BIM 在綜合管廊中的應用與研究

歐陽雯莉，趙萬華，黃 未，蔣傲梅，羅林子，李唯誠，徐呈灝

（武漢輕工大學土木工程與建筑學院，湖北武漢 430023）

近年來，城市地下綜合管廊的發展受到國家大力推進。管廊工程具有施工難度大，投入成本大，安全性要求高的特點，而且還屬于地下工程，所以需要在管廊的實際施工過程中采取一系列先進的科技手段保證工程建設目標的實現。而BIM 技術的快速發展為地下管廊建設施工帶來諸多便利。

1 BIM 在綜合管廊中的研究現狀

蔡夢娜在對南京市江寧區的地下綜合管廊工程的研究中，論證了BIM 技術對于避免資源浪費、縮短項目工期、降低施工成本等方面有較好的作用。

蔣雅麗論證了BIM4D 技術在進度檢測，進度動態分析和進度管理中的作用。

栗鵬在研究BIM 技術并借助BIM 系列軟件用于地下綜合管廊的全生命周期的管理中，從設計階段、施工階段到運維階段等三個階段對于BIM 技術在實際工程施工中的應用進行探索。

韓曉瀚對山東省某地下綜合管廊工程進行研究，論證在綜合管廊實際施工過程中BIM 技術對于工程資料信息、運維、資產、行政等方面的作用。

2 BIM 在綜合管廊施工中的應用優勢

2.1 管廊設計階段優勢

應用BIM 技術的可視化、協調性的設計優勢，可在施工之前檢測地下管線在工程鋪設中各個階段可能出現的碰撞，從而有效地進行設計，這樣就能夠在施工過程中有效避免返工的問題，進一步減少施工的變更，通過模擬施工的方式能夠及時校正和解決施工協同設計中可能存在的問題。

2.2 管廊施工階段優勢

通過BIM 技術的應用，可以按照數據有效地對綜合管廊項目進行模型創建，從三維視角更直觀地了解項目施工現場；還可以為其施工過程提供設計依據，得到更全面、準確、直觀的施工現場信息，從而大幅提高效率。

2.3 管廊運維階段優勢

在綜合管廊工程竣工進入運維后，BIM 運維技術結合一系列新技術搭建一套智慧一體化的運維與管理平臺。同時利用先進的BIM 運維技術與這些新技術協同作用，隨時監測整個綜合管廊工程系統的實時情況和數據，能最早發現問題，也能更加精準地定位每一個問題所在，并及時解決。

3 BIM 在綜合管廊施工中的具體應用

3.1 場地布置

綜合管廊工程施工現場具有工作面線路長，跨度大，斷面狹窄，內部結構煩瑣，沿路設施復雜等特點，通過BIM 技術可以對人員進出與機械運行道路進行分流布置，使現場狹小的工作面得到充分利用，避免造成場地及道路的浪費，同時避免工期延誤，成本增加。

施工現場狹窄，預制構件堆放及吊裝不合理。施工構件受到現場施工條件影響，故國際上多采用預制構件進行施工。采用BIM 系列軟件，可以進行現場施工模擬，選出材料最佳的堆放位置和吊裝方案。

3.2 校核圖紙

由于受到維度限制，傳統平面設計圖紙的精確度難以保證。一般而言，在施工過程中圖紙問題會被發現，然后通過反饋、變更、現場整改及返工等復雜的方式，這不僅會給項目帶來成本浪費和工期延誤，還會破壞項目施工過程的完整性和連貫性。此時項目潛在問題就可以運用BIM 技術來解決。在綜合管廊工程施工之前，對所有圖紙進行規范的檢查，找出圖紙中的錯誤或者遺漏之處，把問題先期解決，這就是“未建先見”。

3.3 模型建立

城市地下管線復雜多變，包含給排水、燃氣、通信、供電、暖通等管道。城市某些管道更是因為年代久遠，管線圖中未必會有很詳盡的記錄。故城市地下綜合管廊施工第一階段的重點應是解決管廊項目施工路段地下原有管線排布情況及其與道路兩旁其他主體建筑結構之間相對位置關系，通過BIM 技術，將項目原有和現有的管線施工信息導入模型，使得模型更加具體，避免原有管線被破壞，同時也可以為施工企業進行管線排遷、現場土方開挖及樁體施工提供技術依據，得到更直觀、全面、準確的項目信息，從而提高工程施工效率，節約施工成本。

3.4 施工方案選取

綜合管廊項目多位于城市核心區域，對于綜合管廊這種線狀型工程，隨著施工階段的進行，工程規模不斷擴大，復雜程度也會逐漸提高，因此在施工時必須要盡快完成，避免工期延誤，所以科學合理的方案十分重要。但在實際施工中很難根據設計圖紙將施工全過程信息完美地表達出來，使現場施工與原施工方案出現偏差。借助BIM 技術，根據施工方案使原本二維圖紙轉變為三維模型進行表達，可以直觀呈現出整個施工過程，避免各管線間的分歧和信息的錯漏，實現多種施工方案可行性與施工效率的相互對比，進而完成施工方案的優選，降低施工現場安全隱患，達到快速完成施工的目的。

3.5 施工模擬分析

傳統管廊的平面圖紙通常表現為項目的平、立、剖三部分，由于使用CAD 繪制的圖紙各自之間關聯性較差，需要人工完成圖間關聯，當圖紙數據發生變更時，其余信息也都會發生變動，其工作量大，容易出錯。再加上綜合管廊地下管線復雜多變且種類豐富，管線定位麻煩、排遷困難及土方開挖難度大，且涉及許多不同專業的設計人員，設計人員相互間難以保證充分有效的協調，這就成了圖紙設計中的難題，因此各類專業圖紙之間出現的錯漏碰撞情況難以避免。

3.6 施工管理

將地下綜合管廊施工和BIM 云技術結合，能夠建立更加完善、權威的管廊云管理平臺。借助云平臺，施工、管理及決策人員等都可以根據數據對管廊施工情況進行詳盡的了解，使各種數據的統一存儲、分析及判斷可在后期運行周期內實現，并提供決策支持給上級管理層。

4 案例實證

（1）香港中文大學深圳校區綜合管廊項目，運用BIM 技術中的Revit 軟件、工作集與鏈接模型，將項目進行劃分，在建筑信息模型中導入設計圖紙信息，并進行整合，將所有數據進行整合然后輸入管廊的三維模型中，實現施工設計模擬?；谑┕ぴO計模型，進行參數化實時渲染操作，可以提前觀察到模擬設計的效果。在初始設計方案進行仿真模擬中運用BIM 技術，通過多種手段進行動態方案討論、動態調整演示，從而優化設計方案。方案生成之后基于各專業施工設計模型，通過Navisworks 和Revit 軟件進行碰撞檢查實驗和凈空審查。根據檢測結果及凈空要求，進行管道優化。在運維階段，根據工程實體，為了準確表達項目構件實際的各種信息，需要進行修改施工模型，并且將修改之后的模型提供給運維單位進行下一步設計。在設備發生故障時，可以及時得到相應管線信息，設備廠家及規格信息，后進行相關附件設備的采購維修，極大地縮短運維周期。此項目率先運用BIM 技術對綜合管廊進行設計、施工和運維，使工程成本得到有效管控。節約工期在1 個月以上，節約造價超過50 萬元。

（2）杭州市地下綜合管廊的建設，對于傳統的建設管理模式來說，不能滿足安全建設需求。因此，需要找到能夠有效、安全地進行綜合管廊建設以及運維的方式。在綜合管廊設計中運用BIM技術可以真實地表現排布設計，還能立體顯示其效果，管廊的內部信息也能夠清晰地在設計中顯現。利用杭州數字規劃信息，運用BIM 的數據收集和處理的能力，可以了解監管施工段地上和地下現狀。BIM 系統不僅可以采集集成系統中的數據，對數據進行處理和傳輸，還可以整合項目建設中各個階段所產生的全部信息到統一的數據平臺中，通過模擬建筑物信息，進行數字仿真，并結合大數據平臺、云計算，在項目的各個階段提供科學合理設計支持，還為項目建設的整個周期提供了一個智慧化管理平臺。

5 結論與展望

5.1 結論

管廊工程作為一次性建成的大型地下工程，涉及專業多，結構復雜，施工難度大，建設成本高，后期運維起來較難。所以傳統的建設管理方式難以滿足需求，這時從綜合管廊工程設計、施工、運維三個階段探索BIM 技術的應用。BIM 技術不僅解決設計、施工階段面臨的問題，還可以為后期運維提供數據信息和技術支持。BIM 技術可以解決很多的管廊工程技術，利用BIM 技術進行綜合管廊施工優勢明顯。

5.2 展望

作為地下空間結構的新興工程，管廊工程高效且集中，極大提高城市地下空間結構發展的容錯率，有效緩解城市交通壓力，提高城市綜合發展力，能夠抓住當今城市發展的需求。BIM 技術是一種新型的可以進行道路綜合管線設計的模型，雖然在綜合管廊設計中提供了諸多方便，但是還需要其完善設計流程，并確保能夠符合專業設計規范，才能在后期實際施工時運用BIM 技術減少工作量并提供便利性。