BIM技術在市政綜合管廊PPP項目中的應用

文/中建五局土木工程有限公司 李 智 朱訓超 黃 仁 周志強 趙 鑫

0 引言

云南作為中建五局土木工程有限公司西南片區的重要發展戰略省份，近年來隨著PPP項目模式的愈發成熟，也開始利用PPP模式快速發展，并在大理成立了BIM工作站，探索PPP項目BIM工作模式。在信息化技術逐漸成熟的今天，如何運用BIM技術，高效且合理地解決大理綜合管廊PPP工程中存在的問題，是本文探討的重點。

1 工程概況

大理市中心城區綜合管廊PPP項目是財政部確定的第三批示范項目，由中國建筑第五工程局有限公司投資建設，合同工期3年，總投資約22.4億元，其中建安費13.42億元，由于政府取消3條道路施工，剩余建安費約7.63億元。項目建設內容包括綜合管廊、市政道路兩部分，其中綜合管廊約6.6km，分布在大理市下關區和經開區的3條道路上；同步建設經開區綜合管廊對應市政道路約7.0km，其中漾濞路為路面改造工程，關賓路為舊路擴建工程，工業大道為新建道路工程。

玉江大道道路總長26.039km，項目管廊工程K0+040—K4+360段為兩艙管廊，K22+120—K26+039段為三艙管廊，三艙管廊外尺寸（B×H）為7.6m×3.4m，兩艙管廊外尺寸（B×H）為5.4m×3.0m。江川路網項目主打龍泉大道：擬新建路1.506km，按城市次干道路標準改造，設計速度30km/h，道路交通配套設施全線1.506km，地下綜合管廊1.467km，兩艙，斷面尺寸4.6m×2.8m。

2 工程難點

在施工過程中，主要問題存在于設計、施工和后期運營階段。

1）設計階段 設計單位雖已招標，但3家設計院設計成果均無定稿，多數方案僅為初步方案，無評審，對于設計的合理性研究迫在眉睫。

2）施工階段 由于大理州靠近洱海，本工程場地區域屬瀾滄江水系洱海流域。區域內大氣降水匯入洱海，經西洱河流入瀾滄江。地下水主要為第四系松散堆積層中的孔隙型潛水，地下水與洱海地表水體存在相互補給關系。地下水較豐富，混合穩定水位一般埋深為0.5～8.7m，絕對標高1964.520～1993.930m。因此，SMW工法樁的施工質量決定了大理綜合管廊項目的成敗。

3）運營階段 大理當地管廊運營還處在探索階段，如何提出一套切實可行的綜合管廊BIM運營方案，關系到項目后期的成敗。

3 BIM技術在質量方面的應用

3.1 項目臨建布置

前期策劃過程中，項目臨建存在場地狹小、車輛轉運進出難度大等問題，需合理規劃臨建建設，在滿足項目部日常運作的同時，最大限度提高項目駐地功能使用價值。

面對這種問題，入場前根據項目自身特性、駐地區域面積、辦公與生活等需求，合理布置項目部駐地規劃、辦公區和生活區板房配置、照明及電力等管線，最終形成BIM模型文件與項目駐地漫游效果，供項目部決策層參考（見圖1，2）。

3.2 場地臨建質量

項目部管廊施工面臨場地狹小，進出場道路擁堵等問題；如何保證在滿足場地布置的同時，滿足場內材料轉運及機械設備進出場要求，以及滿足場區內生產需求，CI需求及成品、半成品加工需求，是這一階段的問題。

通過采用BIM技術，對即將圍閉的施工場地進行合理化布置，包括外側圍擋位置、高度、施工場地大門參數、員工安全通道位置、九牌一圖擺放、鋼筋加工棚位置和設計規格、出土車輛進出通道等，以確定項目的臨建布置方案最優（見圖3，4）。

3.3 優化設計質量

由于項目工期緊，且綜合管廊結構圖和設計圖協調難度大，項目前期，在設計精度不高的情況下，利用BIM技術建模，更加直觀地發現圖紙中存在的問題，同時對結構進行反向設計，并導出相應CAD圖紙；通過與建設單位及設計單位溝通，盡早發現圖紙中存在問題。同時通過BIM技術，優化結構設計和機電設計，減少設計沖突，為后續施工提供便利。

根據模型導出CAD圖，對重要的尺寸和位置進行標注，用以指導施工（見圖5，6）；優化后的管廊入口模型如圖7所示。

圖1 項目臨建辦公區布置

圖2 項目臨建生活區布置

圖3 場地大門布置及圍擋

圖4 場內加工區及臨時圍護布置

圖5 優化CAD斷面

圖6 優化管廊斷面

原施工圖設計中未明確管廊內部桁架、吊架管線及管座等構造設施。通過預先設計，確定排水溝蓋板、給水管線基座、電力通信橋架及燃氣管線吊架等，協助設計優化其工作，以促進項目進程（見圖8，9）。

3.4 機電管線內部沖突

將結構/機電模型導入Naswork進行碰撞檢查，發現設計中管線和分艙門、管線與支吊架的沖突，及時進行更正。圖10為在Revit建模之后導入Naswork中進行碰撞檢測操作；圖11為導出的碰撞檢測成果文件。通過Lumion軟件，繪制360°全景模型，導入720云中，形成全景漫游，以更好地指導現場施工作業，如圖12，13所示。

3.5 SMW工法樁施工

由于大理地區特殊的地質結構層，綜合管廊圍護結構采用SMW工法樁進行施工。SMW工法樁是以多軸型鉆掘攪拌機在現場向一定深度鉆掘，同時在鉆頭處噴出水泥系強化劑與地基土反復混合攪拌，在各施工單元之間則采取重疊搭接施工，然后在水泥土混合體未硬結前插入H型鋼或鋼板作為應力補強材料，至水泥硬結，形成一道具有一定強度和剛度且連續完整無接縫的地下墻體。

由于SMW工法樁屬于新興工藝，項目管理人員及施工作業班組人員對工藝了解不深，對工藝程序缺乏直觀了解和認識，前期給現場推進帶來壓力。

通過BIM技術對SMW工法樁進行更直觀和可視化的三維模擬（見圖14），可更好地對項目施工管理人員及勞務作業人員進行交底，使其快速掌握該項工法的作業難點和施工注意事項，并可在提高項目SMW工法樁施工質量的同時，減少因質量不合格造成的安全隱患等問題。

3.6 綜合管廊后期運營管控

由于大理為旅游城市，信息化技術暫時未能在大理普及，因此，如何運用三維技術模擬后期運營過程，找出可能存在的問題及遇到突發事件時的應對措施，是這一階段BIM應用的主要目的。

圖7 優化后管廊入口三維效果

圖8 原設計管廊斷面

圖9 優化后管廊斷面

圖10 碰撞檢查

圖11 碰撞檢查結論導出

利用Fuzor軟件對管廊內部燈照參數，包括燈光數量、間距、光照強度等合理選擇最優方案（見圖15）；火災預警進行模擬控制，在檢修人員遇到管廊突發性火災時，確定最優逃生方案及應急處理方案（見圖16），以提高綜合管廊的后期運營質量。

4 BIM技術在安全方面的應用

4.1 安全過程管控

現場施工安全存在2個主要問題：①不能有效且直觀地提出切實可行的安全防護方案；②安全管控不可追溯，不能通過數據分析出可能存在的安全事故爆發趨勢。

安全是工程施工主控項目，是開展一切工作的根本出發點，通過引入BIM技術，可提前對安全質量控制重點、施工關鍵環節、重大危險源等進行模擬演示，制定并采取安全質量防范措施，有效規避風險，減少不必要的返工、窩工或停工，杜絕安全質量事故，為項目的安全生產、優質高效保駕護航。

同時將現場管理內容在云端平臺上進行整合管理，協助項目日常管理工作，以更好地為項目管理提供決策。通過分析日常管控中的安全數據等，及時發現可能存在的安全隱患，盡早提出整改措施。

4.2 垂直運輸安全管理

由于受場地及施工工期等因素限制，場地內H型鋼、鋼支撐、鋼筋和模板等材料的垂直運輸問題更為重要，在滿足安全施工的要求上經濟合理是這一階段的需求。通過運用BIM技術對管廊的鋼支撐安裝與拆除施工方案分別進行龍門式起重機和汽車式起重機的方案比選，最終確定適合項目的垂直運輸方案（見圖17）。

5 取得的成果

本項目獲得省級發明專利1項，《提高綜合管廊主體預埋件》QC成果獲得省二等獎。在BIM應用方面，獲得第一屆“市政杯”BIM應用技能大賽二等獎；第七屆“龍圖杯”全國BIM大賽三等獎；2018“優路杯”全國BIM技術大賽優秀獎。通過BIM技術的應用，本項目取得了良好的經濟效益和社會效益。

圖12 管廊圍護結構漫游

圖13 管廊管線內部漫游

圖14 SMW工法樁施工模擬

圖15 模擬不同情況下燈光強度對綜合管廊的影響

圖16 模擬綜合管廊運營過程中火災發生時的逃生路線

圖17 鋼支撐安裝與運輸方案模擬