珠海城市綜合管廊建設(shè)實(shí)踐思考及BIM應(yīng)用

■ 謝 非 謝杰英 何 健

珠海城市綜合管廊建設(shè)實(shí)踐思考及BIM應(yīng)用

■ 謝 非 謝杰英 何 健

城市綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設(shè)電力、通信、給水、排水、熱力、燃?xì)?、污水等市政管線公共隧道，并留有檢修通道的結(jié)構(gòu)。綜合管廊解決了城市發(fā)展過(guò)程中各類管線的維修、擴(kuò)容造成的“拉鏈路”和空中“蜘蛛網(wǎng)”的問(wèn)題，對(duì)提升城市總體形象，創(chuàng)造城市和諧生態(tài)環(huán)境起到了積極推動(dòng)作用。中冶管廊技術(shù)研究院提供綜合管廊建設(shè)咨詢、規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、投融資、運(yùn)營(yíng)管理一站式服務(wù)。

珠海橫琴新區(qū)綜合管廊是新近建成的國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的現(xiàn)代化城市綜合管廊，具有規(guī)劃超前，綜合優(yōu)點(diǎn)突出的鮮明特點(diǎn)。按照國(guó)務(wù)院批復(fù)《橫琴總體發(fā)展規(guī)劃》要求，將橫琴建設(shè)成為“一國(guó)兩制”下探索“粵港澳”合作新模式的示范區(qū)。珠海橫琴規(guī)劃目標(biāo)定位：要將橫琴建設(shè)成連通港澳、區(qū)域共建的“開(kāi)放島”，經(jīng)濟(jì)繁榮、宜居宜業(yè)的“活力島”，知識(shí)密集、信息發(fā)達(dá)的“智能島”，資源節(jié)約、環(huán)境友好的“生態(tài)島”（見(jiàn)圖 1）。在這種背景之下，一種高起點(diǎn)、高規(guī)格、能集中容納多種管線共溝布設(shè)，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展功能的城市綜合管廊規(guī)劃設(shè)計(jì)方案逐步成型，經(jīng)充分討論最終得以全面實(shí)施。

圖1 橫琴島規(guī)劃目標(biāo)遠(yuǎn)景圖

新建城市地下綜合管廊全長(zhǎng) 33.4km，工程建設(shè)投資約22億元，是目前國(guó)內(nèi)一次性投入最大、建設(shè)長(zhǎng)度最長(zhǎng)、輻射面最廣、納入管線種類最多、施工最復(fù)雜的綜合管廊工程。管廊于 2010 年 10 月開(kāi)工建設(shè)，至 2014 年 10 月內(nèi)部電力、給水、通信等電纜、管線納入完畢并投入運(yùn)營(yíng)，已逐步實(shí)現(xiàn)106 平方公里橫琴新區(qū)城市能源供輔的主動(dòng)脈功能（見(jiàn)圖 2）。

圖2 珠海橫琴新區(qū)綜合管廊

區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)特色

綜合管廊主干線采用雙倉(cāng)、三倉(cāng)兩種規(guī)格，沿環(huán)島北路、中心北路、中心南路、環(huán)島東路、環(huán)島西路布置，形成三橫兩縱“日”字形管廊網(wǎng)域，如圖 3 所示；支干線總長(zhǎng)度約 4.6km，采用單倉(cāng)、雙倉(cāng)設(shè)置，沿十字門(mén)商務(wù)區(qū)、口岸服務(wù)區(qū)的濱海東路布置。主干線管廊規(guī)劃先期納入電力、給水、通信3種管線，超前規(guī)劃預(yù)留供冷、供熱、中水、垃圾真空管4種管位，能滿足橫琴未來(lái) 100 年發(fā)展使用需求。綜合管廊內(nèi)設(shè)置通風(fēng)、排水、消防、監(jiān)控等系統(tǒng)，由控制中心集中控制，實(shí)現(xiàn)全智能化運(yùn)行，如圖4所示。

從成本測(cè)算、短期運(yùn)營(yíng)實(shí)踐及后期運(yùn)營(yíng)預(yù)測(cè)來(lái)看，管廊綜合優(yōu)勢(shì)十分明顯 ：（1）各類管線納入管廊，分倉(cāng)布置，由常規(guī)的分散布設(shè)改為集中布設(shè)，最大限度節(jié)約城市用地空間，僅將沿路 220kV 架空電纜納入綜合管廊，就為橫琴節(jié)約近40 公頃用地，拓展城市空間約 200 萬(wàn)立方。（2）綜合管廊內(nèi)各類管線安裝、檢修、擴(kuò)容、監(jiān)控管理變得極為方便，避免了道路的重復(fù)開(kāi)挖，降低成本，提升民生質(zhì)量。（3）入廊管線徹底避免了地下高鹽分水體侵蝕，且在管廊內(nèi)相對(duì)恒定的溫度、濕度條件下，預(yù)測(cè)會(huì)將管線延長(zhǎng) 2～3 個(gè)生命周期。（4）納入綜合管廊的各類管線得到了很好的保護(hù)，基本不受周邊地塊開(kāi)發(fā)建設(shè)的影響，杜絕人為破壞因素，減少管線搶修工作，同時(shí)綜合管廊占地上方能很好地進(jìn)行綠化景觀造型，減少埋地管線標(biāo)識(shí)，提升市容質(zhì)量。

圖3 珠海橫琴綜合管廊規(guī)劃

圖4 綜合管廊智能化運(yùn)行控制系統(tǒng)

建設(shè)實(shí)踐與創(chuàng)新

珠海橫琴原始場(chǎng)地遍布自然河渠、魚(yú)塘、香蕉地（見(jiàn)圖5），大部分是深達(dá) 30m 的高含水率流塑淤泥，塑性指數(shù)高，滲透性差，強(qiáng)度極低，部分地區(qū)下臥花崗巖層，巖面淺，起伏變化大，局部地區(qū)分布較厚亂石層，地質(zhì)差，建設(shè)條件復(fù)雜。地下綜合管廊建設(shè)難點(diǎn)在于：基坑開(kāi)挖深度5～17m支護(hù)、開(kāi)挖難度較大；超長(zhǎng)地下混凝土結(jié)構(gòu)防滲漏要求嚴(yán)，總體質(zhì)量要求高；管廊內(nèi)部半密閉受限空間，大直徑管道運(yùn)輸、安裝比較困難；工程總體量大，有效工期短。

（一）軟土地基處理

采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法作為主要軟基處理方法，如圖6所示。

通過(guò)不同處理深度的現(xiàn)場(chǎng)真空預(yù)壓試驗(yàn)、設(shè)計(jì)計(jì)算反分析以及工程實(shí)踐，確定了欠固結(jié)淤泥真空預(yù)壓的合理處理深度，總結(jié)出欠固結(jié)淤泥計(jì)算參數(shù)的選擇方法和珠海橫琴淤泥的經(jīng)驗(yàn)值，形成了合理、有效的欠固結(jié)淤泥路基地基處理方法。

同時(shí)，研發(fā)了深厚高壓縮性軟土夾拋石層地基沉樁引孔施工機(jī)械裝置，確保順利、有效地實(shí)現(xiàn)含塊石層淤泥區(qū)域沉樁施工。

（二）深基坑施工

珠海綜合管廊位于擬建道路一側(cè) 20m 寬管廊帶內(nèi)，深基坑采用先隨道路同步進(jìn)行軟基處理，后支護(hù)明挖方式。施工過(guò)程中根據(jù)不同的地質(zhì)條件，因地制宜分布采用灌注樁、鋼板樁、護(hù)壁錨桿等不同支護(hù)方法；針對(duì)難度地區(qū)，展開(kāi)系列課題技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過(guò)應(yīng)用堆載沙井后注漿加固技術(shù)、水泥攪拌樁空間優(yōu)化加固技術(shù)，階梯式組合支護(hù)開(kāi)挖技術(shù)、穿巖基坑吊腳樁支護(hù)靜力破碎開(kāi)挖技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù)，深基坑在開(kāi)挖過(guò)程未出現(xiàn)安全質(zhì)量事故，非常好地保護(hù)了原有重要煤氣管線及國(guó)防光纜的正常運(yùn)行。

圖5 橫琴原始地形地貌

圖6 采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓進(jìn)行軟基處理

（三）管廊結(jié)構(gòu)施工

綜合管廊本體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量把控關(guān)鍵點(diǎn)在于：確保樁基基礎(chǔ)質(zhì)量，最大限度提高管廊混凝土結(jié)構(gòu)的自防水性能。施工過(guò)程中通過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量管控及應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)，效果明顯，基本做到不滲不漏 ：（1）運(yùn)用 BIM 技術(shù)對(duì)工程樁樁端持力層進(jìn)行可視化交底，制定管控措施，確保樁基穩(wěn)定，杜絕差異沉降。（2）優(yōu)化混凝土配合比，改進(jìn)養(yǎng)護(hù)方法減少混凝土收縮裂縫。（3）采用分段跳倉(cāng)施工技術(shù)，先期減少變形縫縱向拉力。（4）利用自主創(chuàng)新專利技術(shù)改進(jìn)變形縫節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，提高變形縫側(cè)向抗力，延長(zhǎng)橡膠止水帶使用壽命。

（四）創(chuàng)新管線安裝

綜合管廊內(nèi)一般按 200m 設(shè)置防火分區(qū)單元，每個(gè)防火分區(qū)頂部設(shè)置進(jìn)、排風(fēng)口，每 2個(gè)分區(qū)設(shè)置吊裝孔，每 4～5個(gè)分區(qū)設(shè)置檢修口或人行出入通道。綜合管廊內(nèi)管線安裝基本在一個(gè)超長(zhǎng)的半密閉受限空間內(nèi)進(jìn)行，總體安裝順序是先照明（正式電源或臨時(shí)電源）、排水、通風(fēng)，然后開(kāi)始管線安裝，管線安裝順序原則是按直徑先大后小，按材質(zhì)先硬后軟，按部位先底部后上部。管廊內(nèi)直徑 800～1400m 給水管道入廊、運(yùn)輸安裝難度最大。項(xiàng)目組采用“開(kāi)、閉結(jié)合”的吊裝入廊、運(yùn)輸方式：對(duì)少量安裝位置遠(yuǎn)離吊裝孔且體量較大的管道或成套設(shè)備，采用先吊裝就位后澆筑管廊頂板的“開(kāi)口”方式；其它管道、管線采用從吊裝孔分批入廊，長(zhǎng)距離縱向運(yùn)輸?shù)摹伴]口”方式。對(duì)給水鋼管、打捆后的PVC管，利用自主研發(fā)的頂升、平移運(yùn)輸裝置，實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)受限空間內(nèi)管道的高效運(yùn)輸及安裝。

（五）BIM技術(shù)綜合運(yùn)用

以綜合管廊及地上、地下 BIM 大數(shù)據(jù)為核心，BIM 模型作為信息的載體，滿足不同階段的應(yīng)用與管理需要。將BIM 技術(shù)全面應(yīng)用于綜合管廊的設(shè)計(jì)、施工全程，通過(guò)方案模擬、深化設(shè)計(jì)、管線綜合、資源配置、進(jìn)度優(yōu)化等應(yīng)用，避免了的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤及施工返工。

圖7 BIM 技術(shù)綜合應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段 ：（1）利用 BIM 技術(shù)對(duì)管廊節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)、裝飾等進(jìn)行建模，仿真分析，提前模擬設(shè)計(jì)效果，對(duì)比分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。（2）設(shè)計(jì)檢查，多專業(yè)模型在平臺(tái)中進(jìn)行合模與綜合碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)與設(shè)計(jì)單位溝通修正，減少施工過(guò)程中的變更。（3）將模型導(dǎo)入到Navisworks軟件，采用第三人行走模式，進(jìn)行凈空檢查。通過(guò) BIM 檢查深化設(shè)計(jì)，可將大部分問(wèn)題解決在施工之前。

施工階段 ：（1）結(jié)合勘查資料、設(shè)計(jì)圖紙利用 BIM 技術(shù)建模，厘清樁端持力層、巖面等關(guān)鍵隱蔽節(jié)點(diǎn)，提前制定施工管控措施。（2）利用建筑、結(jié)構(gòu)、管線的綜合 3D 模型及 Navisworks軟件虛擬漫游，進(jìn)行可視化交底，并在管線安裝過(guò)程中實(shí)時(shí)對(duì)安裝工況及效果進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)糾偏。（3）利用 BIM 參數(shù)化、可視化模型等特點(diǎn)，集中物資、價(jià)格、形象進(jìn)度等信息，方便施工資源調(diào)配及進(jìn)度優(yōu)化控制。

運(yùn)維階段：監(jiān)控與報(bào)警，與運(yùn)維管理系統(tǒng)連接，當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到預(yù)設(shè)警戒閾值或監(jiān)控設(shè)備發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，可以自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警通知，便于管理單位統(tǒng)一協(xié)調(diào)與應(yīng)急指揮。

圖8 BIM 技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工

問(wèn)題與思考

（一）規(guī)劃先行、區(qū)域統(tǒng)籌考慮

提前編制各城市針對(duì)性地綜合管廊專項(xiàng)規(guī)劃，因地制宜的分區(qū)域、分系統(tǒng)確定入溝管線時(shí)序，需明確綜合管廊的走向、現(xiàn)有系統(tǒng)管網(wǎng)接口和用地規(guī)劃。

綜合管廊專項(xiàng)規(guī)劃應(yīng)與其他管線規(guī)劃、城市地下空間規(guī)劃等相互協(xié)調(diào)、綜合考慮，建議盡可能形成系統(tǒng)、區(qū)域性管廊網(wǎng)，更好地發(fā)揮綜合管廊區(qū)域綜合優(yōu)勢(shì)。

（二）規(guī)避復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件風(fēng)險(xiǎn)

綜合管廊建設(shè)是百年基業(yè)，深埋地下，受地質(zhì)、環(huán)境條件情況影響很大。沿海地區(qū)或老城區(qū)綜合管廊建設(shè)經(jīng)常會(huì)碰到復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件，如何對(duì)深厚軟土地基進(jìn)行有效處理、確保管廊深基坑建設(shè)期安全和后續(xù)地塊開(kāi)發(fā)運(yùn)維安全、以及如何規(guī)避、預(yù)防綜合管廊不均勻沉降或滲漏的情況，是巖土工程界需要共同面對(duì)的一大難題。

建議設(shè)計(jì)、規(guī)劃盡可能優(yōu)化綜合管線的線路，復(fù)雜地段地下地下空間統(tǒng)籌規(guī)劃、設(shè)計(jì)，同時(shí)，加強(qiáng)第三方信息化全過(guò)程監(jiān)控。

（三）融資建造及運(yùn)營(yíng)管理

建議 ：（1）針對(duì)綜合管廊盡快建立相關(guān)法規(guī)，明確管線強(qiáng)制入廊標(biāo)準(zhǔn)，解決規(guī)劃設(shè)計(jì)、投資建設(shè)、營(yíng)運(yùn)管理及費(fèi)用分擔(dān)等關(guān)鍵問(wèn)題，以吸引更多的資金更多的機(jī)構(gòu)投入到綜合管廊的建設(shè)及運(yùn)維管中。（2）加速城市管線產(chǎn)權(quán)或主管部門(mén)現(xiàn)有建設(shè)、營(yíng)運(yùn)體制或機(jī)制改革，與綜合管廊集中建設(shè)集中維護(hù)相接軌。（3）加快推進(jìn)對(duì)管線埋地、管線入廊全壽命成本的比較研究，制定綜合管廊技術(shù)規(guī)范，按地域區(qū)分，建立成本定額數(shù)據(jù)庫(kù)，為綜合管廊建設(shè)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本分擔(dān)提供指導(dǎo)。（4）充分利用新的技術(shù)手段，如 BIM、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)，完善運(yùn)維模式，提高運(yùn)維效率，形成實(shí)時(shí)監(jiān)控、開(kāi)放的市政管網(wǎng)平臺(tái)。

（作者單位：中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司）