城市綜合管廊施工階段中的BIM技術應用初探

黃希武

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

引言

城市綜合管廊在施工階段要面臨各專業協調、管線綜合、進度控制、物資人員調動等難題，傳統的人工管理模式在這些工作中都具有效率低下、協調困難、錯誤率高之類的問題。基于BIM技術的強大信息化能力，能夠有效實施施工過程模擬、管線碰撞檢查、工程量統計等施工管理活動，進而提升施工管理的效果。

一、工程背景

本項目的綜合管廊位于義烏商城大道范圍內，其斷面采用兩艙形式，分別為高壓電力艙和綜合艙。高壓電力艙包括110kV電力電纜6回路和220kV電力電纜6回路。綜合艙施工內容包括綜合通信10孔、10kV電力電纜24孔以及DN600~DN1000給水管一根。總尺寸為B×H=6.6m×3.6m，通信和給水管艙凈尺寸為B×H=3.75m×3.6m，高壓電力艙的尺寸為B×H=2.55m×3.6m。

二、綜合管廊施工特點及BIM技術的應用價值

現代化的城市在運行過程中高度依賴于電力、給排水、通信、天然氣以及集中供熱等功能，這就導致城市地下的管道系統呈現出功能多樣、錯綜復雜的情況，綜合管廊的作用是將以上各種功能的管道集中部署在特定的地下隧道空間內，并且這一地下空間在設計時預留了檢修、通風、排水以及監控等功能。

（一）綜合管廊的施工特點

第一，結構復雜。綜合管廊要為管線系統的檢修、地下空間通風、地下空間排水以及投料等設置專門的入口或者通道，并且由于其大多設置于地下，對構筑物的承載能力、抗震性能以及結構穩定性也提出了非常高的要求，而結構上的復雜性對施工活動造成了很大的難度[1]。

第二，管線集中部署。在有限的空間內集中部署各種功能的管線系統，具體實施過程中要根據管線的空間位置合理地安排安裝順序，否則容易產生管線碰撞的問題。另外，各種管線的運行狀態要通過自動化的儀表、強弱電設備來實施控制和監控，由于燃氣管道、熱力管道以及城市中的燃油管道等也可能部署在其中，增加了火災爆炸的安全風險。因而綜合管廊內還必須設置火災、高溫、煙氣等消防監控和探測設備。

（二）BIM技術的應用價值

BIM的核心功能是利用現代化的建筑信息模擬軟件構建建筑物結構的三維可視化模型，不同專業的技術和施工人員在三維模型的支撐下可實現準確、有效的溝通，這樣可顯著提高施工階段的效率、準確率以及工程項目質量，防止因為溝通不暢而造成工序沖突、成品和半成品破壞或者其他方面的問題。例如，工程技術人員可利用BIM軟件直接在三維模型上渲染出各種管線的空間走向，幫助各個專業的技術人員合理安排工序。

三、BIM技術在綜合管廊施工中的應用

（一）模擬施工過程

城市綜合管廊從結構到施工都具有高度的復雜性，并且由于其大多屬于地下作業，還具有較高的安全風險，這就要求施工單位在整個施工階段必須采取精確地控制、科學的安排來合理地調度各種施工資源。BIM技術利用現代化的軟件來模擬綜合管廊的結構，平面布局、構筑物立體結構、管線的部署等都能借助軟件來構造。例如，在平面布局方面可使用國內發展比較成熟的魯班施工，該軟件采用模塊化的方式集成了大量施工中常用的構件，地坪、道路、基坑、腳手架等都可直接利用系統中設計好的模塊來快速地搭建，這樣就形成了一個虛擬化的施工廠土地[2]。施工單位可借助這些軟件系統來模擬整個施工過程，發現其施工方案在設計上是否存在缺陷或者漏洞，進而在正式施工之前就做出有效地調整。實際上這種高度的模擬性在此類施工中具有極高的價值，可提前避免很多問題。

（二）管線綜合

綜合管廊在有限的空間內集中部署了給水、污水、燃氣等多種管線，那么這些管道在綜合管廊空間內如何布置就成為設計和施工中的難點，設計人員主要利用CAD平面制圖來實現管線設計，但是在具體施工過程中卻經常出現管線相互沖突的問題，有可能是設計方案本身就存在問題，也有可能是施工過程中出現了偏差。BIM技術利用軟件系統將各種管線的立體形態以不同的顏色渲染出來，施工人員可借助這些三維模型來掌握管線的空間路徑，及時發現相互沖突和碰撞的位置，有些是管線之間的碰撞，有些是管線和構筑物之間的碰撞。在實現這一管理目標時，主要使用Revit、Navisworks和Dynamo這幾個軟件，碰撞檢測由Navisworks軟件來完成，但是該軟件在檢測是要使用到NWC文件，該文件可由Revit軟件提供，Dynamo是外掛于Revit的可視化編程工具，可用于創造節點，當管線之間確實存在碰撞時，可利用該軟件來做出參數的調整和優化，進而消除碰撞問題。具體的流程可參考圖1。

（三）促進各專業的協同

綜合管廊施工中涉及到土建、安全、電氣、通信、火災報警、給排水、通風空調等各種專業，相互之間配合和工序之間的銜接也是施工管理中的一大難題。在傳統管理模式下各個專業之間存在一定的技術壁壘，并不一定能完全理解其他專業的施工內容、注意事項以及成品保護方面的要求。BIM技術的三維可視化模型為各個專業的技術和施工人員提供了可靠的判斷依據。例如，當施工人員利用三維模型發現各種管線之間的空間布局之后，就可比較有效的判斷出哪些管線應該優先施工，哪些管線要放在后面安裝，因為一旦安裝順序不合理，前期安裝的部分管線有可能導致后面安裝的管線無法達到指定位置，甚至還要拆除返工才能解決問題。各專業施工人員在這種技術模式下可實現更加有效的協同作業和協同管理，能夠較快地理解各自的施工意圖，這種配合之下也會間接地提升施工進度、減少返工造成的物資浪費。

（四）統計工程量

工程造價管理對成本控制、進度款結算、竣工結算都具有不可替代的作用，而統計工程量又是造價管理中非常關鍵的一個環節。在傳統管理模式在主要依靠造價人員根據施工圖紙和現場的實際情況來核算工程量，其準確性、效率以及成本都不太理想，容易出現漏算、重復計算之類的問題。BIM技術下的軟件系統在構造建筑物模型的同時還可利用其強大的計算能力來快捷地統計出工程量，只要建筑物信息、參數等錄入正確，最終計算出來的結果也不會出現錯誤，關鍵是其效率還非常高。在Revit軟件、魯班軟件中都設置有專門的工程量統計功能，重點對混凝土、鋼筋、管材、線纜等主材開展工程量統計。1）混凝土工程量計算。在計算混凝土結構的工程量時，Revit軟件先去構建墻體、梁板等構筑物的幾何模型，然后根據具體的參數，如長、寬、高等計算出混凝土的用量。在義烏商城大道項目中就可利用BIM技術來核算高壓電力艙和綜合艙的混凝土用量。2）機電管線工程量統計。機電管線的統計在工程量中占據了非常大的一部分，Revit軟件中可直接將致電管線的模型數據導入進去，進而通過軟件中的明細統計功能來快速獲取管線的長度信息。這一過程中主要使用RevitMEP。國內的軟件系統也開發出相同的功能，現在的魯班軟件也能根據模型參數直接計算出風管、排水管、消防管線、電纜的長度。3）鋼筋工程工程量統計。鋼筋的統計在信息化水平較低的時代一直都是一項非常繁瑣的工作，并且經驗匱乏的人員還很容易出現重復計算的問題。另外，鋼筋材料的采購價格相對于其他材料要高出不少，在綜合管廊的建造中會消耗非常多的鋼筋，根據工程造價統計，一般情況下感鋼筋在土建部分的造價中可占到三成左右。國內外的BIM軟件都開發出專門的鋼筋算量功能，例如，國內廣泛使用的廣聯達軟件中就具備鋼筋抽樣算量的功能，國外的Revit extensions能構出建鋼筋的模型，進而計算出鋼筋用量。

（五）模擬工程進度

工程進度管理直接決定了施工單位的合同履約情況，有些施工合同中甚至還規定了進度違約之后的經濟賠償，因此，控制好工程項目的進度對施工單位減少經濟損失具有非常重要的作用。綜合管廊工程隨著時間的持續推移，其作業難度會逐步增大，因為管線之間的相互干擾會越來越嚴重，各專業之間的配合需求也更加密切，這些客觀因素會在一定程度上延緩施工進度。BIM技術對建筑工程管理的各個環節都構建了信息化的模塊，現階段已經實現了5D管理，其中就包含了進度管理。

四、BIM技術的未來發展趨勢

第一，數據傳輸的完整性進一步提高。工程項目的設計人員也會借助BIM技術來輔助其完成設計方案，然后再將其制作成規范的二維圖紙。施工人員借助其自己的BIM軟件輸入設計方提供的建筑信息，構建建筑物的模型。但是雙方使用的BIM軟件有可能是不一樣的，這樣就會造成建筑模型信息產生差異。在未來的管理中應該構建設施和施工的一體化管理平臺，使各方將BIM軟件統一起來，提高施工單位對設計意圖的理解程度。

第二，設計對施工的實時跟蹤。原則上來講工程項目施工之前就應該將所有的圖紙設計完畢，并通過審核確保其中不存在任何設計失誤。但在實踐管理中經常采用一邊設計、一邊施工的模式。其中存在非常大的弊端，因為前期的設計結果有可能與后續的設計方案不匹配，需要做出一定的調整。基于BIM軟件來開展這一工作時可實現動態化的設計變更，因為BIM軟件也具有出圖的功能。這樣能大幅降低設計失誤對項目進度造成的影響。

第三，不同專業之間的協調設計。傳統設計模式下土建、電氣、通風空調等各個專業之間是相互分開的，但是這種模式非常不利于設計質量的控制。BIM技術為各個專業之間的協同設計提供了可能，每個專業的設計人員都能及時觀察到別人的設計結果，進而間接促進施工管理。

五、結束語

BIM技術利用各種先進的建筑信息化軟件來構建綜合管廊的模型、模擬施工過程、控制工期管理、統計工程量，這些強大的信息化功能將會大量替代人工管理活動，效率和質量也比較好，尤其在構建綜合管廊的三維模型、促進各專業協調方面，具有突出的表現。