市政隧道工程中的BIM技術應用

王維江 郭延義 袁貴鵬

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

BIM建筑信息模型這項技術源于20世紀70年代的美國，隨后傳播至英國、日本以及韓國等發達國家，現已逐漸成為建筑行業發展的主流方向。BIM的全生命周期管理充分解決了復雜項目的信息溝通問題，該項技術于21世紀初引進中國，目前在房建領域的應用已日漸成熟，近幾年來，市政建設領域逐漸開始嘗試采用BIM應用技術[1-4]，為提高設計和綜合管理水平而不斷探索。

1 BIM應用規劃

1.1 工程簡介

楊高南路（世紀大道—浦建路）道路改建工程位于上海市浦東新區陸家嘴地區。本工程道路的斷面形式為“主線隧道＋地面輔道”。主線為全封閉隧道形式，北與現有世紀大道下立交相接，南至現狀浦建路跨線橋。路線全線長1.327 km，其中新建隧道段長1.323 km，規劃紅線寬為50～60 m。地面輔路與藍村路、花木路及世紀大道均為平面交叉，采用渠化設計聯合信號燈控制方式。楊高南路（世紀大道—浦建路）改建工程共劃分為3個標段。

本工程楊高南路（世紀大道—浦建路）道路改建工程3標為其中的三標段，范圍為張家浜橋（不含，樁號為K2＋305）至工程終點（近桃林路，樁號為K3＋200）。主要包括道路工程、隧道工程、排水工程、安裝工程、桃林路人行天橋、世紀大道公交站、隧道結構、世紀大道地面環島改造、降壓變電所。

1.2 BIM應用目標

與一般房建項目相比，市政工程有著諸多不同，主要表現在：復雜程度高、建設周期長、投資金額大、參建單位多、項目管理難度高。為解決施工技術難點，提升項目管理水平，楊高路3標項目綜合以上因素，制訂了以下BIM應用目標。

1）摸索市政隧道工程三維施工BIM模型的建立。

2）通過建立市政隧道的圍護、結構、橋梁、機電、道路、管道等模型，查看相互之間的空間及位置關系，為校核設計圖紙及現場施工提供可靠依據。

3）基于BIM技術的管理平臺應用。

4）將BIM工程量與投標量、預算量進行對比，為日后決算提供數據支持。

1.3 軟件選擇

本項目采用多平臺軟件工具建模，充分利用各軟件的特點，達到最佳BIM應用效果。對信息交換，首先采用中間平臺進行處理，如歐特克公司Navisworks平臺，這款Autodesk Navisworks軟件能夠準確地應用AutoCAD和Revit系列等創建出數據，可以與來自其他設計軟件的幾何圖形以及信息相結合，將其作為一個整體的三維模型導出，同時可以通過多種文件格式進行同步審閱，而無需再考慮文件的大小。Navisworks這款軟件可以幫助所有參與方將項目作為一個整體進行結合，進而優化從設計決策、項目實施、性能預測直至項目綜合管理和運營等各個環節（圖1）。

圖1 模型信息交換

1.4 組織架構

根據制訂的目標和要求，由項目工程師擔任技術顧問，負責BIM技術的審核；由BIM工程師負責制訂BIM技術路線，解決BIM技術難題以及任務的分配；由各專業負責人建立相應模型；由預算員負責BIM成本管控，將BIM工程量清單與預算清單進行比較，分析原因。

2 隧道工程BIM技術應用

2.1 施工模型的建立

施工階段模型與設計階段模型存在不同。而本工程將成本、質量、進度等方面的信息融到模型中。模型拆分既要滿足現場施工的要求，也要滿足施工算量的要求。

2.1.1 構件族類型預定義

針對隧道工程一類的BIM應用項目，由于其結構形式比較復雜，包含道路、結構、建筑、機電、給排水等不同專業的模型，在建模之前需要對各類模型的構件類型進行預定義，以便在后期的使用過程中提供便利，如進行統計、過濾、分析、篩選的不同操作的應用。

2.1.2 構件命名和編碼標準

將在本工程中涉及到按節段號命名的構件進行統一命名, 命名按照“專業_節段_構件名稱_尺寸”的定義原則；針對相同構件的模型出現在不同的地方（多實例的構件），命名的原則為：從小樁號到大樁號，從左至右，從上至下，并且強制規定沿樁號前進方向左側（N），沿樁號前進方向右側（S），由N到S為左右方向。

2.2 鏈接各專業模型，查看相互之間空間位置關系

圍護模型和結構模型完成后，鏈接結構模型和圍護模型，發現結構中板與第3道支撐相碰，不便于現場施工，與設計溝通協商后重新制訂此處施工方案，對現場施工起到了積極的作用。

2.3 施工現場管理

施工現場的平面策劃、布局、協調等工作，可以通過BIM技術生成的三維模型來完成。模擬各種復雜的施工節點、施工工藝、施工方案，利用BIM技術可視化的特性幫助施工人員更好地理解施工方案，并且可以利用BIM應用技術進行現場的工況模擬，進而對施工現場進行科學合理的布置，提升項目工作效率（圖2、圖3）。

圖2 挖土工況

圖3 結構工況

2.4 基于BIM技術的管理平臺應用

基于BIM技術的平臺應用，由建設單位、施工單位提出開發需求，軟件公司在獲取開發需求后，繪制開發的業務流程圖，在得到建設單位的確認后再進行功能開發。本平臺開發的模塊為：施工進度模塊、工程管理模塊、施工安全管理模塊、投資控制管理模塊等幾大模塊。

2.4.1 進度管理模塊

通過BIM模型進行可視化的工程進度安排，工程進度控制的核心技術是網絡計劃技術，通過與網絡計劃技術進行集成，可以通過BIM模型按月、周、天直觀地顯示工程進度計劃，有利于工程管理人員對不同施工方案進行比較，選擇符合進度要求的施工方案。

另外，對于管理者而言，可以及時地發現工程計劃進度和實際進度的偏差。

2.4.2 質量管理模塊

將項目現場的質量信息同步記錄在BIM模型中，從而有效地提高質量管理效率。基于BIM技術的施工質量管理系統，可以分為材料設備質量管理與施工過程質量管理2個方面：

1）材料設備質量管理：在基于BIM的質量管理中，由施工單位將材料管理的全部信息進行記錄，其中包括將各類材料的出廠合格證、質量保證書、原廠檢測報告、檢驗批等信息分別進行錄入，并通過BIM模型進行綜合關聯。同樣，監理單位也可以通過BIM管理平臺，進行材料信息的審核工作，使材料管理的信息更為準確、更具有可追溯性。

2）施工全過程質量管理：可以將BIM模型與現場實際施工工況相比較，將相關檢查信息構件關聯，明確記錄內容，便于統計與日后復查。

2.4.3 安全管理模塊

基于BIM具有信息完備性和可視化的特點，在施工安全管理方面的應用主要體現在：

1）重大危險源的提示。對于復雜工程，在施工過程中不可避免地會出現危險源的情況，通過平臺的開發，可以基于BIM模型查找（三維場景的搜索及具體的構筑件查找），可以事先對重大危險源進行公示。

2）深基坑監測。通過BIM技術監測深基坑的點位，通過三維模型建立完成，再把監測到的數據與模型進行關聯。設置預警值，當出現超預警值時，系統會自動顯示哪些點位存在風險，方便及時做出相應的對策。

2.5 BIM工程算量

2.5.1 構件拆分

首先在BIM模型建立之前，要確定市政隧道工程各個專業的分部分項列表，并制訂符合BIM工程算量的拆分原則，具體的拆分原則應該按照市政隧道結構的位置關系以及施工工藝的順序來確定。比如市政隧道結構可先按照其里程樁號進行劃分，可以具體到每一個節段，劃分成墊層、底板、腋角、側墻、中隔墻、頂板、防撞側石、混凝土鋪裝、瀝青等不同的部位（圖4）。

圖4 構件拆分

2.5.2 圍護與結構模型構件拆分清單

圍護與結構模型構件拆分如下：

1）圍護模型：地下連續墻、高壓旋噴樁、三軸攪拌樁、鉆孔灌注樁、混凝土支撐、鋼支撐、格構柱。

2）結構模型：墊層、底板、側墻、中隔墻、頂板、防撞側石、瀝青、混凝土鋪裝。

2.5.3 提取BIM工程量

完成所有的BIM模型后，根據構件類型在明細表中分別統計各項工程量。

2.5.4 將BIM工程量與預算量進行復核

通過將BIM導出的工程量與預算量進行對比，對差異較大的再進行復核，并分析原因，提高施工預算的準確性。

3 BIM技術在市政工程中的阻礙分析

1）參與單位眾多，BIM軟件應用能力參差不齊，無法精確把控模型應用深度。

2）市政建模軟件缺乏，族庫不夠豐富，為建模帶來較大的阻力，效率低下。

3）設計模型無法完美過渡到施工模型，模型使用價值無法更好地體現。

4）單一軟件無法解決一個項目的BIM應用，學習成本較高，各軟件接口不能很好地互通，模型深度不能統一把控，模型整合難度較大。

4 結語

通過BIM應用技術在楊高南路道路改建工程3標段的成功應用，證明了BIM應用技術這種全新的三維項目管理方式，是滿足當今城市化發展需求的。

市政工程所涉及到的專業工程、結構形式、工程籌劃以及相應的協調工作復雜而繁多，工程與工程之間關系錯綜復雜，極易造成由于信息溝通不暢、資料交接遺漏、工程量統計不準以及工程進度管理滯后而導致的多類型的技術和管理問題，后期的運營維護同樣面臨周期長、涉及范圍廣、內容多等特點。

中心城區的市政道路工程建設中存在設計、施工技術與環境影響等一系列問題，因此，適時對基于BIM技術的建設與運營一體化管理系統的相關關鍵技術進行研究，對促進城市地下空間開發利用，提高地下空間開發設備的研發、規劃設計、施工和運營水平，推動經濟建設、社會進步具有非常積極的作用。

BIM技術在市政項目的應用仍然需要技術上的創新來推動市政行業的發展，以為市政行業帶來管理方式的變革。