BIM 技術在上海臨港新城北島西路綜合管廊建設管理中的應用

文｜ 上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司 楊光 陸劍駿 何冬凌

上海隧道工程股份有限公司 劉立慧

1 引言

近年來，為解決城市地下市政公用事業(yè)管線總量不足、標準不高、管理運行不完善等問題，全國各大中城市已全面啟動建設地下綜合管廊試點工程。為了響應國務院號召，服務上海自貿區(qū)臨港新片區(qū)，合理開發(fā)利用城市地下空間資源，上海擬定在臨港新城主城區(qū)試行建設綜合管廊，實施范圍包括北島西路綜合管廊及圍繞水蕓路、云鵑路形成的“雙O 型”地下綜合管廊。由于項目體量大、工期緊、集約化程度高，涉及業(yè)主方、設計單位、施工單位、監(jiān)理單位、管線權屬單位、材料供應商、運營商等眾多參與方，傳統(tǒng)的項目管理方式顯然有些力不從心。為解決綜合管廊建設運維過程中碰到的一系列問題，首次在項目中引入BIM 技術，建立BIM 模型，通過信息化的方式提高建設效率，降低溝通成本，輔助工程平穩(wěn)推進，并為后期運維養(yǎng)護提供詳實的信息，提升工程建設管理水平。本文以北島西路綜合管廊工程為背景，探索BIM 技術在項目建設及運維全壽命期的應用，為今后諸多類似工程提供參考。

圖1 項目概況

2 工程概況

北島西路綜合管廊位于上海臨港新城滴水湖區(qū)域內，全長951m，總投資約1.2 億元。管廊平均斷面尺寸為B×H=5m×4.2m，采用綜合艙+燃氣艙雙艙布置。入廊管線涵蓋給水、中水、污水、生活垃圾、電力、通信、燃氣等所有市政管線。北島西路綜合管廊創(chuàng)下上海市多個“首次”，即首次在平原地區(qū)將重力流污水管納入綜合管廊、首次采用無人巡檢技術、首次在綜合管廊中納入燃氣管道、首次利用BIM 技術進行管廊全壽命周期的應用、首次采用綜合管理決策平臺、首次采用預埋式成品支橋架系統(tǒng)，可以說是上海市第一條“現(xiàn)代化”綜合管廊。

具體目標：（1）無人機結合GIS，方案更細致全面，提升決策水平；（2）BIM結合管理平臺，實現(xiàn)信息化管理，提升管理水平；（3）將過程數(shù)據(jù)與模型結合，對接運維，提升運維水平；（4）編制綜合管廊BIM 標準，示范應用，形成地方標準。

應用特色：本項目采用EPC 管理模式，BIM 應用貫穿設計、施工、采購、現(xiàn)場管理等環(huán)節(jié)。在項目實施的過程中，專門設立管廊BIM 聯(lián)合小組，BIM 設計小組與BIM 施工小組通過數(shù)據(jù)平臺協(xié)同工作。結合項目特點，本項目引入了無人機傾斜攝影、虛擬現(xiàn)實、云服務、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術，圍繞BIM 模型開展設計優(yōu)化、虛擬漫游、三維打印、工程量統(tǒng)計、施工模擬等應用，使設計效率與精細化程度得到了提高。打通三維打印、虛擬現(xiàn)實VR 等應用與BIM 的數(shù)據(jù)接口，直觀反映設計意圖并輔助決策。研究與應用過程中積累了大量設施、設備構件族，并與設備供應商合作，完善了構建庫建設，可以更好地服務后續(xù)工程。通過BIM 模型統(tǒng)計工程量，輔助精細化加工生產(chǎn)，節(jié)省項目成本。在施工過程中持續(xù)跟蹤，將BIM 技術與施工管理相結合，從進度、質量、成本以及溝通協(xié)調等方面，提升施工管理成效。探索運維管理研究，對運維系統(tǒng)開展研究與頂層設計，將不同的子系統(tǒng)，業(yè)務模塊進行集成，初步形成適合綜合管廊日常運維管理的系統(tǒng)平臺，便于統(tǒng)一高效的管理和數(shù)據(jù)調用與匯總。

3 BIM 應用目標及特色

總體目標：立足于國內BIM 應用現(xiàn)狀，圍繞北島西路綜合管廊示范工程的建設，探索適合一般綜合管廊項目建設的BIM 關鍵技術，實現(xiàn)精細化的管理，為類似綜合管廊工程的BIM 應用積累經(jīng)驗。

4 BIM 主要應用點

4.1 設計階段應用

4.1.1 場地現(xiàn)狀仿真

圖2 場地模型創(chuàng)建

周邊環(huán)境模型的建立方式可以有多種技術手段，例如無人機傾斜攝影建模、現(xiàn)場激光掃描建模、購買三維測繪數(shù)據(jù)，根據(jù)測繪結果手工建模等等方法。考慮到北島西路區(qū)域生態(tài)原始，場地植被較多，現(xiàn)狀地形數(shù)據(jù)不夠詳實，數(shù)據(jù)測量工作量大，通過三維激光掃描與無人機傾斜攝影技術結合，快速建立較為精確的大范圍場地模型，真實還原北島原始地貌。

4.1.2 三維協(xié)同設計

通過三維協(xié)同設計平臺，采用“由整體到局部”的定位方法與“由零件到構件”的組裝方法，設計工作可以分解為標準段與各類節(jié)點，將標準與參數(shù)化族塊集成于模型中，各類構件相互組合與關聯(lián)，通過參數(shù)的調用，實現(xiàn)了設計模型的靈活修改、組合。

在項目設計過程中，各專業(yè)設計師基于同一模型進行協(xié)同設計，能有效地提高不同專業(yè)間信息的傳遞效率和質量；同時，不同工作地點、不同專業(yè)的設計人員利用基于廣域網(wǎng)的協(xié)同設計云平臺可有效降低傳統(tǒng)設計溝通成本，實現(xiàn)實時提資。

4.1.3 虛擬漫游

圖3 綜合管廊BIM 模型

在施工前，組合設計模型以及設備供應商模型，對內部設施進行漫游，通過漫游更好地表達設計方案，通過可視化表現(xiàn)，使設計意圖傳達更清晰，提高了項目組成員之間的溝通效率。采用虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術，在設計中、施工前對管廊內部結構及細部構造布局做沉浸式檢查，大大減少了設計中存在的差錯，進一步提升管線排布的合理性，顯著提升工程質量，有利于實現(xiàn)管廊工程百年大計的目標。

4.1.4 三維打印

通過采集海量的工程數(shù)據(jù)，將復雜節(jié)點設計模型通過3D 激光打印的方式以實物的形式展現(xiàn)在人們的眼前，形成工程縮影，讓項目決策者、建造施工者等有一個直觀清晰的認識（如圖4）。

4.1.5 工程量復核

根據(jù)投資監(jiān)理招標開項表，分節(jié)段統(tǒng)計滿足招標要求的土建、機電、管線工程量，包括標準構件、預埋件、支吊架及典型結構的鋼筋用量，將造價人員手工算量結果與BIM 模型統(tǒng)計數(shù)據(jù)作對比，輔助核對采購清單，提高預算的準確度，預防工程浪費。

4.1.6 綜合支吊架優(yōu)化

通過BIM 技術融合給排水、電氣等多專業(yè)技術要求，實現(xiàn)了機電各專業(yè)支吊架設計與校核可視化。通過數(shù)字化設計，使設計施工技術人員能夠簡便快鍵、準確地完成復雜的支吊架設計（如圖5）。

4.2 施工階段應用

4.2.1 數(shù)字化交底

選擇標準段進行模型深化，作為樣板段指導其余部分的深化。在標準段中協(xié)調解決沖突，輔助業(yè)主或施工單位對施工圖紙與施工方案進行分析審核，充分發(fā)揮出BIM 技術的價值，提升施工人員對設計意圖理解的準確性，有效減少返工。

4.2.2 進度模擬

圖4 復雜節(jié)點三維打印模型

圖5 綜合支吊架優(yōu)化設計

圖6 輔助施工溝通交底

圖7 施工進度漫游展示

在施工準備階段，基于設計階段數(shù)據(jù)模型的延用，編制合理的進度控制表，利用BIM 做到事先控制，將進度計劃與模型中的組件關聯(lián)，可以讓模型隨著時間的推移而展示出逐步建造的過程，提前計劃工程整體進展。施工時定期更新實際進度，虛實對比，通過計劃進度與實際進度對比和事中調控，及時把控工程進展情況，科學有效進行施工組織（如圖7）。

4.2.3 復雜節(jié)點精細化模擬

在施工階段，根據(jù)制定的復雜節(jié)點專項方案清單，在相應節(jié)點施工前開展專項方案的精細化模擬、優(yōu)化和技術交底工作。在項目例會、專題會、匯報會、評審會等場合基于BIM 模型開展溝通、協(xié)調和匯報工作（如圖8）。

4.2.4 竣工模型

完成土建施工及機電安裝后，在竣工階段，BIM 工作人員開展與現(xiàn)場的核對工作，查漏補缺，形成最終竣工模型，作為綜合管廊運維階段的數(shù)據(jù)基礎移交給運營單位。

4.3 運維階段應用

為克服目前管廊運維中涉及單位雜、專業(yè)多的困難，實現(xiàn)多單位多專業(yè)的可視化協(xié)同管理。本項目首次從全生命周期的視角進行管廊設施設備運維管理，為管廊隱患診斷和處理奠定基礎。

4.3.1 管廊狀態(tài)綜合監(jiān)測

圖8 復雜節(jié)點精細化模擬

將管廊傳感器數(shù)據(jù)結合BIM 模型展示，各傳感器在管廊的位置按實際反映在管廊模型上。當探測到某個傳感器溫度異常時，能夠通過在模型上點擊，及時調出附近攝像頭數(shù)據(jù)，同時也可以點擊異常的設備，讀取設備功能、維保等信息，便于第一時間做出判斷。

4.3.2 入廊設施管理

根據(jù)設計管線排布方案建立管線排布模型，對入廊管線進行過碰撞檢測，并能直觀顯示。根據(jù)模型對管線入廊施工指導和驗收，避免先進廊管線隨意施工，導致后進管線無法操作的問題（如圖11）。

4.3.3 應急預案模擬

將文字版應急預案通過模型和動畫進行展示，直觀顯示搶修路線、工作流程等信息（如圖12）。

4.3.4 資料電子歸檔

所有管廊相關的圖紙、模型均在平臺上電子化保存，方便隨時調取資料。在后期周邊開發(fā)時，可以提供精確的三維模型給相關開發(fā)單位，方便周邊開發(fā)施工過程中避開管廊。

4.3.5 日程養(yǎng)護管理

用可視化的手段，對日程養(yǎng)護過程進行跟蹤和管理，并對養(yǎng)護過程和結果進行記錄和歸檔。

5 總結

本項目作為上海市第一條在建的現(xiàn)代化綜合管廊項目，借力BIM 技術，將BIM融入日常工作中，結合技術創(chuàng)新，提升項目整體水準，實現(xiàn)了BIM 瀏覽直觀形象，施工模擬清晰可靠，進度跟蹤持續(xù)及時，航拍采集快速全面。BIM 模型精細準確的驕人成果在綜合管廊工程建設中起到了示范作用，項目取得的成效如下：

（1）采用BIM 技術在項目前期場地分析中節(jié)省測量時間約3 周；

（2）設計過程中借助BIM 碰撞檢查功能，提前解決沖突40 余處，節(jié)省變更約20萬元；

（3）采用BIM 用于道路翻交方案匯報，交通組織方案一次通過評審；

圖9 竣工模型與現(xiàn)場對比

圖10 管廊狀態(tài)檢測

圖11 管廊狀態(tài)檢測

圖12 應急預案管理