基于BIM 技術(shù)在城市地下綜合管廊施工中的應(yīng)用

韓詩雨，郭秀娟

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130118）

0 引言

隨著我國城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，地下綜合管廊成為創(chuàng)新智慧城市中市政基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，我國大部分城市已經(jīng)進(jìn)行地下綜合管廊的投資建設(shè)工作。城市地下綜合管廊可以有效解決路面重復(fù)開挖、空中搭線、雨天內(nèi)澇等常見問題，這些問題嚴(yán)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(shí)，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(chǎn)品的有效投資、提高市政的能源供給率。推動(dòng)城市地下綜合管廊的投資建設(shè)工作，是建立創(chuàng)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(shè)電力、通信、給水、排水、熱力、燃?xì)獾裙芫€的公共隧道[1]。城市綜合管廊還包括消防、照明、通風(fēng)、監(jiān)控等自身設(shè)備。城市地下綜合管廊的主要功能就是承擔(dān)整個(gè)城市的電力、熱力及通信的供應(yīng)。

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

目前，我國在地下綜合管廊建設(shè)工作中取得了一定的成績，但仍然存在諸多問題，據(jù)《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》稱，截至2011 年底，我國僅供熱、排水、供水、燃?xì)? 種地下管線就已經(jīng)超過148 km。我國大部分城市地下管廊已經(jīng)進(jìn)入超負(fù)荷狀態(tài)，這些地下管網(wǎng)由于設(shè)施陳舊，缺乏監(jiān)控報(bào)警等設(shè)備，對(duì)周圍環(huán)境構(gòu)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(xué)性和綜合性，地下內(nèi)部空間有限、不可視化和復(fù)雜化等特點(diǎn)，導(dǎo)致施工難度大。一旦發(fā)生故障和遭遇災(zāi)害，容易引起一系列反應(yīng)，造成巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失。城市地下綜合管廊的建設(shè)屬于地下作業(yè)（見圖1），施工設(shè)計(jì)難度大、工期緊張，對(duì)技術(shù)要求很高，且不同地區(qū)有著巨大的差異性，施工前需要做好地質(zhì)勘察準(zhǔn)備工作。在具體施工中還存在管線分配容易碰撞、預(yù)留套管能否準(zhǔn)確安裝等問題。因此，對(duì)城市地下綜合管廊的施工階段提出了更高的技術(shù)要求。

圖1 地下管廊施工現(xiàn)場

城市地下綜合管廊存在施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、地下光線昏暗、通風(fēng)不暢、入廊管線多樣且密集、參與單位過多、項(xiàng)目時(shí)間長、施工過程難以監(jiān)督等問題，對(duì)施工人員和設(shè)備都有潛在的風(fēng)險(xiǎn)，有效結(jié)合BIM技術(shù)的特點(diǎn)，為地下綜合管廊制定合理的施工方案并實(shí)時(shí)監(jiān)控施工現(xiàn)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(fā)生危險(xiǎn)的概率。

3 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

BIM（Building Information Modeling）常被翻譯為建筑信息模型，適用于項(xiàng)目的全生命周期中，是包含建設(shè)項(xiàng)目各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)的三維數(shù)字化模型，包括所有構(gòu)件或元素的物理、功能、行為等全生命周期內(nèi)全部信息[2]。BIM 可以將各項(xiàng)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立3D 立體建筑模型，并在建設(shè)的過程中不斷更新信息，提高了信息的準(zhǔn)確性，也為各個(gè)參與方提供了有效的合作平臺(tái)。①可視化，構(gòu)成一種3D 立體模型，構(gòu)件之間可以相互反饋，地下綜合管廊的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理階段都能實(shí)現(xiàn)可視化；②可協(xié)調(diào)性，可在施工之前進(jìn)行模擬施工對(duì)其中的碰撞問題進(jìn)行有效的解決，減少變更，協(xié)調(diào)各單位的關(guān)系；③可模擬性，可模擬地下管廊模型，在施工階段可進(jìn)行模擬實(shí)際施工，確定最優(yōu)施工方案；④可優(yōu)化性，利用BIM 模型提供的幾何、物理、規(guī)則信息等，對(duì)項(xiàng)目的全生命周期進(jìn)行優(yōu)化；⑤可出圖性，BIM 可以繪制建筑圖紙，構(gòu)件加工圖紙，還能繪制管廊管線圖紙、預(yù)留洞結(jié)構(gòu)圖紙等。

4 BIM 技術(shù)在城市地下綜合管廊施工中的應(yīng)用

4.1 專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

利用BIM 技術(shù)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和施工等單位，有效地打破了信息孤島的現(xiàn)象。地下綜合管廊的建設(shè)參與方眾多，各單位分配責(zé)任錯(cuò)綜復(fù)雜，難以協(xié)同，缺乏統(tǒng)一的管理制度。基于BIM 技術(shù)可以將整個(gè)項(xiàng)目全生命周期所產(chǎn)生的信息和數(shù)據(jù)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(shù)。

在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)方利用BIM 模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，將最終成果交給施工方，并組織各單位進(jìn)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(shè)計(jì)方的設(shè)計(jì)理念，使設(shè)計(jì)和施工無縫對(duì)接，并及時(shí)找出設(shè)計(jì)存在的問題，將各項(xiàng)信息上傳到BIM管廊模型中，調(diào)整修改后，由設(shè)計(jì)方創(chuàng)建BIM 地下綜合管廊跟蹤模型[3]，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的管理，對(duì)實(shí)際施工現(xiàn)場出現(xiàn)的問題及時(shí)掌握，全方位掌握施工現(xiàn)場的情況，及時(shí)處理施工中的問題。在施工階段，對(duì)設(shè)計(jì)階段中存在的設(shè)計(jì)缺陷和與現(xiàn)場不符合的現(xiàn)象，施工單位利用BIM 技術(shù)及時(shí)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(yàn)收依據(jù)，提高驗(yàn)收效率。

BIM 技術(shù)中的資源共享功能，有效加強(qiáng)了施工和設(shè)計(jì)的雙向銜接，使得各專業(yè)之間能夠在相互協(xié)同的過程中對(duì)工程項(xiàng)目有了全新的合作和連接，在協(xié)同合作的管理下，加快了施工的進(jìn)度和質(zhì)量，提升了設(shè)計(jì)施工的協(xié)同效率。

圖2 地下管廊3D 模擬視圖

4.2 管線綜合應(yīng)用

城市地下綜合管廊具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度大、管線多樣等難點(diǎn)，對(duì)技術(shù)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(fēng)等自身設(shè)備。利用BIM 技術(shù)的信息整合，可以將各單位的所有數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入軟件中，進(jìn)行碰撞檢查、凈空分析、布置規(guī)劃等，及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行整改，提高圖紙的復(fù)核率，減少了設(shè)計(jì)變更，使管線的分布更加合理化，保證了地下綜合管廊的質(zhì)量。

城市地下綜合管廊施工中，對(duì)大直徑管線加工時(shí)，基于BIM 技術(shù)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(guān)信息，明確管線的加工要求，例如：材質(zhì)、位置、尺寸等信息，避免造成材料浪費(fèi)。

4.3 模擬施工作業(yè)

在招投標(biāo)過程中，應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場的動(dòng)畫展示和施工演示，可以直觀、動(dòng)態(tài)地看到施工過程，合理地展示施工方案的優(yōu)勢和可行性，有效的進(jìn)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(chǎn)生復(fù)雜的結(jié)點(diǎn)，針對(duì)工程中較為復(fù)雜的施工節(jié)點(diǎn)，通過傳統(tǒng)的二維圖紙很難理解管線的走向，然而通過BIM 技術(shù)進(jìn)行模擬施工可以直觀瀏覽復(fù)雜結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，尋找有效的解決辦法，從而提高了施工的精準(zhǔn)度。對(duì)于重要位置或?qū)Ｓ脴?gòu)件的施工，基于BIM 技術(shù)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(jù)。基于BIM 技術(shù)的4D 模型模擬施工現(xiàn)場，制定合理的施工進(jìn)度計(jì)劃和資源分配，避免施工場地和機(jī)械的沖突。

4.4 現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控

通過BIM 技術(shù)創(chuàng)建地下綜合管廊施工現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，包括2 個(gè)部分：①機(jī)房集中監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)；②智能移動(dòng)終端。各單位可以通過智能移動(dòng)終端實(shí)時(shí)查看綜合管廊施工過程（見圖3）。如若發(fā)生危險(xiǎn)，有4 種報(bào)警方式：聲光、電話、短信、郵件報(bào)警，使管理人員可以及時(shí)收到報(bào)警信息，做出應(yīng)急措施，保證施工人員和管廊設(shè)備、設(shè)施的安全。

在施工中，現(xiàn)場施工人員可以將地下綜合管廊的信息數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到BIM 平臺(tái)，以便各負(fù)責(zé)人對(duì)項(xiàng)目情況及時(shí)掌握，若發(fā)現(xiàn)問題，各參與方可以及時(shí)作出處理，更有效的對(duì)一線施工人員進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)施工方案進(jìn)行更深入、細(xì)致的調(diào)整。地下綜合管廊屬于地下作業(yè)，容易發(fā)生土層不均勻下沉，會(huì)改變地下綜合管廊的高程和坡度，且管線交接處可能發(fā)生錯(cuò)位、滲漏、腐蝕等現(xiàn)象[4]。利用BIM 技術(shù)對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以及時(shí)應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況，避免發(fā)生更嚴(yán)重的施工事故。

圖3 地下綜合管廊施工現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)

4.5 施工質(zhì)安管理

城市地下綜合管廊的施工，是多個(gè)單位相互合作的過程，不僅人員眾多，而且現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備多，施工條件復(fù)雜，存在許多安全隱患。基于BIM 技術(shù)創(chuàng)建地下綜合管廊施工質(zhì)安管理平臺(tái)，一方面通過模擬施工現(xiàn)場，合理分配人員、材料、機(jī)械等，提升空間利用率，避免浪費(fèi)資源和發(fā)生安全問題。另一方面，利用RFID 技術(shù)，對(duì)地下綜合管廊各個(gè)施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)到BIM 模型中，將實(shí)際質(zhì)量情況與模型質(zhì)量情況相比，如果質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，施工單位及時(shí)作出調(diào)整和改善[5]，更有效的控制地下綜合管廊的質(zhì)量問題。對(duì)于現(xiàn)澆或是預(yù)制結(jié)構(gòu)，在施工中都要進(jìn)行質(zhì)量控制。基于BIM 技術(shù)可將各構(gòu)件的具體信息錄入模型中，現(xiàn)場施工人員可以根據(jù)模型中的信息與實(shí)際部件對(duì)比，及時(shí)改正，保證施工的質(zhì)量。當(dāng)實(shí)際施工過程中出現(xiàn)安全隱患時(shí)，現(xiàn)場施工人員及時(shí)將隱患信息上傳至BIM 質(zhì)安管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)人收到隱患信息及時(shí)作出預(yù)警，避免發(fā)生安全事故，保證施工的質(zhì)量安全。

4.6 施工成本管理

利用BIM 軟件進(jìn)行建模，并在建立模型時(shí)將所有管廊數(shù)據(jù)信息錄入，可以通過工程量搭配定額等數(shù)據(jù)計(jì)算成本信息。利用BIM 技術(shù)模擬施工比較不同方案的成本預(yù)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(fèi)。在地下綜合管廊施工中若出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更時(shí)，將所有變更信息錄入BIM模型中，可以計(jì)算出工程量及造價(jià)的改變，使各單位可以直接掌握設(shè)計(jì)變更對(duì)工程造價(jià)的影響，及時(shí)作出合理的調(diào)整計(jì)劃。相比傳統(tǒng)的模式，利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的成本管理，減少成本的浪費(fèi)，還可以對(duì)比預(yù)算成本與實(shí)際消耗成本，使各單位明確資金動(dòng)向，便于投資方調(diào)整后期資金投入。基于BIM 技術(shù)對(duì)成本動(dòng)向進(jìn)行可視化管理，可以降低因設(shè)計(jì)變更造成的經(jīng)濟(jì)損失。

4.7 施工進(jìn)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(shè)在公路下，為避免給居民的生活造成不便，對(duì)工期要求相對(duì)嚴(yán)格。基于BIM 技術(shù)施工管理人員可以將預(yù)計(jì)工程進(jìn)度導(dǎo)入模型中，并在施工過程中將實(shí)際的工程進(jìn)度導(dǎo)入模型中進(jìn)行對(duì)比，各參與方也可以隨時(shí)查看進(jìn)度信息，及時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度，提高施工的工作效率，保證如期完工。

5 結(jié)語

隨著我國城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)存的城市市政設(shè)施已經(jīng)不能滿足人們的日常生活需求，超負(fù)荷的市政設(shè)施也會(huì)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(yīng)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(shù)手段，實(shí)現(xiàn)集約和可持續(xù)發(fā)展的市政設(shè)施。由于BIM 技術(shù)的特點(diǎn)，在城市地下綜合管廊建設(shè)中有著良好的應(yīng)用前景。利用BIM 技術(shù)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(zhì)量，同時(shí)降低經(jīng)濟(jì)成本，優(yōu)化和提升環(huán)境效益，有助于城市地下綜合管廊的發(fā)展。