣且密集、參與單位過多、項目時間長、施工過程難以監督等問題，對施工人員和設備都有潛在的風險，有效結合BIM技術的特點，為地下綜合管廊制定合理的施工方案并實時監控施工現場可以有效解決城市地下綜合管廊施工階段存在的問題，有助于降低城市地下綜合管廊的施工難度，從源頭上降低發生危險的概率。

3 BIM 技術的特點

BIM（Building Information Modeling）常被翻譯為建筑信息模型，適用于項目的全生命周期中，是包含建設項目各項相關信息數據的三維數字化模型，包括所有構件或元素的物理、功能、行為等全生命周期內全部信息[2]。BIM 可以將各項數據作為基礎，建立3D 立體建筑模型，并在建設的過程中不斷更新信息，提高了信息的準確性，也為各個參與方提供了有效的合作平臺。①可視化，構成一種3D 立體模型，構件之間可以相互反饋，地下綜合管廊的設計、施工、運維管理階段都能實現可視化；②可協調性，可在施工之前進行模擬施工對其中的碰撞問題進行有效的解決，減少變更，協調各單位的關系；③可模擬性，可模擬地下管廊模型，在施工階段可進行模擬實際施工，確定最優施工方案；④可優化性，利用BIM 模型提供的幾何、物理、規則信息等，對項目的全生命周期進行優化；⑤可出圖性，BIM 可以繪制建筑圖紙，構件加工圖紙，還能繪制管廊管線圖紙、預留洞結構圖紙等。

4 BIM 技術在城市地下綜合管廊施工中的應用

4.1 專業協同設計

利用BIM 技術協調設計和施工等單位，有效地打破了信息孤島的現象。地下綜合管廊的建設參與方眾多，各單位分配責任錯綜復雜，難以協同，缺乏統一的管理制度。基于BIM 技術可以將整個項目全生命周期所產生的信息和數據在各單位之間信息互通，也可以直接傳遞，有效減少了信息傳遞的次數。

在設計階段，設計方利用BIM 模型進行設計，將最終成果交給施工方，并組織各單位進行交底工作，通過3D 視圖（見圖2），能夠讓施工方清晰地了解設計方的設計理念，使設計和施工無縫對接，并及時找出設計存在的問題，將各項信息上傳到BIM管廊模型中，調整修改后，由設計方創建BIM 地下綜合管廊跟蹤模型[3]，實現動態化的管理，對實際施工現場出現的問題及時掌握，全方位掌握施工現場的情況，及時處理施工中的問題。在施工階段，對設計階段中存在的設計缺陷和與現場不符合的現象，施工單位利用BIM 技術及時作出反饋和糾正。在竣工階段，基于BIM 地下綜合管廊模型作為驗收依據，提高驗收效率。

BIM 技術中的資源共享功能，有效加強了施工和設計的雙向銜接，使得各專業之間能夠在相互協同的過程中對工程項目有了全新的合作和連接，在協同合作的管理下，加快了施工的進度和質量，提升了設計施工的協同效率。

圖2 地下管廊3D 模擬視圖

4.2 管線綜合應用

城市地下綜合管廊具有結構復雜、設計難度大、管線多樣等難點，對技術要求較高，地下綜合管廊在施工過程中需要安裝大量的管線，既包括給水、排水、通信等功能管道，還包括消防、電力、通風等自身設備。利用BIM 技術的信息整合，可以將各單位的所有數據模型導入軟件中，進行碰撞檢查、凈空分析、布置規劃等，及時對發現的問題進行整改，提高圖紙的復核率，減少了設計變更，使管線的分布更加合理化，保證了地下綜合管廊的質量。

城市地下綜合管廊施工中，對大直徑管線加工時，基于BIM 技術可以提高精確度。在BIM 模型中，可以獲取地下綜合管廊的相關信息，明確管線的加工要求，例如：材質、位置、尺寸等信息，避免造成材料浪費。

4.3 模擬施工作業

在招投標過程中，應用BIM 技術進行施工現場的動畫展示和施工演示，可以直觀、動態地看到施工過程，合理地展示施工方案的優勢和可行性，有效的進行施工單位的比較和選擇。在施工過程中，地下綜合管廊在管線匯合處常產生復雜的結點，針對工程中較為復雜的施工節點，通過傳統的二維圖紙很難理解管線的走向，然而通過BIM 技術進行模擬施工可以直觀瀏覽復雜結點的結構，尋找有效的解決辦法，從而提高了施工的精準度。對于重要位置或專用構件的施工，基于BIM 技術模擬多種形式的施工方案，比較這些方案的可操作性，為最終施工方案的選擇提供依據。基于BIM 技術的4D 模型模擬施工現場，制定合理的施工進度計劃和資源分配，避免施工場地和機械的沖突。

4.4 現場實時監控

通過BIM 技術創建地下綜合管廊施工現場實時監控平臺，包括2 個部分：①機房集中監控系統平臺；②智能移動終端。各單位可以通過智能移動終端實時查看綜合管廊施工過程（見圖3）。如若發生危險，有4 種報警方式：聲光、電話、短信、郵件報警，使管理人員可以及時收到報警信息，做出應急措施，保證施工人員和管廊設備、設施的安全。

在施工中，現場施工人員可以將地下綜合管廊的信息數據及時上傳到BIM 平臺，以便各負責人對項目情況及時掌握，若發現問題，各參與方可以及時作出處理，更有效的對一線施工人員進行指導，對施工方案進行更深入、細致的調整。地下綜合管廊屬于地下作業，容易發生土層不均勻下沉，會改變地下綜合管廊的高程和坡度，且管線交接處可能發生錯位、滲漏、腐蝕等現象[4]。利用BIM 技術對現場情況進行實時監控，可以及時應對各種突發情況，避免發生更嚴重的施工事故。

圖3 地下綜合管廊施工現場實時監控平臺

4.5 施工質安管理

城市地下綜合管廊的施工，是多個單位相互合作的過程，不僅人員眾多，而且現場機械設備多，施工條件復雜，存在許多安全隱患。基于BIM 技術創建地下綜合管廊施工質安管理平臺，一方面通過模擬施工現場，合理分配人員、材料、機械等，提升空間利用率，避免浪費資源和發生安全問題。另一方面，利用RFID 技術，對地下綜合管廊各個施工節點進行實時監控，實時上傳數據到BIM 模型中，將實際質量情況與模型質量情況相比，如果質量不達標，施工單位及時作出調整和改善[5]，更有效的控制地下綜合管廊的質量問題。對于現澆或是預制結構，在施工中都要進行質量控制。基于BIM 技術可將各構件的具體信息錄入模型中，現場施工人員可以根據模型中的信息與實際部件對比，及時改正，保證施工的質量。當實際施工過程中出現安全隱患時，現場施工人員及時將隱患信息上傳至BIM 質安管理平臺，負責人收到隱患信息及時作出預警，避免發生安全事故，保證施工的質量安全。

4.6 施工成本管理

利用BIM 軟件進行建模，并在建立模型時將所有管廊數據信息錄入，可以通過工程量搭配定額等數據計算成本信息。利用BIM 技術模擬施工比較不同方案的成本預算，選擇最合理的方案，在滿足要求的情況下盡量避免成本浪費。在地下綜合管廊施工中若出現設計變更時，將所有變更信息錄入BIM模型中，可以計算出工程量及造價的改變，使各單位可以直接掌握設計變更對工程造價的影響，及時作出合理的調整計劃。相比傳統的模式，利用BIM技術可以實現更精準的成本管理，減少成本的浪費，還可以對比預算成本與實際消耗成本，使各單位明確資金動向，便于投資方調整后期資金投入。基于BIM 技術對成本動向進行可視化管理，可以降低因設計變更造成的經濟損失。

4.7 施工進度管理

城市地下綜合管廊全線長，呈線狀分布，主要集中敷設在公路下，為避免給居民的生活造成不便，對工期要求相對嚴格。基于BIM 技術施工管理人員可以將預計工程進度導入模型中，并在施工過程中將實際的工程進度導入模型中進行對比，各參與方也可以隨時查看進度信息，及時調整施工進度，提高施工的工作效率，保證如期完工。

5 結語

隨著我國城市經濟的快速發展，現存的城市市政設施已經不能滿足人們的日常生活需求，超負荷的市政設施也會給城市埋下巨大的安全隱患，因此城市地下綜合管廊得到了越來越廣泛的應用。但我國的城市地下綜合管廊還處于起步階段，我們還需要積極探索更好的技術手段，實現集約和可持續發展的市政設施。由于BIM 技術的特點，在城市地下綜合管廊建設中有著良好的應用前景。利用BIM 技術可以有效地解決城市地下綜合管廊施工中存在的問題，提高地下綜合管廊的施工質量，同時降低經濟成本，優化和提升環境效益，有助于城市地下綜合管廊的發展。