BIM技術在城市綜合管廊中的應用

閆黃璽

西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710068

城市綜合管廊是指一個地下隧道空間內包含了不只一種地下管線所形成的地下管廊，包含供水、排水、電力、熱力、燃氣、通信、電視、網絡等管線。因為城市地下空間有限，開發設置管線的時候不可能為每一個管線都設置單獨的地下隧道，所以往往會多條管線使用同一個地下隧道，以減少施工，避免地面沉降，這就形成了城市地下復雜的綜合管廊系統。在地下綜合管廊中，除了管線設施，還需要配備必要的基礎設施，以供檢查維修使用。

利用BIM技術進行城市綜合管廊設計的主要原理是通過BIM的三維建模能力，以及當前施工中采用的數據測繪技術，根據收集的數據建立城市綜合管廊的模型，然后利用BIM技術對設計進行優化完善，并且模擬現實的運營情況，對可能出現風險的節點進行優化研究；而對于無法通過優化設計有效解決的問題，可通過BIM技術模擬研究解決的對策，最終制訂出完善的設計、施工和運營管理方案。同時，BIM技術還會調用以往的數據庫，根據城市的地下情況和綜合管廊的建設歷史，對建立的模型進行修正和真實情況模擬，因為城市綜合管廊修建在地下，受到地下和地面的雙重影響，所以需要結合實際的地面建筑情況和未來的城市規劃進行研究，避免出現地面沉降或者塌陷的情況。BIM技術還能對原有的設計方案進行修正和完善，即便是在施工的過程中出現了問題，也可以利用BIM技術及時解決。

1 BIM技術在國內外城市綜合管廊中的應用 現狀

1.1 國外研究與開發現狀

國外研究學者在綜合管廊的設計、施工和運營等各個階段都對建筑信息模型進行了深入研究。通過對BIM技術的全面應用，提出了基于“BIM+”的設施管理模式，綜合了管廊和設施的信息，在很大程度上提高了綜合管廊的可靠性和綜合管廊的管理水平。此外，在此基礎上利用BIM（建筑信息模型）和GIS（地理信息系統），對綜合管道線路的初步可行性進行了研究。為了評估項目的成本，選擇最佳路線，并進一步改進項目的交付方式，開發了一個集成BIM和GIS的可行性研究系統。

1.2 國內研究與開發現狀

朱記偉等[1]利用BIM技術模擬工程難點部位的施工過程，優化施工方案，同時利用BIM技術實現施工各個環節的動態一體化管理。徐誠等[2]在管廊施工階段應用BIM技術，列舉了BIM技術在管道工程施工階段的應用實例，如在基坑支護、鋼筋計算、吊裝仿真、現場安裝等方面的BIM應用實例，并對BIM技術在綜合管廊工程中的質量控制、成本控制、進度控制等方面的有效應用進行了介紹。宋薇[3]針對綜合管廊施工中的質量控制問題，提出將BIM技術應用于施工過程中的質量控制措施，使工程能從經濟和技術兩個方面對綜合管廊施工進行質量控制，減少施工過程中的質量問題。

2 BIM技術在城市綜合管廊中的應用原理

以BIM技術為基礎構建的城市地下綜合管廊運營管理系統的核心思想是將基于物聯網技術的管廊綜合監控系統移植到云平臺上，將管廊主體及附屬設施信息數字化存儲在云平臺上，利用GIS技術和BIM技術進行數據集成，建立管廊運營管理的統一云門戶，使用戶通過移動設備，如PC、智能手機等實現對綜合管廊運營過程的全面監控。采用BIM+QR碼或RFID技術，在已有數字模型的基礎上，實現對綜合管廊的可視化監控與管理，并通過通信設備對管廊監控實時數據進行處理，將其寫入監控實時數據庫和歷史數據庫。這樣可以實現管廊運行整個生命周期內數據的統一存儲、分析和判斷，為管理部門提供決策支持。BIM的應用，如設計方案修改，優化、管理平臺等，為BIM技術的全面推廣和進一步深入應用奠定了堅實的基礎。

3 BIM技術在城市綜合管廊中的應用實例

案例綜合管廊位于地下建筑走廊，是設備管道的專用管廊。地下管廊寬250～430cm，凈空高度為460cm。施工現場如圖1所示。

圖1 管廊施工設計圖

3.1 模型分析

（1）碰撞檢查。根據專業的結構設計模型，利用Revit和Navisworks軟件進行碰撞檢查，對結構與機電、機電與機電之間的碰撞進行檢查，并生成碰撞分析報告。根據這份測試報告，針對設計調整、模型優化、施工過程優化等方面進行了針對性的工作，極大地提高了工程效率[4]。以BIM為中心文件，建立了基于BIM的設計與施工一體化優化模型，實現了設計與施工的無縫連接。設計結果不再單向、不可逆地從設計單元向施工單元流動，模糊了設計與施工的界限，實現了設計與施工兩個階段的深度融合。可見，施工承包商提前參與到設計階段，其可以深入了解設計理念，從而提高設計的可實現性。

（2）清拆檢查。利用Revit軟件中的輔助檢查方法對綜合管廊的內部尺寸進行檢查，完善管廊模型，從而對城市綜合管廊內部空間進行維修，同時將該模型導入Navisworks軟件中，采用第三人稱漫游模式。熟悉管廊的內部結構和各種管道的空間關系，并對管廊內管道的安裝空間和操作空間進行校核，最后進行基于測試結果和間隙要求的管道優化。

3.2 管道綜合布局

對于管道復雜、構筑物結構多樣的項目，根據碰撞檢測報告和間隙分析報告，利用局部分析的方法對每一個管廊段進行模擬和可視化仿真，從而形成全面的管道布置方案。在綜合考慮管線布局和重要節點交匯的基礎上，根據最優布局方案對管道模型進行調整[5-6]。

3.3 支吊架設計

針對支架構件無法預埋以及管道結構復雜等問題，利用品茗Revit插件設計三維支吊架，從而降低現場施工難度。

（1）三維支吊架的初步設計。根據管束、管道安裝和國家標準圖集后的優化模型，初步將支吊架的間距設置為4m，建立三維支吊架模型。同時，在管廊中每隔1.5m增加一個螺旋吊架。

（2）計算和評價懸掛器和懸掛器型面的技術指標。

（3）支吊架的定量統計。在支吊架的三維模型的基礎上，利用其斷面的長度和重量等相關信息，通過一個詳細的表格計算出各斷面的數量。

3.4 施工計劃模擬

當最終優化模型建立完成之后，利用漫游視頻的方式對整個施工的過程進行提前預演，包括施工的順序、施工資源和施工措施等。在基坑支護、土方開挖、施工結構施工等方面，使工程動態顯示更加直觀，更易于理解工程各個階段的進度。

4 結束語

BIM技術在當前的工程設計和施工過程中有著非常廣泛的應用，對于城市綜合管廊的建設而言，能夠利用BIM技術三維建模的能力提前模擬城市綜合管廊的設計方案，并且對設計方案進行優化，這是BIM技術最大的優勢。對于城市管廊施工中可能出現的問題，利用BIM技術也可以提前進行模擬，從而降低事故發生的概率。但是在當前實際的城市綜合管廊設計過程中，BIM技術的應用并不成熟，還需要在后續的發展中不斷摸索，最關鍵的就是BIM技術的數據獲取和模型建立，這二者是影響BIM技術應用的核心。