基于建筑信息模型技術裝配式檢查井在市政工程中的應用

文／董奪 中國五冶集團裝飾工程有限公司 四川成都 610051

引言：

隨著計算機技術的普及和發展，土木工程中智能化方法的運用極大地促進了施工技術和管理水平的提高，從而促進了施工學科的進步和不斷發展。通過在土木行業建筑工程施工中引入BIM技術的工程實踐證明，在建筑工程施工中應用BIM技術已經成為可能。

現代建筑信息模型技術與綠色建筑施工管理的融合是發展趨勢，采用BIM技術顯著提高了項目施工效率,項目節約了大量的工期和返工。當前BIM技術在建筑領域里也得到了廣泛應用，實現了更加精益、綠色的施工模式。同時在市政工程中，傳統檢查井仍以磚砌井的方式為主，其運輸能耗大、現場損耗多，環境污染嚴重，獨立養護成本高，促使建筑方式朝著生態化發展已迫在眉睫，因此發展裝配式建筑是我國推進供給側改革和新型城鎮化建設的著力點[10]。

大型市政工程的特點，對市政構筑物的施工建造提出了更高要求[13]。建筑信息模型技術（Building Information Modeling，BIM）是用三維數字技術作為基礎，將建設工程項目中所有相關的信息集成工程數據模型[14]，從而進行諸如工程化管理、工程監理、物業管理、設備管理、數字化加工等功能，業內已將之視為建筑行業應用CAD 以后的第二次創新[2]。BIM 技術在建筑領域起步較早，且已取得了一定的成效，但在市政工程領域的應用和研究卻相對較少。本文對BIM技術裝配式管網在市政工程中的應用進行闡述，旨在分析傳統方式與BIM技術的比較以及傳統方式與BIM技術的應用現狀、裝配式檢查井的優缺點等，為BIM技術的裝配式管網安裝在市政工程中的發展提供一定的理論依據。

1、現階段BIM技術在施工管理上的應用

近些年，香港、日本、美國等國家在建筑工程方面應用BIM技術獲得成果較多。將該技術應用于施工管理，極大降低了成本、縮短了工期，提高了工程質量，是促進建筑行業技術創新和快速發展的重要工具。利用BIM技術研究建筑工程的施工，可使工程項目的管理精細化，促進建筑技術的進步。現階段BIM技術在施工管理方面的應用可以概括為以下幾個方面：(1) 施工虛擬:利用BIM 施工虛擬，能通過可視化效果了解施工的過程及最終結果，盡可能降低管理成本，減低成本、減少風險。(2) 建筑構件建模:在施工過程中可依據建筑圖紙，分解整體工程，建立三維構件模型，將構件的重量、體積、尺寸、采用的材料類型、型號記錄下來，最終確定施工方法，有助于構件在施工現場進行安裝和施工。(3)施工現場建模: 建立虛擬施工現場的全真五維模型可協助管理者可更加直觀、便利的分析現場狀況，查找潛在問題，制定更加可行的施工方案，利于提高效率、減少傳統施工現場布置方法中存在漏洞的可能，盡早發現施工方案和施工圖設計的問題，增加現場施工的安全性提高生產效率。(4) 驗證施工方法過程:BIM 技術可以全真模擬運行整體施工全程，為我們展現每一施工活動，便于及時發現問題，根據問題提出新的方法，并模擬新的方法進行驗證，看其可行行，識別并有效解決工程的施工風險和問題。(5)材料費用控制: 工程預算中應用 BIM 模型導出數據，可據此進行施工決算和造價控制。(6)施工組織控制: 項目管理人借助 BIM 技術模擬施工組過程，直觀顯現施工進程中的關鍵工序和時間節點，清晰把握施工難點和要點，從而優化完善施工方案，增加方案實施安全性，也使施工效率得到提高。(7)建設工程質量管理:BIM設計使圖紙實現數字化，利用計算機優勢在整理數據、進行檢索和判別諸多方面發揮優勢。通過BIM模型和施工方案集成虛擬環境數據，仿真實驗建設項目的可建設性，便于事現發現質量問題。(8) 管理建設工程進度：BIM可以按月、周、天直觀顯示工程進度計劃。便于工程管理人員進行不同施工方案比較，選擇符合進度要求的施工方案；也發現工程計劃進度和實際進度的偏差，及時進行調整。

1.1 傳統管理模式

傳統管理模式是以利潤為導向形成的管理思想和管理行為，把人力資源看作效率的工具，它更重控制，重制約，重制度、重規范等。

沒有傳統的管理模式，項目工作流程銜接不緊密，上下團隊溝通不暢，項目經理無法實時了解項目情況。大部分時間是在溝通中迷失或不溝通造成的主要問題。項目作業者無法充分利用空閑期，導致項目前期和中期空缺嚴重，后期完趕工。這既會影響項目質量也會影響項目整體進度，增加項目風險，使項目進度、質量和成本之間的關系失去平衡。

1.2 BIM技術

BIM，即建筑信息模型技術(Building Information Modeling，BIM) 是一項軟件性工具， 是一種基于建設項目相關信息的各種數據進行有效管理的新模型。打造跨越項目設計、施工和運營管理全生命周期的工作或運輸平臺，實現項目一體化管理和各種信息源的實施，可有效提升項目管理水平。具有可視化、協同性、模擬性、可出圖性等優勢，在建筑工程建設生命整個周期廣泛應用。在建筑結構設計階段，應用BIM技術可以實現對建筑結構信息的全面收集與處理，并以計算機為載體，實現了設計圖紙從二維平面向三維模型的轉變[13]。在工程建設項目設計時，協調各個專業設計師之間的關系，減少初期設計階段溝通不暢造成的損失，大大減少學科之間的沖突。借助BIM技術完成不同的三維建筑模型的構建（其中一般包括不同的建筑構件，如墻、門和窗，同時分不同方向，包括建筑、結構、給排水、暖通、弱電、強電、灑水、消防等）。通過分析模型數據完成參數設計，以實現對設計圖紙可行性檢驗，優化調整各項參數，最大限度提高建筑結構設計質量，從而為后期建筑施工安全穩定提供可靠依據[13]。

隨著我國對BIM技術的深入理解和應用，在市政工程設計中，BIM技術的作用隨著市政工程的飛速發展，設計難度也在逐漸加大。

2、裝配式檢查井

裝配式建筑市場發展迅速，其建筑工期短、節能環保等優勢明顯，裝配式建筑得到相關政策保障，市場發展更加平穩，帶動了一批企業投入到裝配式建筑產業化的研究和實踐中[11]。其中裝配式檢查井也應運而生。裝配式預制鋼筋混凝土檢查井由1100毫米高的底座作為基本支撐，500、300、200毫米高井身高度調節圈、配套井圈井蓋等部件組成。采用BIM技術解決方案，搭建市政管線、地質、道路等模型，借助BIM可視化效果表現手段，可對全線進行BIM三維設計。從檢查井綜合圖紙復核、專業配合協調、設計變更協同、竣工圖制作等方面，革新傳統檢查井方法，可使設計、施工方案與工程實際完美結合[16]。

當前，在市政工程領域，我國在研發并應用預制混凝土檢查井方面已取得成功。北京市政專業設計院和北京市政工程研究院經過對國外先進的研發、生產和工程應用經驗的學習，完成《預制裝配式鋼筋混凝土排水檢查井》（05SS521）國家建筑標準設計圖集，是國內較早進行研究和開發預制裝配式混凝土檢查井的單位，國內也有一部分地區初步完成了預制裝配式檢查井地方性標準化生產、實踐的技術基礎建立，但尚未形成預制裝配式檢查井的設計和應用的相關國家或行業標準，仍未實現大面積推廣應用。

2.1 傳統檢查井現狀

目前，影響排水管道建設的主要障礙是傳統磚砌檢查井。這種形式的檢查井施工速度不快，不符合快速施工、文明施工、要求，還在較大成都上影響城市交通和環境。而且質量和耐久性較差，磚井強度低，尤其是在檢查井和塑料管的交接處，容易發生滲漏。同時缺少專業技能的施工人員，相當數量施工的人員都由農村勞動力轉移而成，文化和綜合素質較低[12]。

傳統檢查井施工時，場地狹小，拆遷量大，地下管線復雜，常規二維平面的設計方式因自身技術條件限制，難以清楚表達設計理念，易出現諸多錯、漏、碰、缺，既不能很好地滿足設計人員的需要，也不利于各專業間的數據匯聚，在與項目其他參與方溝通時產生諸多不便[16]。檢查井施工實際位置與設計圖紙不一致，存在誤差，且因市政工程建設性質為“短、平、快”，利用BIM的信息技術“可視化”提前進行圖紙復核將大大減少信息傳遞過程中的丟失及重建，并能幫助工程參與者提高決策正確性和效率。通過上海的一份研究報告，可以分析出沙區管道坍塌的原因是接口面滲漏和檢查井損壞。同時，傳統檢查井使用粘土磚，消耗了寶貴的土地資源，不符合土地和國家的環保政策。

2.2 裝配式檢查井優勢

裝配式檢查井以建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）技術作為技術支撐，在設計環節對市政工程中檢查井的建筑建造期間及完成后可能產生的問題警醒預測，確定現階段各項優化任務，能有效避免返工或資源消耗。

比較傳統磚砌井，裝配式檢查井的優點可概括為以下幾個方面：(1)廠家預制質量穩定：在工廠制作預制裝配式鋼筋混凝土檢查井的配品，采用干式作業在現場施工，可以全面保證產品性能和質量；(2)提高勞動生產效率：縮短建設周期、使生產成本降低，大大節約管理費用和人工，，明顯提升綜合效益，可將大量的工人從現場繁重的砌筑工作中解放出來，極大的節約了人工成本；(3)解決施工生產誤差：利用BIM模擬，在虛擬環境中體驗建筑施工的過程，排除可能產生的問題，對復雜的重要市政項目十分適用。同時集成配品裝配化生產方式，施工生產的模數接口問題和誤差得到有效解決，能推動工業化生產和管理與產業化技術發展；(4)方便施工后期維護：后期運營維護難度的降低，為部品全壽命期更新創造了可能；(5)節能、環保，符合時代：降低了浪費原材料，施工的噪聲建筑垃圾和粉塵等環境污染也大為減少。同時由于建筑信息模型包含了所代表的建筑物的詳盡信息，因此為建筑信息模型的進一步應用創造了條件；BIM令工程項目更加透明，為預防偷工減料、規范建筑市場發揮作用。(6)虛擬現實設計：BIM裝配式檢查井的價值，在施工之前的設計施工圖階段，已利用BIM進行虛擬體驗施工，解決了可能產生的問題或錯誤，這使整體工程付出的代價最低。

2.3 需要解決的問題

建筑信息模型技術的裝配式檢查井具有良好的前景，但在市政工程中的應用也存在一些問題：(1)缺乏標準：由于BIM技術在市政工程建設的設計中剛剛起步，還沒有具體的規范體系。因此，在目前的應用中很難達到統一的標準要求。同時，BIM技術需要高度專業的軟件配合。目前，由于缺乏標準的數據法規，難以滿足不同的數據共享，因此沒有使BIM技術發揮自身的優勢。(2)軟件局限性：在當前的BIM技術應用過程中，存在著軟件相關的問題。這個問題的主要原因是軟件設計復雜。此外，建筑市政工程還有很多設計方法和形式。在方法轉換上還有很多不同，沒有基于數據交換的統一標準。因此，我國的市政建設需求與BIM技術的應用不能統一。(3)人才缺乏：影響市政設計水平的主要因素是人才。BIM技術是一項比較高的技術，也是未來會普遍使用的技術。在路橋設計上，這項技術應用時間不長，因此缺乏該領域的專業人才；(4)環境影響：市政工程中施工場地范圍廣，土方挖填量大，預埋件數量多、要求預埋件安裝精度高，同時現場施工障礙多，地塊交叉施工多，進度管理難度大。

2.4 應對措施

針對市政道路工程設計中面對的困難問題，通常可以通過以下幾個方面應對：

（1）建立行業相關標準：目前，各設計部門BIM軟件類型應用較多，相關技術人員開發的接口和插件也有不同，不便于彼此之間的交流，設計結果評定標準不完善。（2）相關行業的兼容：既然目前存在較為突出的問題，就需要如市政設計、規劃等部門加強該技術的應用，便于相關數據的對接。另外，在設計中對于數據信息的精準性和地貌、地形等的要求較高，未來對該技術的兼容性進行提升，或者結合GPS技術進行應用。（3）加快人才培訓：通過各種渠道和方式提升人員的技術水平。工程的管理人員需要組織員工統一進行培訓，對員工的相關技能進行培訓。可以通過應用實際案例來訓練，在訓練中需要找出不足和問題，并有針對性的采取對策進行解決，不斷提升員工的專業技能，提升培訓的有效性。

結語：

隨著技術的發展，目前推進BIM，依托模型對工程設計進行分析，有效地解決了傳統設計、施工過程中存在的問題，提高了工作效率。友好的可視化界面和數據庫處理能力，使其可以以一種更為直觀的方式去應對施工過程中存在的問題。結合上述分析，針對市政綜合項目，在工期緊、任務重、設計專業多的背景下，既想保證工程設計安全可靠，完要多快好省的進行施工，保證收益的最大化，利用BIM技術在排水管道工程中的應用實例，再次證明將BIM技術應用在市政裝配式檢查井項目，既能提高項目整體施工水平，完能促進我國建筑業的蓬勃發展。

雖然目前我國基于BIM技術等技術的裝配管網應用不廣泛，在技術領域和與市政工程建設的融合方面還存在較大差距，但隨著國家科技的不斷進步，專業設計技術人員對BIM技術的深入研究，這種基于建筑信息模型（BIM）技術的預制管網將在不久的將來得到廣泛應用，為行業國家建設提供巨大助力。通過BIM技術的重要性和完備性來完成協同，加快施工進程，同時可以有效提高施工水平和效率，達到市政工程施工的預期效果。