BIM可視化仿真技術在綜合管廊工程中的應用★

吳永強 王楚濛 徐佩斌 馮志江 安 娟 明 亮 毛旭陽 方婉玉

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000； 2.張家口市政水務有限責任公司，河北 張家口 075000)

0 引言

1833年，城市綜合管廊誕生于巴黎，當時的綜合管廊就已匯集了包括自來水管道、通訊電纜、排水管道和交通信號電纜等諸多管線[1]。進入20世紀，美國、俄羅斯、西班牙、日本等西方國家也開始修建城市綜合管廊，這些國家中以日本城市綜合管廊的規模最大、技術最完善。我國城市綜合管廊的建設始于1958年，在天安門廣場改造中鋪設了一條長度為1 km的綜合管廊。1994年上海浦東鋪設了一條11.125 km的綜合管廊，這條管廊包括電力管線、通訊電纜、燃氣管道和給水管道，并配有中央處理器和安全系統，被稱為“中華第一溝”[2]。

我國對城市綜合管廊建設的支持力度比較大，國務院辦公廳在2014年和2015年分別下達了《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》和《關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》。基于政府的政策支持和資金不斷投入，國內綜合管廊的建設呈現出高標準、高投入、實用性、規范化、制度化、精細化和多元化的發展趨勢[3,4]。

BIM技術的精細化建模可以很好得彌補工程項目在微觀信息方面的缺失，例如城市綜合管廊的地質條件、管道現狀和周邊環境等從宏觀到微觀的信息。應用BIM技術可建立一個包括周邊環境、地下管道現狀及建筑物信息的三維數字化模型，使之成為一個關于綜合管廊的大數據平臺。以此平臺為基礎指導綜合管廊的協同設計、施工組織、施工工藝和運營管理可有效提高綜合管廊的建設水平和管廊水平[5,6]。

1 城市綜合管廊政策

國家政策層面推進綜合管廊建設情況見表1。

2 BIM可視化仿真技術的技術優勢

2.1 可視化查詢

BIM與GIS集成可將建筑物屬性，如房間名稱、房間面積和房間用途等數據和數字地圖相互關聯，實現建筑物屬性與數字地圖的三維可視化查詢，通過數字地圖即可直接查詢建筑物屬性等信息[8]。該集成方案對不同的空間位置進行色塊填充處理，通過觀察色塊的不同顏色即可直觀地觀察到不同空間的詳細信息，完成對空間的可視化管理。管理人員應用該集成方案可較快地查看任意目標，識別三維場景中的建筑物，了解該建筑物的名稱、分類和功能等信息，減少數據篩選時間，提高工作效率。與翻閱紙質信息相比，BIM與GIS的集成方案可為管理人員提供諸多便利，當某一房間出現問題時也可及時了解該房間的相關信息，有利于盡快確認災情，及早做出反應。

表1 國家政策層面推進綜合管廊建設情況

2.2 可視化項目過程

傳統CAD圖紙所包含的構件和施工信息極其有限，即使經驗豐富的施工人員也無法在短時間內通過圖紙真正地了解和認識建筑物的結構形式。這不但影響工程的進度，也會影響工程的施工質量，從而導致工程項目的經濟和社會效益大打折扣。而BIM可視化仿真技術可實現建筑工程生命全周期的可視化，可保證建筑工程的設計、建造和運營均按可視化形態進行，既方便工程人員對工程的理解和熟悉，又能保證工程保質保量地實現[9]。

2.3 可視化模擬

BIM可視化模擬技術不僅可根據不同設計方案模擬相應的建筑物模型，還可模擬如熱傳導、節能模擬和光照模擬這類無法在真實世界中進行模擬的情況。BIM模型的這種特質可以保證設計的科學性和合理性，同時也能控制施工成本[10]。圖1為可視化模擬。

2.4 可視化優化設計

BIM技術的可視化優化設計主要體現在以下兩點：

1)BIM模型作為一個建筑工程的大數據模型可通過匯總項目設計信息、投資回報信息等數據進行設計方案的投資優化分析，當建筑工程設計方案發生變化時可得出方案改造成本和方案改造回報，與投資回報信息同時進行分析，保證設計方案的經濟性和合理性。

2)BIM模型可優化屋頂、裙樓等施工難度大的異形設計，為工程施工進度和施工質量提供技術支持，優化施工工藝、節約施工成本。

3 BIM可視化仿真技術在綜合管廊中的應用實例

3.1 技術路線

3.1.1軟件選取

本項目選取以Revit平臺為建模軟件，Revit的優勢主要在于建模的流暢性和簡易性，且Revit第三方插件較多，使用更為便捷。城市綜合管廊中一些特殊構建可創建族，應用族的功能可更加便捷地進行模型創建。圖2為城市綜合管廊支架。

3.1.2技術流程

本文以Revit平臺為基礎，首先通過建立綜合管廊中土建、機電工程、復雜結構的BIM模型，通過BIM模型可直接計算混凝土、機電管線和復雜節點鋼筋的工程量。之后將模型導出，通過Navisworks軟件進行施工模擬和防碰撞檢測。圖3為技術流程圖。

3.2 技術應用

3.2.1可視化優化設計

利用Revit的機電模板，在綜合管廊的管線布置完成之后。機電模板連接之前完成的工藝管線三維圖，繼續繪制管線閥門部分。在機電模板界面有給排水管線的工具條可供選擇。繪制完成三維的閥門附件，設備和管道附件等。管線的布置可適當調整，優化工程設計，減少在施工階段可能存在的錯誤和返工，而且能優化管線排布方案。由這簡單的事例，BIM可視化技術在各個專業之間的融合協調方面的優勢凸顯。圖4為管線模型優化。

3.2.2工程量統計

現階段國內工程量統計技術十分成熟，以廣聯達、斯維爾、PKPM、魯班為主的計量軟件使工程技術人員告別了手工算量時代。而隨著BIM技術的大規模應用，這些傳統計量軟件也顯露出許多不足之處，例如計量軟件往往需要對圖紙進行二次建模，不但容易出錯，而且在發生設計變更時無法同步更新。BIM模型的信息傳遞是同步的，因此BIM模型可以準確計算項目工程量，為業主提供更準確的服務。表2為管線工程量統計。

表2 管線工程量統計

序號名稱數量備注1變壓器/臺1容量400 kVA2配電箱/組15KYM3電纜/m900130 mm24路基箱/塊26 000 mm×1 500 mm×20 mm5給水管道/m1 200DN100,DN75,DN326排水管道/m285DN100,DN150,DN200,DN500 PVC管

3.2.3數字化管理

BIM模型可對構件進行編碼，編碼的使用不僅可以使構件的加工進行的準確無誤，還可指導現場施工。此外，BIM模型作為一個多維數據庫詳細記錄了所有設備和構建的一切信息，可以更加便捷地進行管理。

4 結語

4.1 經濟效益

BIM可視化仿真技術應用于綜合管廊工程，通過管線綜合、深化設計、方案模擬等應用，減少了設計紕漏及施工返工。綜合管廊計算及工程量提取，可節約造價。同時將BIM技術應用于設計、施工階段，并為運維階段進行可視化查詢提供準確數據支持，最大程度節約成本。

4.2 環境效益

城市綜合管廊的建設將各種管線集中到同一地下空間進行集約化布置，不僅有利于節約土地資源，還有利于管線的分期建設和后期的檢修維護。同時杜絕了城市道路反復開挖現象，減少城市道路揚塵及給水，有利于節約資源和保護環境。