綜合管廊交付施工BIM技術(shù)方案

楊耀武　蘇謙　楊晨

【摘 要】運(yùn)用BIM技術(shù)指導(dǎo)綜合管廊設(shè)計(jì)施工是頗具前景的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)對(duì)于管廊BIM技術(shù)在施工管理中的具體實(shí)施方案仍沒(méi)有一套成熟的標(biāo)準(zhǔn)。文章結(jié)合某綜合管廊BIM技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目，探討了針對(duì)管廊施工階段交付的BIM具體技術(shù)實(shí)施方案。項(xiàng)目實(shí)踐表明，構(gòu)建BIM施工管理平臺(tái)能較好的實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在施工管理中的運(yùn)用;建模過(guò)程中需滿(mǎn)足一定的標(biāo)準(zhǔn)，如統(tǒng)一的文件和構(gòu)件命名規(guī)范，保證模型的LOD精細(xì)度等級(jí)等;交付到施工管理階段的BIM模型應(yīng)盡量做到輕量化，以便于平臺(tái)之間的傳輸與使用;最后采用B/S形式配合Navisworks二次開(kāi)發(fā)搭建了BIM施工管理平臺(tái)，為BIM技術(shù)在綜合管廊施工中的運(yùn)用提供了思路。

【關(guān)鍵詞】綜合管廊; 管理平臺(tái); BIM技術(shù); 施工管理; 交付方案

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP391.99【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

城市綜合管廊是建于城市地下，且能夠容納兩類(lèi)及以上市政工程管線(xiàn)的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施[1]。地下空間的規(guī)劃與建設(shè)往往反映了城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力與綜合發(fā)展水平。相較于地下管線(xiàn)及結(jié)構(gòu)的雜亂敷設(shè)，城市綜合管廊雖然造價(jià)較高，施工更為復(fù)雜，但能實(shí)現(xiàn)對(duì)供水、電力、通信等多專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)的集約化管理，節(jié)省空間同時(shí)便于后期改造，具有極高應(yīng)用價(jià)值，成為目前現(xiàn)代化城市的發(fā)展重點(diǎn)。

綜合管廊的建設(shè)涉及專(zhuān)業(yè)廣泛，管線(xiàn)眾多且敷設(shè)密度大，傳統(tǒng)二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模式在設(shè)計(jì)過(guò)程中突顯出設(shè)計(jì)沖突，設(shè)計(jì)管理無(wú)序、施工圖出圖效率低等難題[2]。我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)從2003年開(kāi)始引進(jìn)BIM技術(shù)[3]，發(fā)展至今已成功地運(yùn)用至諸多建筑工程的設(shè)計(jì)甚至全生命期的管理中。BIM技術(shù)能夠提供綜合管廊的建模、管線(xiàn)沖突檢測(cè)、施工模擬等應(yīng)用，解決綜合管廊設(shè)計(jì)問(wèn)題。針對(duì)管廊的施工階段，BIM技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用研究則較少，陳岱[4]總結(jié)了BIM技術(shù)在地下綜合管廊施工階段的應(yīng)用現(xiàn)狀;韓詩(shī)雨[5]分析了管廊施工存在的問(wèn)題，結(jié)合BIM技術(shù)特點(diǎn)提出了城市地下綜合管廊應(yīng)用管理方案;鄒前[6]從施工圖深化設(shè)計(jì)階段到施工準(zhǔn)備、實(shí)施階段全過(guò)程的角度提出了BIM技術(shù)在管廊工程中的應(yīng)用建議。我國(guó)對(duì)于BIM技術(shù)在地下管廊施工中方面研究應(yīng)用總體處于探索起步階段，部分地區(qū)頒布了一些推薦標(biāo)準(zhǔn)，但未在工程中得到廣泛適用。

為深化BIM技術(shù)在綜合管廊施工階段的運(yùn)用研究，本文依托南京市某EPC項(xiàng)目綜合管廊BIM技術(shù)應(yīng)用，配合后期BIM施工管理平臺(tái)的建立，分析了服務(wù)于施工階段的綜合管廊BIM技術(shù)交付方案，以期為今后該領(lǐng)域的發(fā)展提供思路。

1 基于BIM的綜合管廊施工管理目標(biāo)

城市綜合管廊的施工方法有暗挖法、明挖現(xiàn)澆法、明挖預(yù)制拼裝法等。其中，明挖現(xiàn)澆法為國(guó)內(nèi)現(xiàn)行最常用的施工方法。為研究綜合管廊BIM技術(shù)交付施工管理的方案，首先必須確定綜合管廊的BIM施工管理目標(biāo)。對(duì)于項(xiàng)目工程，施工管理的主體是“人（Man）、材料（Material）、機(jī)械（Machine）、方法（Method）及環(huán)境（Environment）”，即4M1E。控制好這五大因素，即保證了建設(shè)工程施工的進(jìn)度、質(zhì)量、安全及成本等。傳統(tǒng)的施工管理中，對(duì)于4M1E的掌控存在協(xié)同效率不高，信息獲取不及時(shí)，文件存儲(chǔ)冗雜或丟失等缺陷。利用BIM技術(shù)建立項(xiàng)目施工管理的一體化平臺(tái)可以有效地解決如上問(wèn)題。

1.1 人員管理

施工管理中的“人”，不僅包括直接參與施工的作業(yè)者，還包括管理者和決策者。在施工管理中，人的因素起決定性的作用。在BIM施工管理平臺(tái)中，通過(guò)考勤管理、工日計(jì)量等功能提升對(duì)人員管理的效率。

1.2 材料管理

材料包括工程材料和施工用料，又包括原材料、半成品、成品、構(gòu)配件和周轉(zhuǎn)材料等。在BIM施工管理平臺(tái)中，通過(guò)物料統(tǒng)計(jì)模塊功能，能夠?qū)Ω黝?lèi)工程材料進(jìn)行精準(zhǔn)及時(shí)的統(tǒng)計(jì)，有利于項(xiàng)目工程的成本管控。同時(shí)，也可對(duì)施工用料的生產(chǎn)信息及進(jìn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告等進(jìn)行電子存檔，極大地降低了紙質(zhì)文件的繁瑣與丟失風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 設(shè)備管理

施工各類(lèi)機(jī)械設(shè)備是工程項(xiàng)目的重要組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響到工程師用更能的發(fā)揮。因此，及時(shí)的記錄各設(shè)備的健康及運(yùn)行狀態(tài)也是施工管理的一大目標(biāo)。

1.4 方法管理

在施工方案階段，運(yùn)用BIM技術(shù)可以提供施工模擬動(dòng)畫(huà)，實(shí)現(xiàn)在正式施工前的方案直觀評(píng)選。隨著施工階段的深化，BIM技術(shù)還能夠提供碰撞檢查等報(bào)告，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，改正施工方案，避免造成損失。

1.5 環(huán)境管理

環(huán)境的因素包括施工現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境、施工質(zhì)量管理環(huán)境以及施工作業(yè)環(huán)境等。在BIM施工管理平臺(tái)中，利用視頻監(jiān)控、危險(xiǎn)源登記等功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)施工環(huán)境及安全的實(shí)時(shí)掌控，有效地預(yù)防事故的發(fā)生。

上述施工管理目標(biāo)對(duì)交付施工管理的BIM技術(shù)方案提出了要求。雖然我國(guó)現(xiàn)已相繼頒布BIM建模及交付規(guī)范，但針對(duì)城市綜合管廊具體項(xiàng)目BIM應(yīng)用仍無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的方案。本文現(xiàn)就參與項(xiàng)目探討相關(guān)方案的實(shí)施，以期為相關(guān)領(lǐng)域項(xiàng)目工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。

2 交付施工管理的BIM技術(shù)方案

2.1 項(xiàng)目概況

南京市紅花-機(jī)場(chǎng)地區(qū)位于秦淮區(qū)南端，作為南部新城核心區(qū)重要的一個(gè)板塊，目標(biāo)建設(shè)成為創(chuàng)意街區(qū)和城市客廳。項(xiàng)目分設(shè)為道路、橋梁、隧道、海綿城市等專(zhuān)業(yè)，確定南部新城基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目采用EPC的建設(shè)模式，并采用BIM技術(shù)為該工程項(xiàng)目各專(zhuān)業(yè)、各階段進(jìn)行三維模擬、方案優(yōu)化、專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)、施工指導(dǎo)、運(yùn)維管理等。其中，機(jī)場(chǎng)四路地下綜合管廊BIM技術(shù)運(yùn)用是隧道工程專(zhuān)業(yè)重要的一部分。綜合管廊全長(zhǎng)1.86 km，工程范圍起點(diǎn)樁號(hào)K1+352.35，終點(diǎn)樁號(hào)K3+220.78。管廊頂板埋深為3.0 m，采用雙艙結(jié)構(gòu)，包含端部井、通風(fēng)口、投料口、人員出入口等節(jié)點(diǎn)，設(shè)有電力、供水、通信、燃?xì)獾裙芫€(xiàn)，施工方法采用明挖現(xiàn)澆法。其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面CAD圖如圖1所示。

2.2 模型系統(tǒng)與構(gòu)件拆分

由于項(xiàng)目建模工程量較大，需對(duì)綜合管廊各節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)及不同長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)斷面分開(kāi)建模后再進(jìn)行整合，同時(shí)也涉及管線(xiàn)等多專(zhuān)業(yè)建模，因此必須采用多人協(xié)同工作。將項(xiàng)目模型分解為建筑、結(jié)構(gòu)、MEP專(zhuān)業(yè)由不同人員進(jìn)行分開(kāi)建模。同時(shí)，對(duì)于同一專(zhuān)業(yè)的模型，也采取分標(biāo)段或節(jié)點(diǎn)的多人建模再整合。為保證建模的協(xié)調(diào)與一致，先對(duì)整體模型的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行分類(lèi)，同時(shí)規(guī)定建模人員在創(chuàng)建構(gòu)件時(shí)采用統(tǒng)一的命名規(guī)則。目前，我國(guó)尚未發(fā)布綜合管廊BIM模型構(gòu)件分類(lèi)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此可參照委托方提供的二維CAD圖紙中構(gòu)件的名稱(chēng)以及管廊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)模型進(jìn)行拆分。由此確定本項(xiàng)目的構(gòu)件分類(lèi)方法為“項(xiàng)目級(jí)—功能級(jí)—構(gòu)件級(jí)”的逐步細(xì)化拆分原則。具體分類(lèi)方法如表1所示。

由于建模過(guò)程是按照標(biāo)準(zhǔn)段、通風(fēng)口等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立建模，因此對(duì)于模型文件的命名，其標(biāo)識(shí)應(yīng)精確至功能級(jí)，同時(shí)，配以相應(yīng)的描述，以區(qū)分該模型所在的專(zhuān)業(yè)、位置等信息，如圖 2所示。“SDGC”即“隧道工程”，用以區(qū)分模型專(zhuān)業(yè);“機(jī)場(chǎng)四路”確定了模型所在分區(qū);“GL”即“管廊”;由于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)（如投料口）在不同的位置其結(jié)構(gòu)也可能不相同，因此最后的里程樁號(hào)用以區(qū)分模型位置。

對(duì)于構(gòu)件的命名，由于BIM構(gòu)件包含著大量的參數(shù)信息，理論上所有參數(shù)均可以用來(lái)設(shè)置類(lèi)型，因此構(gòu)件類(lèi)型的命名無(wú)法形成一個(gè)固定長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)格式。一般設(shè)置構(gòu)件類(lèi)型的常見(jiàn)參數(shù)是構(gòu)件的尺寸規(guī)格、材質(zhì)、負(fù)荷等，同時(shí)配以構(gòu)件所在結(jié)構(gòu)或區(qū)段加以區(qū)分。依據(jù)如上命名規(guī)范，在Revit中繪制結(jié)構(gòu)時(shí)構(gòu)件命名如圖3所示。

構(gòu)件命名規(guī)范的建立，使得大型項(xiàng)目多人合作建模的協(xié)調(diào)和對(duì)接效率極大提升，同時(shí)能對(duì)構(gòu)件進(jìn)行批量管理，如刪除、修改、添加材質(zhì)等，避免了各自隨意命名帶來(lái)的不便。如圖4所示，雖然采用分開(kāi)建模，但由于采用的同一個(gè)命名，在整合的模型中直接修改一項(xiàng)內(nèi)容，如標(biāo)準(zhǔn)段的側(cè)墻材質(zhì)，則整體模型的材質(zhì)將同時(shí)改變。

2.3 模型精細(xì)度LOD

BIM模型的細(xì)致程度，英文稱(chēng)作Level of Details，是信息模型中所容納的模型單元的豐富程度的衡量指標(biāo)，簡(jiǎn)稱(chēng)LOD。GB/T 51235-2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的施工階段模型細(xì)度等級(jí)要求如表 2所示。

此外，針對(duì)設(shè)計(jì)各階段BIM交付標(biāo)準(zhǔn)的不同，方案設(shè)計(jì)階段BIM模型的交付內(nèi)容及深度為L(zhǎng)OD 100級(jí)，初步設(shè)計(jì)階段BIM模型的交付內(nèi)容及深度等級(jí)為L(zhǎng)OD 200等級(jí)。模型的精細(xì)度并不只模型圖像的精細(xì)程度，還應(yīng)包括非幾何信息深度，需要在建模過(guò)程中進(jìn)行添加，例如混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、構(gòu)件的編碼等，如圖5所示。

在滿(mǎn)足需求的情況下，為兼顧其他因素如建模效率、計(jì)算機(jī)運(yùn)行能力以及模型輕量化的需求等，也不可盲目追求過(guò)高的精細(xì)度等級(jí)。本項(xiàng)目在委托方交與圖紙時(shí)已進(jìn)展至施工圖設(shè)計(jì)階段，并利用BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行深化設(shè)計(jì)指導(dǎo)。根據(jù)建模結(jié)果，本項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)建模在交付施工階段時(shí)模型精細(xì)度等級(jí)達(dá)到LOD 350級(jí)，并已能滿(mǎn)足施工階段指導(dǎo)需求，如圖6所示。

綜合管線(xiàn)的建模中管道及支架的模型較為復(fù)雜，涉及到管線(xiàn)的剪切、鋼筋形狀的選取與設(shè)計(jì)等，可以首先對(duì)綜合管線(xiàn)模型單獨(dú)建模，再編輯成組添加到主體結(jié)構(gòu)中，如圖7所示。

對(duì)于管線(xiàn)顏色的選取，也宜規(guī)定使用標(biāo)準(zhǔn)。如在本項(xiàng)目中涉及的部分管線(xiàn)色號(hào)選取如表3所示。

若在全部管廊結(jié)構(gòu)中添加，模型的復(fù)雜程度將過(guò)高，軟件運(yùn)行出現(xiàn)卡頓甚至崩潰現(xiàn)象。因此，為滿(mǎn)足向業(yè)主方提供展示的需求，可截選模型的一部分進(jìn)行綜合管線(xiàn)的添加，并賦予材質(zhì)，最終以圖片或漫游視頻的形式進(jìn)行交付，其渲染結(jié)果如圖8～圖10所示。

2.4 輕量化輸出

通過(guò)Autodesk Revit建立完整的綜合管廊模型，其文件大小已達(dá)到數(shù)百兆，在導(dǎo)入BIM施工管理平臺(tái)過(guò)程中會(huì)帶來(lái)流暢性和操作性的困難。因此，在保證模型關(guān)鍵信息不丟失的情況下，需盡量對(duì)模型文件進(jìn)行輕量化。同為Autodesk公司旗下的Navisworks軟件在對(duì).rvt文件的圖形、屬性、三維、時(shí)間等重要信息保留的情況下，能大幅壓縮模型的量級(jí)。二者交互操作也非常簡(jiǎn)便，用戶(hù)在Revit中直接將模型導(dǎo)出為Navisworks支持的NWC或IFC等格式就能在Navisworks中打開(kāi)。輕量化的模型大小約為15 MB，此時(shí)模型運(yùn)行流暢，根據(jù)本項(xiàng)目不同量級(jí)模型在平臺(tái)在運(yùn)行情況實(shí)測(cè)結(jié)果，建議以不超過(guò)50 MB為準(zhǔn)。

此外，Navisworks還能很好的進(jìn)行三維漫游、施工模擬、動(dòng)畫(huà)輸出等模型應(yīng)用。鑒于Navisworks在模型應(yīng)用層的優(yōu)勢(shì)，施工階段的BIM管理平臺(tái)也將采取基于.NET API接口對(duì)Navisworks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的形式建立。

2.5 BIM施工管理平臺(tái)

針對(duì)前述施工管理目標(biāo)訴求，搭建BIM施工管理平臺(tái)。平臺(tái)基于B/S架構(gòu)，結(jié)合云存儲(chǔ)、云計(jì)算等相關(guān)云服務(wù)，配合Navisworks二次開(kāi)發(fā)搭建。整體架構(gòu)自頂向下分為訪(fǎng)問(wèn)層、應(yīng)用層、信息層、基礎(chǔ)層，如圖 11所示，各層次之間相互進(jìn)行信息流和指令流的傳遞，共同實(shí)現(xiàn)綜合管廊建設(shè)的信息化管理。

在這種層次化架構(gòu)下，工程信息存放在信息層的云存儲(chǔ)服務(wù)器中，導(dǎo)入輕量化后的BIM模型文件，應(yīng)用層的模型管理調(diào)用基礎(chǔ)層服務(wù)器中Navisworks軟件，即可實(shí)現(xiàn)基于WEB端或APP端的綜合管廊BIM模型管理，如圖 12所示。其中，模型導(dǎo)入的主要實(shí)現(xiàn)方式是依據(jù)設(shè)計(jì)階段對(duì)項(xiàng)目各分項(xiàng)工程及模型的拆分結(jié)果，建立WBS和PBS體系，構(gòu)建完整的工程信息庫(kù)，隨后將其與輕量化的模型文件建立雙向的鏈接，實(shí)現(xiàn)將實(shí)際施工情況反映至BIM模型中，如圖 12所示，施工完成部分借助管理平臺(tái)進(jìn)行工程進(jìn)度的可視化管理。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜合上述分析，交付施工管理的綜合管廊BIM技術(shù)方案應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：

（1）構(gòu)建BIM施工管理平臺(tái)，是BIM技術(shù)交付施工管理的關(guān)鍵性工作，能改善傳統(tǒng)手段對(duì)“人機(jī)料法環(huán)”管理的缺陷，真正實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)對(duì)施工的指導(dǎo)作用。

（2）模型在建立過(guò)程中應(yīng)滿(mǎn)足一定的標(biāo)準(zhǔn)，如使用統(tǒng)一的文件和構(gòu)件命名規(guī)范，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的LOD精細(xì)度等級(jí)，不僅能提高協(xié)同工作的效率，減少不必要的修改，也是交付至施工階段時(shí)為施工提供指導(dǎo)的保證。

（3）運(yùn)用格式轉(zhuǎn)換或分部加載等方式，使模型盡量輕量化，這樣能提升在其他專(zhuān)業(yè)或管理平臺(tái)中使用的便捷性，滿(mǎn)足網(wǎng)頁(yè)端和移動(dòng)端的模型展示、訪(fǎng)問(wèn)需求，但要保證不丟失重要的屬性信息。

（4）BIM施工管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)宜采用瀏覽器/服務(wù)器模式，該模式下對(duì)用戶(hù)使用及操作更為便捷。同時(shí)，通過(guò)建立模型構(gòu)件與項(xiàng)目工程PBS分解等的雙向鏈接，實(shí)現(xiàn)BIM模型在施工管理中的運(yùn)用。

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[定稿日期]2021-04-27

[基金項(xiàng)目]國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFC0802203-2）;國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFC0802203-3）

[作者簡(jiǎn)介]楊耀武（1997～），男，在讀碩士，研究方向?yàn)橥聊竟こ藼IM技術(shù)應(yīng)用。