BIM技術在綜合管廊中的應用及前景分析

楊峰

（福建工程學院；福建林業職業技術學院）

近年來我國城市化進程不斷加快，人口密度不斷增加，城市人口呈現聚集化，這對城市的規劃建設和管理提出了更高的要求。但是由于當前的城市空間規劃不夠合理，尤其是地下空間的利用規劃較混亂，導致城市地下空間發展利用不合理。城市綜合管廊是集合多種管道、線路為一體，綜合布線建設的構筑物。其特點是可以收納管線種類多，開挖次數少，方便運營維護。西方國家在上世紀就已經大范圍建設應用。為解決城市建設這一現象，國家大力支持綜合管廊建設，掀起綜合管廊建設熱潮。在此種背景下，BIM 技術也迎來了發揮其特長的機會。早在2014 年，國家發布了《關于開展中央財政支持地下綜合管廊試點工作的通知》，提出了在25 個城市建設綜合管廊[1]。2015 年8 月，國家又提出到2020 年建成并運營一批城市綜合管廊，其水平達到國際先進水準[2]。2016 年，國家發布《2016～2020 年建筑業信息化發展綱要》，提出要不斷提高建筑業信息化水平，促進BIM技術的發展及應用[3]。

1 綜合管廊建設現狀

近年來，城市建設發展速度突飛猛進，但是基礎設施建設不足，尤其是地下基礎設施建設跟不上步伐。例如，一些城區被復雜的架空線路密集覆蓋，影響了城市容貌；管道、管線因維護更新而不斷開挖，影響居民生活。城市綜合管廊可以同時容納多種管線，可以改善此類“拉鏈道路”問題，能夠改善城市容貌，提高城市美化程度[4]。因此，越來越多的城市開始建設城市綜合管廊。

1.1 建設特點與意義

綜合管廊也稱“綜合管道”、“綜合管線箱廊”，是城市地下管道的綜合走廊，它將給排水、熱力、電信電纜等敷設在同一條隧道內，并集中進行管理的市政基礎設施。現代城市綜合管廊對于城市正常運行具有重要意義[5]。

近年來城市發展迅速，城市新型城鎮化不斷加快。城市綜合管廊能夠提高城鎮化質量，通過承載城市綜合管線，保證城市的血液流轉，這對現代城市建設具有重要意義。綜合管廊真正能做到既重視地下基礎設施建設，又兼顧地上建筑物使用和發展，更能處理好長遠期城市規劃和工程建設，實現一次投資，長期受益的效果。城市綜合管廊的建設，有利于更好的拓展和利用地下空間。我國城鎮化提高的過程中，大量人口聚集到主要城市，其配套的城市基礎設施需求越來越高。通過綜合管廊集中敷設各種管道線路，可以有效緩解城市發展給基礎設施帶來的壓力。綜合管廊有助于城市設施正常運行。城市綜合管廊集合給排水、熱力、燃氣、電信電纜等管線為一身，同時方便運營、監測、維修，可以有效提高基礎管線設施的運轉效率，減少突發災害和人為的破壞。一旦發生突發災害，又可以降低基礎設施的維修難度[6]。城市綜合管廊建設，能夠拉動城市建設資本投入，拉動經濟增長，對經濟發展具有推動作用。

1.2 綜合管廊建設歷程

城市綜合管廊技術最早開始于1833 年的法國，隨后英國、德國、瑞典、西班牙、俄羅斯、日本等國家陸續開始建設，綜合管廊的斷面尺寸和里程也不斷增長。1963年，日本制訂了《有關修建共同溝的特別措施法》，到1992年即完成了300多公里的綜合管廊。

1958 年，北京建設了第一條長度為1000 米的市政綜合管廊。1994 年上海在浦東新區建設了長度為11.125km的綜合管廊[7]。2015年，我國規劃了第一批綜合管廊建設試點城市名單，主要有包頭、沈陽、哈爾濱、蘇州、廈門、十堰、長沙、海口、六盤水、白銀等。2016年，國家公布了第二批綜合管廊試點城市，其中有鄭州、廣州、石家莊、四平、青島、威海、杭州、保山、南寧、銀川、平潭、景德鎮、成都、合肥、海東等15 個。建設綜合管廊的城市不僅有以上25 個城市，國內其他城市也陸續進行城市綜合管廊設計和施工。截止到2022年6月，國內有279個城市、104個縣，開工建設的城市綜合管廊項目有1647個、總計長度5902公里。

綜合管廊投資屬于市政公用設施行業，2016 年起，我國地下綜合管廊投資完成額逐年下降，但是2021 投資金額為538.9億元，首次恢復增長，漲幅為18.8%。地下綜合管廊的建設，減少了“馬路拉鏈”問題，提高了城市應對突發災害能力既促進了就業，也促進了城市基建改革。2017年-2021年地下綜合管廊投資情況見圖1。

圖1 2017～2021年地下綜合管廊投資完成額度

1.3 城市綜合管廊前景

十三五期間，我國城鎮化水平不斷提高，綜合管廊建設也不斷推進。2022 年，住建部和國家發改委發布《“十四五”全國城市基礎設施建設規劃》。規劃中計劃將大力建設地下綜合管廊系統，并提高管線建設和運營能力，推進老舊城市管網改造。隨后，多項關于未來地下市政基礎設施建設的文件中都提出了“數字化、智能化”的要求。僅在2022年上半年，全國就有68個綜合管廊項目在建設，計劃規模285千米，總預算294億元。

管廊建設是城市發展的內在需要，推進城市地下綜合管廊建設是改進城市基礎設施的重要環節。綜合管廊的建設在我國發起較晚，發展時間較短，尚有較大的發展空間。因此，預計在2022 年后我國管廊建設將進入一個更加平穩的階段。作為拉動經濟增長的一個重要措施，政府也將持續推進綜合管廊建設。

綜合管廊試點城市、城市新開發片區的地區市場需求較為旺盛。各地城市新區開發和城市更新建設，不斷嘗試綜合管廊建設，來提高城市地下空間利用率。例如，南京江北新區“十四五”規劃中提出“加強城市地下基礎設施建設，完善地下綜合管廊體系，提升地下基礎設施智慧化水平”。重慶綜合管廊建設“十四五”規劃中提到，在規劃期內，要建設815 公里綜合管廊，新區道路綜合管廊配建率不小于百分之三十。

2 BIM技術發展現狀

在我國的“十三五”建設時期，相關部門促進建筑行業發展，提高工程信息化程度。2017 年2 月，我國發布了《關于促進建筑業持續健康發展的意見》，文件要求推動技術創新，推廣BIM 技術。截至到2020 年9 月，國內共發布了百余項促進、引導和規范BIM政策。

當前，諸多國內外優秀工程與BIM 技術結合，發揮出了BIM 技術的先進性。新時期，國家發布《推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》，明確促進在建筑行業應用BIM，促進產業基礎能力提升。為了適應當前BIM 的飛速發展，國內各高校逐漸重視BIM 人才的培養，陸續開設BIM相關課程，培養了很多BIM軟件開發和應用人才，為后續BIM 技術應用于各種專業建設奠定了基礎[8]。

3 BIM技術在綜合管廊應用

3.1 當前應用現狀

BIM 技術在綜合管廊項目中的應用起步較晚。近幾年，通過國家大力推廣，BIM 技術已在一些市政工程項目中應用，其中包含多個綜合管廊項目。其應用的特點和效果主要有以下幾個方面：

3.1.1 方案比選

在管廊施工前，通過三維建模，BIM 技術可以直觀展示現場情況。對于特殊部位的施工，BIM 技術可以進行施工場景模擬，通過施工方案對比，可以確定最佳施工方案。在模擬過程中，既能提前預知管廊施工的安全隱患，又能對比施工效率，選擇物料、時間成本低的施工方案，可以實現縮短工期、降低成本的效果。

3.1.2 進度控制

BIM 技術可以建立三維模型，結合施工進度，可以實現綜合管廊建設的四維管理。通過BIM 技術的施工模擬，可以展示施工的整個過程，更有利于把控重點項目和難點項目。針對管廊項目各部分施工特點，調整人力物力和施工進度，實現時間和資源合理分配，能夠優化施工進度[9]。

3.1.3 管理監控

BIM 軟件平臺可以有效監控管廊建設過程。道路和管道工程建設的管理，通常是粗放式管理，應用BIM技術的模擬施工與檢測平臺，可以提前發現問題，并在施工過程中實時監控，及時進行分析和糾正。通過地面相關傳感器和激光掃描采樣，BIM 施工監控平臺可以對數據進行分析，可以有效避免管廊的錯位、偏移等情況。對于有難度的施工部位，施工演示和監測功能可以讓施工人員更容易理解施工的步驟與過程。

3.1.4 多方協調

綜合管廊的建設涉及業主方、設計方、監督部門等，各管線單位、運輸部門和相關施工單位等相互間溝通協調。采用BIM 技術進行可視化虛擬建造、風險分析和協同管理，在項目實施中，創建BIM 協同平臺，通過組織BIM 專題例會進行交流，各參建方能積極融入到BIM 協同平臺體系中去發現問題、解決問題，避免返工，有效地控制建設風險，協調各方也更加快捷方便。

3.2 應用中存在的問題

3.2.1 BIM軟件普及力度不夠

我國BIM 技術發展時間較短，軟件應用帶來的效益較小，BIM 技術廣泛推廣應用難度較大。BIM 技術應用在綜合管廊等項目規劃和設計中，需要統一的BIM 數據轉換標準，用于數據共享，但當前我國的標準不能滿足使用要求。

我國目前的建設項目，都存在著施工工期緊的難題，在這樣的情況下，急促應用BIM 軟件，有可能發生誤工問題。所以，設計企業、施工企業應用BIM 技術的動力不足。

3.2.2 綜合管廊BIM軟件不足

我國的BIM 技術發展碎片化，不認同的專業無法協同，模型也很難通用。BIM 技術應用于綜合管廊，需要項目各方的協同配合。傳統的設計、施工模式不能滿足管廊建設的建設全過程需要，故現階段BIM 不能全滿足綜合管廊的建設需求。

城市綜合管廊屬于地下構造物，在設計階段，需要對項目的地質情況及地下的工程結構物有較為準確的了解。但是實際工程當中，通常缺少對線路涉及區域有較為完整的地質和地下建筑物資料，所以應用BIM 軟件在設計階段用BIM 軟件時有很大難度。以上原因造成BIM技術在綜合管廊建設項目中應用率較低。

3.3 推廣應用的策略

3.3.1 大力推廣BIM軟件應用

推廣使用BIM 技術，需要從政策支持、資金支持和市場調控來進行。政府指導行業完善BIM 相關標準。教育相關部門要積極與行業接軌，培養基礎軟件人才，擴大BIM軟件的受眾基礎。

3.3.2 推進管廊BIM技術標準建設

我國綜合管廊建設進入高速發展期，推進管廊BIM技術標準勢在必行。國家先后發布了綜合管廊相關規范，例如《城市工程管線綜合規劃規范》、《綜合管廊工程總體設計及圖示》、《現澆混凝土綜合管廊》、《綜合管廊纜線敷設與安裝》、《綜合管廊供配電及照明系統設計與施工》、《綜合管廊監控及報警系統設計與施工》等，但是在BIM 應用方面，還缺少較多有效通用技術標準。只有加大力度推進綜合管廊的BIM 技術標準建設，才能使綜合管廊建設與BIM 技術的推廣結合起來，起到互相促進的作用。

4 BIM技術在綜合管廊中應用前景分析

4.1 城市發展需求

近年來，城市發展迅速，2021 年全國城市建成區面積6.24 萬平方公里，同比增長2.80%，如圖2 所示。2021年，全國市政設施固定資產投資2.75萬億元，同比增長4.93%，如圖3所示。其中，道路橋梁占城市市政設施固定資產投資的比重最大，為36.8%；軌道交通、排水和園林綠化投資分別占23.1%、9.9%和7.3%；地下綜合管廊投資占比不斷增長，2021 年為2.1%，如圖4 所示。城市的快速發展，綜合管廊的建設需求進一步提高。應用BIM技術可以使綜合管廊建設更加高效。

圖2 2012～2021年城市建成區面積及同比變化

圖3 2012～2021年全國市政設施固定資產投資及同比變化

圖4 2021年全國市政設施固定資產投資構成情況

4.2 技術特點及效益

現代城市建設過程中，需要將各類市政管線整合，才能更有效地利用地下空間。應用BIM 技術建設綜合管廊，可以建成城市地下智能化管道網絡，更好的在城市服務中發揮作用。綜合管廊建成后，其特有的結構形式，能夠保證較長的使用壽命，一次投資，長期使用。在漫長的使用期間，BIM 技術將為綜合管廊的運營提供方便。通過BIM 管理檢測平臺，可以更高效地監控管理管廊運營，確保管廊得到實時維護，大幅提高管廊的運營維保效率。

市政管廊通過其政策支持，可以拓展其投資方式，引入多方投資，提高各方積極性，加快城市現代化進程。在此過程中，不同的參建單位都可以使用BIM 技術，這將更有利于建設數字化城市，推廣BIM 在工程中的應用，進而能夠起到互相促進的作用。

綜合管廊中應用BIM 技術，可以大大縮短管廊的建設周期,加快城市建設步伐。通過BIM 技術的應用，綜合管廊的建設,可以更合理更方便地安排給水管道、熱力管道、電力電纜、通信電纜等管線線路。綜合管廊等配套設施建設完善的地區，可以更好地維護管道，保持管線線路的穩定性和可靠性。

4.3 BIM技術在綜合管廊中應用前景

綜上所述，在“十四五”開局之際，BIM 技術在綜合管廊建設中具有廣闊前景。從管廊投資的效益看，管廊建設應成網成片才能更好發揮其效益。引用BIM 技術，可以使軟件發展與管廊建設起到相互促進的作用。更能推進管廊、道路、軌道和其他市政設施共同發展；綜合管廊項目投資較大，BIM 技術可以利用其自身優勢，拓展資金來源，促進管廊健康發展。在綜合管廊運營管理方面，BIM 技術更能將涉及的多個部門聯系起來，對管廊進行更好的運營、維保。

新時期的城市綜合管廊建設與智慧城市、海綿城市等主題緊密相關,應充分考慮城市發展愿景，滿足城市地下空間戰略規劃，鼓勵采用新技術、新工藝，這對BIM技術的發展推廣是一個難得的契機[10]。

5 結束語

在“十四五”建設期間，國家大力發展BIM 技術和綜合管廊施工技術，這是兩者相輔相成、充分結合發展的契機。社會各界從設計單位到施工企業，都緊缺BIM 專業人才，城市綜合管廊的建設者對BIM 了解和應用較少，這就影響了BIM 技術在綜合管廊中的應用。一方面，BIM 技術要不斷優化，從高校和設計單位抓起，提高其在各個領域的應用成熟度，才能為其在綜合管廊中更好的應用打下基礎；另一方面，綜合管廊建設從規劃設計到施工建設、運營維護等不同的階段考慮，BIM 技術都具有重要使用價值，建設綜合管廊，BIM 是能夠提高工作效率的實用工具。BIM 技術與城市綜合管廊結合發展，會更加促進綜合管廊的發展，同時提高了BIM 的推廣。綜上所述，在“十四五”建設期間，BIM 技術在綜合管廊中的應用具有廣闊的前景。