基于BIM 技術在城市地下綜合管廊施工中的應用

韓詩雨，郭秀娟

（吉林建筑大學，吉林 長春 130118）

0 引言

隨著我國城市現(xiàn)代化進程的加快，地下綜合管廊成為創(chuàng)新智慧城市中市政基礎設施的重要組成部分，我國大部分城市已經(jīng)進行地下綜合管廊的投資建設工作。城市地下綜合管廊可以有效解決路面重復開挖、空中搭線、雨天內澇等常見問題，這些問題嚴重影響了人們的日常生活和交通狀況，極易引起各種管線事故。同時，城市地下綜合管廊可以美化城市形象、改善交通擁堵、增加公共產(chǎn)品的有效投資、提高市政的能源供給率。推動城市地下綜合管廊的投資建設工作，是建立創(chuàng)新智慧城市的重要舉措。

1 城市地下綜合管廊的概述

城市地下綜合管廊是指城市地下集中敷設電力、通信、給水、排水、熱力、燃氣等管線的公共隧道[1]。城市綜合管廊還包括消防、照明、通風、監(jiān)控等自身設備。城市地下綜合管廊的主要功能就是承擔整個城市的電力、熱力及通信的供應。

法國在1833 年為了解決管線敷設的問題興建了世界上第一條地下綜合管廊，隨后許多發(fā)達國家也相繼展開地下綜合管廊的建設工作，例如英國、德國等。1926 年，日本、西班牙也加入建設地下綜合管廊的行列。我國的地下綜合管廊建設起步較晚，但隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和信息化時代的來臨，加快了地下綜合管廊在我國的發(fā)展速度。

目前，我國在地下綜合管廊建設工作中取得了一定的成績，但仍然存在諸多問題，據(jù)《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》稱，截至2011 年底，我國僅供熱、排水、供水、燃氣4 種地下管線就已經(jīng)超過148 km。我國大部分城市地下管廊已經(jīng)進入超負荷狀態(tài)，這些地下管網(wǎng)由于設施陳舊，缺乏監(jiān)控報警等設備，對周圍環(huán)境構成潛在的威脅。

2 城市地下綜合管廊施工存在的問題

城市地下綜合管廊具有高度的集約性、科學性和綜合性，地下內部空間有限、不可視化和復雜化等特點，導致施工難度大。一旦發(fā)生故障和遭遇災害，容易引起一系列反應，造成巨大的人員和財產(chǎn)損失。城市地下綜合管廊的建設屬于地下作業(yè)（見圖1），施工設計難度大、工期緊張，對技術要求很高，且不同地區(qū)有著巨大的差異性，施工前需要做好地質勘察準備工作。在具體施工中還存在管線分配容易碰撞、預留套管能否準確安裝等問題。因此，對城市地下綜合管廊的施工階段提出了更高的技術要求。

圖1 地下管廊施工現(xiàn)場

城市地下綜合管廊存在施工現(xiàn)場環(huán)境復雜、地下光線昏暗、通風不暢、入廊管線多樣且密集、參與單位過多、項目時間長、施工過程難以監(jiān)督等問題，對施工人員和設備都有潛在的風險，有效結合BIM技術的特點，為地下綜合管廊制定合理的施工方案并實時監(jiān)控施工現(xiàn)場可以有效解決城市地下綜合管廊施工階段存在的問題，有助于降低城市地下綜合管廊的施工難度，從源頭上降低發(fā)生危險的概率。

3 BIM 技術的特點

BIM（Building Information Modeling）常被翻譯為建筑信息模型，適用于項目的全生命周期中，是包含建設項目各項相關信息數(shù)據(jù)的三維數(shù)字化模型，包括所有構件或元素的物理、功能、行為等全生命周期內全部信息[2]。BIM 可以將各項數(shù)據(jù)作為基礎，建立3D 立體建筑模型，并在建設的過程中不斷更新信息，提高了信息的準確性，也為各個參與方提供了有效的合作平臺。①可視化，構成一種3D 立體模型，構件之間可以相互反饋，地下綜合管廊的設計、施工、運維管理階段都能實現(xiàn)可視化；②可協(xié)調性，可在施工之前進行模擬施工對其中的碰撞問題進行有效的解決，減少變更，協(xié)調各單位的關系；③可模擬性，可模擬地下管廊模型，在施工階段可進行模擬實際施工，確定最優(yōu)施工方案；④可優(yōu)化性，利用BIM 模型提供的幾何、物理、規(guī)則信息等，對項目的全生命周期進行優(yōu)化；⑤可出圖性，BIM 可以繪制建筑圖紙，構件加工圖紙，還能繪制管廊管線圖紙、預留洞結構圖紙等。

4 BIM 技術在城市地下綜合管廊施工中的應用

4.1 專業(yè)協(xié)同設計

利用BIM 技術協(xié)調設計和施工等單位，有效地打破了信息孤島的現(xiàn)象。地下綜合管廊的建設參與方眾多，各單位分配責任錯綜復雜，難以協(xié)同，缺乏統(tǒng)一的管理制度。基于BIM 技術可以將整個項目全生命周期所產(chǎn)生的信息和數(shù)據(jù)在各單位之間信息互通，也可以直接傳遞，有效減少了信息傳遞的次數(shù)。

在設計階段，設計方利用BIM 模型進行設計，將最終成果交給施工方，并組織各單位進行交底工作，通過3D 視圖（見圖2），能夠讓施工方清晰地了解設計方的設計理念，使設計和施工無縫對接，并及時找出設計存在的問題，將各項信息上傳到BIM管廊模型中，調整修改后，由設計方創(chuàng)建BIM 地下綜合管廊跟蹤模型[3]，實現(xiàn)動態(tài)化的管理，對實際施工現(xiàn)場出現(xiàn)的問題及時掌握，全方位掌握施工現(xiàn)場的情況，及時處理施工中的問題。在施工階段，對設計階段中存在的設計缺陷和與現(xiàn)場不符合的現(xiàn)象，施工單位利用BIM 技術及時作出反饋和糾正。在竣工階段，基于BIM 地下綜合管廊模型作為驗收依據(jù)，提高驗收效率。

BIM 技術中的資源共享功能，有效加強了施工和設計的雙向銜接，使得各專業(yè)之間能夠在相互協(xié)同的過程中對工程項目有了全新的合作和連接，在協(xié)同合作的管理下，加快了施工的進度和質量，提升了設計施工的協(xié)同效率。

圖2 地下管廊3D 模擬視圖

4.2 管線綜合應用

城市地下綜合管廊具有結構復雜、設計難度大、管線多樣等難點，對技術要求較高，地下綜合管廊在施工過程中需要安裝大量的管線，既包括給水、排水、通信等功能管道，還包括消防、電力、通風等自身設備。利用BIM 技術的信息整合，可以將各單位的所有數(shù)據(jù)模型導入軟件中，進行碰撞檢查、凈空分析、布置規(guī)劃等，及時對發(fā)現(xiàn)的問題進行整改，提高圖紙的復核率，減少了設計變更，使管線的分布更加合理化，保證了地下綜合管廊的質量。

城市地下綜合管廊施工中，對大直徑管線加工時，基于BIM 技術可以提高精確度。在BIM 模型中，可以獲取地下綜合管廊的相關信息，明確管線的加工要求，例如：材質、位置、尺寸等信息，避免造成材料浪費。

4.3 模擬施工作業(yè)

在招投標過程中，應用BIM 技術進行施工現(xiàn)場的動畫展示和施工演示，可以直觀、動態(tài)地看到施工過程，合理地展示施工方案的優(yōu)勢和可行性，有效的進行施工單位的比較和選擇。在施工過程中，地下綜合管廊在管線匯合處常產(chǎn)生復雜的結點，針對工程中較為復雜的施工節(jié)點，通過傳統(tǒng)的二維圖紙很難理解管線的走向，然而通過BIM 技術進行模擬施工可以直觀瀏覽復雜結點的結構，尋找有效的解決辦法，從而提高了施工的精準度。對于重要位置或專用構件的施工，基于BIM 技術模擬多種形式的施工方案，比較這些方案的可操作性，為最終施工方案的選擇提供依據(jù)。基于BIM 技術的4D 模型模擬施工現(xiàn)場，制定合理的施工進度計劃和資源分配，避免施工場地和機械的沖突。

4.4 現(xiàn)場實時監(jiān)控

通過BIM 技術創(chuàng)建地下綜合管廊施工現(xiàn)場實時監(jiān)控平臺，包括2 個部分：①機房集中監(jiān)控系統(tǒng)平臺；②智能移動終端。各單位可以通過智能移動終端實時查看綜合管廊施工過程（見圖3）。如若發(fā)生危險，有4 種報警方式：聲光、電話、短信、郵件報警，使管理人員可以及時收到報警信息，做出應急措施，保證施工人員和管廊設備、設施的安全。

在施工中，現(xiàn)場施工人員可以將地下綜合管廊的信息數(shù)據(jù)及時上傳到BIM 平臺，以便各負責人對項目情況及時掌握，若發(fā)現(xiàn)問題，各參與方可以及時作出處理，更有效的對一線施工人員進行指導，對施工方案進行更深入、細致的調整。地下綜合管廊屬于地下作業(yè)，容易發(fā)生土層不均勻下沉，會改變地下綜合管廊的高程和坡度，且管線交接處可能發(fā)生錯位、滲漏、腐蝕等現(xiàn)象[4]。利用BIM 技術對現(xiàn)場情況進行實時監(jiān)控，可以及時應對各種突發(fā)情況，避免發(fā)生更嚴重的施工事故。

圖3 地下綜合管廊施工現(xiàn)場實時監(jiān)控平臺

4.5 施工質安管理

城市地下綜合管廊的施工，是多個單位相互合作的過程，不僅人員眾多，而且現(xiàn)場機械設備多，施工條件復雜，存在許多安全隱患。基于BIM 技術創(chuàng)建地下綜合管廊施工質安管理平臺，一方面通過模擬施工現(xiàn)場，合理分配人員、材料、機械等，提升空間利用率，避免浪費資源和發(fā)生安全問題。另一方面，利用RFID 技術，對地下綜合管廊各個施工節(jié)點進行實時監(jiān)控，實時上傳數(shù)據(jù)到BIM 模型中，將實際質量情況與模型質量情況相比，如果質量不達標，施工單位及時作出調整和改善[5]，更有效的控制地下綜合管廊的質量問題。對于現(xiàn)澆或是預制結構，在施工中都要進行質量控制。基于BIM 技術可將各構件的具體信息錄入模型中，現(xiàn)場施工人員可以根據(jù)模型中的信息與實際部件對比，及時改正，保證施工的質量。當實際施工過程中出現(xiàn)安全隱患時，現(xiàn)場施工人員及時將隱患信息上傳至BIM 質安管理平臺，負責人收到隱患信息及時作出預警，避免發(fā)生安全事故，保證施工的質量安全。

4.6 施工成本管理

利用BIM 軟件進行建模，并在建立模型時將所有管廊數(shù)據(jù)信息錄入，可以通過工程量搭配定額等數(shù)據(jù)計算成本信息。利用BIM 技術模擬施工比較不同方案的成本預算，選擇最合理的方案，在滿足要求的情況下盡量避免成本浪費。在地下綜合管廊施工中若出現(xiàn)設計變更時，將所有變更信息錄入BIM模型中，可以計算出工程量及造價的改變，使各單位可以直接掌握設計變更對工程造價的影響，及時作出合理的調整計劃。相比傳統(tǒng)的模式，利用BIM技術可以實現(xiàn)更精準的成本管理，減少成本的浪費，還可以對比預算成本與實際消耗成本，使各單位明確資金動向，便于投資方調整后期資金投入。基于BIM 技術對成本動向進行可視化管理，可以降低因設計變更造成的經(jīng)濟損失。

4.7 施工進度管理

城市地下綜合管廊全線長，呈線狀分布，主要集中敷設在公路下，為避免給居民的生活造成不便，對工期要求相對嚴格。基于BIM 技術施工管理人員可以將預計工程進度導入模型中，并在施工過程中將實際的工程進度導入模型中進行對比，各參與方也可以隨時查看進度信息，及時調整施工進度，提高施工的工作效率，保證如期完工。

5 結語

隨著我國城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)存的城市市政設施已經(jīng)不能滿足人們的日常生活需求，超負荷的市政設施也會給城市埋下巨大的安全隱患，因此城市地下綜合管廊得到了越來越廣泛的應用。但我國的城市地下綜合管廊還處于起步階段，我們還需要積極探索更好的技術手段，實現(xiàn)集約和可持續(xù)發(fā)展的市政設施。由于BIM 技術的特點，在城市地下綜合管廊建設中有著良好的應用前景。利用BIM 技術可以有效地解決城市地下綜合管廊施工中存在的問題，提高地下綜合管廊的施工質量，同時降低經(jīng)濟成本，優(yōu)化和提升環(huán)境效益，有助于城市地下綜合管廊的發(fā)展。