BIM可視化仿真技術(shù)在綜合管廊工程中的應(yīng)用★

吳永強 王楚濛 徐佩斌 馮志江 安 娟 明 亮 毛旭陽 方婉玉

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000； 2.張家口市政水務(wù)有限責(zé)任公司，河北 張家口 075000)

0 引言

1833年，城市綜合管廊誕生于巴黎，當(dāng)時的綜合管廊就已匯集了包括自來水管道、通訊電纜、排水管道和交通信號電纜等諸多管線[1]。進入20世紀，美國、俄羅斯、西班牙、日本等西方國家也開始修建城市綜合管廊，這些國家中以日本城市綜合管廊的規(guī)模最大、技術(shù)最完善。我國城市綜合管廊的建設(shè)始于1958年，在天安門廣場改造中鋪設(shè)了一條長度為1 km的綜合管廊。1994年上海浦東鋪設(shè)了一條11.125 km的綜合管廊，這條管廊包括電力管線、通訊電纜、燃氣管道和給水管道，并配有中央處理器和安全系統(tǒng)，被稱為“中華第一溝”[2]。

我國對城市綜合管廊建設(shè)的支持力度比較大，國務(wù)院辦公廳在2014年和2015年分別下達了《關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》和《關(guān)于推進城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》。基于政府的政策支持和資金不斷投入，國內(nèi)綜合管廊的建設(shè)呈現(xiàn)出高標準、高投入、實用性、規(guī)范化、制度化、精細化和多元化的發(fā)展趨勢[3,4]。

BIM技術(shù)的精細化建?？梢院芎玫脧浹a工程項目在微觀信息方面的缺失，例如城市綜合管廊的地質(zhì)條件、管道現(xiàn)狀和周邊環(huán)境等從宏觀到微觀的信息。應(yīng)用BIM技術(shù)可建立一個包括周邊環(huán)境、地下管道現(xiàn)狀及建筑物信息的三維數(shù)字化模型，使之成為一個關(guān)于綜合管廊的大數(shù)據(jù)平臺。以此平臺為基礎(chǔ)指導(dǎo)綜合管廊的協(xié)同設(shè)計、施工組織、施工工藝和運營管理可有效提高綜合管廊的建設(shè)水平和管廊水平[5,6]。

1 城市綜合管廊政策

國家政策層面推進綜合管廊建設(shè)情況見表1。

2 BIM可視化仿真技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢

2.1 可視化查詢

BIM與GIS集成可將建筑物屬性，如房間名稱、房間面積和房間用途等數(shù)據(jù)和數(shù)字地圖相互關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)建筑物屬性與數(shù)字地圖的三維可視化查詢，通過數(shù)字地圖即可直接查詢建筑物屬性等信息[8]。該集成方案對不同的空間位置進行色塊填充處理，通過觀察色塊的不同顏色即可直觀地觀察到不同空間的詳細信息，完成對空間的可視化管理。管理人員應(yīng)用該集成方案可較快地查看任意目標，識別三維場景中的建筑物，了解該建筑物的名稱、分類和功能等信息，減少數(shù)據(jù)篩選時間，提高工作效率。與翻閱紙質(zhì)信息相比，BIM與GIS的集成方案可為管理人員提供諸多便利，當(dāng)某一房間出現(xiàn)問題時也可及時了解該房間的相關(guān)信息，有利于盡快確認災(zāi)情，及早做出反應(yīng)。

表1 國家政策層面推進綜合管廊建設(shè)情況

2.2 可視化項目過程

傳統(tǒng)CAD圖紙所包含的構(gòu)件和施工信息極其有限，即使經(jīng)驗豐富的施工人員也無法在短時間內(nèi)通過圖紙真正地了解和認識建筑物的結(jié)構(gòu)形式。這不但影響工程的進度，也會影響工程的施工質(zhì)量，從而導(dǎo)致工程項目的經(jīng)濟和社會效益大打折扣。而BIM可視化仿真技術(shù)可實現(xiàn)建筑工程生命全周期的可視化，可保證建筑工程的設(shè)計、建造和運營均按可視化形態(tài)進行，既方便工程人員對工程的理解和熟悉，又能保證工程保質(zhì)保量地實現(xiàn)[9]。

2.3 可視化模擬

BIM可視化模擬技術(shù)不僅可根據(jù)不同設(shè)計方案模擬相應(yīng)的建筑物模型，還可模擬如熱傳導(dǎo)、節(jié)能模擬和光照模擬這類無法在真實世界中進行模擬的情況。BIM模型的這種特質(zhì)可以保證設(shè)計的科學(xué)性和合理性，同時也能控制施工成本[10]。圖1為可視化模擬。

2.4 可視化優(yōu)化設(shè)計

BIM技術(shù)的可視化優(yōu)化設(shè)計主要體現(xiàn)在以下兩點：

1)BIM模型作為一個建筑工程的大數(shù)據(jù)模型可通過匯總項目設(shè)計信息、投資回報信息等數(shù)據(jù)進行設(shè)計方案的投資優(yōu)化分析，當(dāng)建筑工程設(shè)計方案發(fā)生變化時可得出方案改造成本和方案改造回報，與投資回報信息同時進行分析，保證設(shè)計方案的經(jīng)濟性和合理性。

2)BIM模型可優(yōu)化屋頂、裙樓等施工難度大的異形設(shè)計，為工程施工進度和施工質(zhì)量提供技術(shù)支持，優(yōu)化施工工藝、節(jié)約施工成本。

3 BIM可視化仿真技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用實例

3.1 技術(shù)路線

3.1.1軟件選取

本項目選取以Revit平臺為建模軟件，Revit的優(yōu)勢主要在于建模的流暢性和簡易性，且Revit第三方插件較多，使用更為便捷。城市綜合管廊中一些特殊構(gòu)建可創(chuàng)建族，應(yīng)用族的功能可更加便捷地進行模型創(chuàng)建。圖2為城市綜合管廊支架。

3.1.2技術(shù)流程

本文以Revit平臺為基礎(chǔ)，首先通過建立綜合管廊中土建、機電工程、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的BIM模型，通過BIM模型可直接計算混凝土、機電管線和復(fù)雜節(jié)點鋼筋的工程量。之后將模型導(dǎo)出，通過Navisworks軟件進行施工模擬和防碰撞檢測。圖3為技術(shù)流程圖。

3.2 技術(shù)應(yīng)用

3.2.1可視化優(yōu)化設(shè)計

利用Revit的機電模板，在綜合管廊的管線布置完成之后。機電模板連接之前完成的工藝管線三維圖，繼續(xù)繪制管線閥門部分。在機電模板界面有給排水管線的工具條可供選擇。繪制完成三維的閥門附件，設(shè)備和管道附件等。管線的布置可適當(dāng)調(diào)整，優(yōu)化工程設(shè)計，減少在施工階段可能存在的錯誤和返工，而且能優(yōu)化管線排布方案。由這簡單的事例，BIM可視化技術(shù)在各個專業(yè)之間的融合協(xié)調(diào)方面的優(yōu)勢凸顯。圖4為管線模型優(yōu)化。

3.2.2工程量統(tǒng)計

現(xiàn)階段國內(nèi)工程量統(tǒng)計技術(shù)十分成熟，以廣聯(lián)達、斯維爾、PKPM、魯班為主的計量軟件使工程技術(shù)人員告別了手工算量時代。而隨著BIM技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，這些傳統(tǒng)計量軟件也顯露出許多不足之處，例如計量軟件往往需要對圖紙進行二次建模，不但容易出錯，而且在發(fā)生設(shè)計變更時無法同步更新。BIM模型的信息傳遞是同步的，因此BIM模型可以準確計算項目工程量，為業(yè)主提供更準確的服務(wù)。表2為管線工程量統(tǒng)計。

表2 管線工程量統(tǒng)計

序號名稱數(shù)量備注1變壓器/臺1容量400 kVA2配電箱/組15KYM3電纜/m900130 mm24路基箱/塊26 000 mm×1 500 mm×20 mm5給水管道/m1 200DN100,DN75,DN326排水管道/m285DN100,DN150,DN200,DN500 PVC管

3.2.3數(shù)字化管理

BIM模型可對構(gòu)件進行編碼，編碼的使用不僅可以使構(gòu)件的加工進行的準確無誤，還可指導(dǎo)現(xiàn)場施工。此外，BIM模型作為一個多維數(shù)據(jù)庫詳細記錄了所有設(shè)備和構(gòu)建的一切信息，可以更加便捷地進行管理。

4 結(jié)語

4.1 經(jīng)濟效益

BIM可視化仿真技術(shù)應(yīng)用于綜合管廊工程，通過管線綜合、深化設(shè)計、方案模擬等應(yīng)用，減少了設(shè)計紕漏及施工返工。綜合管廊計算及工程量提取，可節(jié)約造價。同時將BIM技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計、施工階段，并為運維階段進行可視化查詢提供準確數(shù)據(jù)支持，最大程度節(jié)約成本。

4.2 環(huán)境效益

城市綜合管廊的建設(shè)將各種管線集中到同一地下空間進行集約化布置，不僅有利于節(jié)約土地資源，還有利于管線的分期建設(shè)和后期的檢修維護。同時杜絕了城市道路反復(fù)開挖現(xiàn)象，減少城市道路揚塵及給水，有利于節(jié)約資源和保護環(huán)境。