BIM技術(shù)在城市綜合管廊施工階段的應(yīng)用

李 明 星， 張 鐸， 何 智 磊

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

目前，發(fā)達(dá)國(guó)家均建有一定規(guī)模的綜合管廊。我國(guó)雖然早就接觸了類似建筑，但其建設(shè)起步較晚。地下綜合管廊建設(shè)目前在我國(guó)仍處于研究試驗(yàn)與建設(shè)階段，正推行試點(diǎn)城市建設(shè)。

筆者基于城市綜合管廊施工具有的結(jié)構(gòu)斷面復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)多、預(yù)埋構(gòu)件多、涉及專業(yè)較廣、施工周期長(zhǎng)等特點(diǎn)與難點(diǎn)，通過(guò)BIM 三維建模、施工模擬、施工管理、深化設(shè)計(jì)、管線綜合碰撞等技術(shù)與城市綜合管廊施工階段相融合，對(duì)綜合管廊交叉節(jié)點(diǎn)、控制中心結(jié)構(gòu)、管道等進(jìn)行建模，提前模擬設(shè)計(jì)效果，分析并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到避免返工，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)、工期效益的目的。

2 BIM技術(shù)及綜合管廊建設(shè)特點(diǎn)

BIM( Building Information Modeling建筑信息模型)技術(shù)是繼CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))技術(shù)之后的建設(shè)領(lǐng)域又一重要計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。它是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的信息真實(shí)性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和優(yōu)化性五大特點(diǎn)，為建筑物從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過(guò)程；在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過(guò)在BIM中插入、提取、更新和修改信息支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)[1]。

目前城市中的管線大多直接埋于地下，各專業(yè)分開(kāi)布置、自成系統(tǒng)，無(wú)法適應(yīng)城市高密度化的發(fā)展趨勢(shì)，而綜合管廊是一個(gè)在城市重要地段和管線密集區(qū)域規(guī)劃建設(shè)的地下隧道空間，給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等各類公用管線集約化地敷設(shè)于該空間中，通過(guò)在其沿線設(shè)置投料口、通風(fēng)口、檢修口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等用以保證管線的運(yùn)行與管理，實(shí)現(xiàn)市政公用管線“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”的新格局(圖1)。

圖1 綜合管廊的結(jié)構(gòu)功能圖

當(dāng)前綜合管廊建設(shè)的特點(diǎn)為：

(1)指導(dǎo)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)匱乏：無(wú)行業(yè)中權(quán)威統(tǒng)一的施工、驗(yàn)收方面的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，大多只是參照相近專業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

(2)結(jié)構(gòu)斷面復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)多：綜合管廊布設(shè)有通風(fēng)口、投料口、出線井、交叉口、集水坑、檢修孔及人孔井等節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，施工操作及質(zhì)量控制難度大；

(3)管線高度集中：涉及強(qiáng)電、弱電、通訊、給水、再生水、燃?xì)獾葘I(yè)，易產(chǎn)生相互干擾問(wèn)題；

(4)綜合管廊智能化系統(tǒng)管理技術(shù)涵蓋監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器儀表、電話系統(tǒng)、安保系統(tǒng)及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其集中控制由控制中心實(shí)現(xiàn)綜合管廊全面智能化運(yùn)行。

3 綜合管廊施工階段之BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用是繼CAD應(yīng)用使工程師甩掉圖板后的又一次建筑業(yè)技術(shù)革命，將助力建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展并支撐城市綜合管廊建設(shè)全壽命周期。而綜合管廊施工階段作為承上啟下的階段，充當(dāng)著將設(shè)計(jì)意圖付諸實(shí)施、轉(zhuǎn)化為建筑成品的重要作用。BIM技術(shù)對(duì)于綜合管廊施工階段的主要應(yīng)用點(diǎn)為：通過(guò)BIM技術(shù)，對(duì)管廊工程項(xiàng)目進(jìn)行虛擬建造，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行預(yù)演，利用三維程序仿真技術(shù)、5D施工模擬進(jìn)行管線碰撞及施工管理，提前發(fā)現(xiàn)和解決施工中可能出現(xiàn)的沖突和質(zhì)量安全隱患，優(yōu)化施工過(guò)程，減少建設(shè)成本。

3.1 項(xiàng)目虛擬建造

管廊模型的建立主要以Revit為建模工具。根據(jù)業(yè)主或設(shè)計(jì)人員提供的設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合建模規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，將綜合管廊按照結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通等專業(yè)劃分，采用Revit軟件將設(shè)計(jì)圖紙信息錄入至建筑信息模型中進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，搭建綜合管廊結(jié)構(gòu)、機(jī)電等BIM模型。通過(guò)搭建的BIM模型，可以使項(xiàng)目建設(shè)人員在項(xiàng)目建設(shè)之初即可直觀感受到項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中和建設(shè)完成后的成品，有助于項(xiàng)目各方面理解設(shè)計(jì)意圖，提高施工效率，促進(jìn)綜合管廊建設(shè)順利進(jìn)行(圖2)。

3.2 基于BIM的設(shè)計(jì)圖紙管線綜合碰撞檢測(cè)

將傳統(tǒng)的CAD二維施工圖紙實(shí)現(xiàn)三維的建筑，必然要將原本完整的圖紙割裂成平、立、剖等多個(gè)不同側(cè)面，引入大量重復(fù)的信息而造成其效率低下，加上綜合管廊自身的特點(diǎn)，譬如在道路交叉口、多層交叉地道管廊結(jié)合體等復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案比選和管道碰撞檢查也變得復(fù)雜抽象，出現(xiàn)圖紙之間的錯(cuò)漏碰撞很難避免。

本項(xiàng)目利用Revit軟件建立的綜合管廊三維模型，導(dǎo)入了Navisworks軟件，可瀏覽與檢查三維模型。Navisworks軟件既能保持材質(zhì)的一致性，又能任意漫游和檢查模型。根據(jù)各專業(yè)的三維模型，通過(guò)Navisworks軟件碰撞檢測(cè)功能，將結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通等各專業(yè)的數(shù)據(jù)匯聚到一起，同時(shí)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，生成碰撞分析報(bào)告。根據(jù)碰撞分析報(bào)告，及時(shí)與業(yè)主、設(shè)計(jì)方溝通，制定合理的管線布局方案并修改與調(diào)整模型，進(jìn)而滿足設(shè)計(jì)與施工規(guī)范、體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖、符合業(yè)主要求、維護(hù)檢修空間的要求，使得最終模型顯示為零碰撞，減少施工現(xiàn)場(chǎng)的碰撞和返工，降低施工成本(圖3)。

圖2 綜合管廊項(xiàng)目BIM模型創(chuàng)建圖

圖3 管線碰撞檢測(cè)圖

3.3 BIM技術(shù)可視化交底

建筑施工傳統(tǒng)的交底方式為二維圖紙+書(shū)面文字交底，雖然其能夠介紹常見(jiàn)的施工工藝，但是，綜合管廊屬于新興工程項(xiàng)目，且綜合管廊結(jié)構(gòu)斷面復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)多，同時(shí)，由于每個(gè)人自身的技術(shù)水平 、對(duì)二維圖紙的理解能力以及空間想象能力有一定的局限性，從而造成施工技術(shù)人員對(duì)圖紙的理解不充分，進(jìn)而給綜合管廊施工造成障礙。

在綜合管廊施工過(guò)程中，技術(shù)人員通過(guò)BIM Revit及Navisworks軟件打開(kāi)綜合管廊三維模型，在模型中對(duì)通風(fēng)口、投料口、出線井、交叉口、集水坑、檢修孔及人孔井等復(fù)雜節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記，再輔以具體的施工工藝，必要時(shí)利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。交底的過(guò)程采用三維可視化展示的方式，將施工方案交底到每一個(gè)施工作業(yè)人員，能夠確保施工質(zhì)量(圖4)。

3.4 精度算量，合理控制成本

隨著建筑信息化的普及，工程量的計(jì)算早已徹底告別了以前手工算量的時(shí)代，為工程計(jì)價(jià)人員帶來(lái)了工作上的便利。通過(guò)算量軟件運(yùn)用BIM技術(shù)建立的施工階段的模型，能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目成本的精細(xì)分析，準(zhǔn)確計(jì)算出每個(gè)工序、每個(gè)工區(qū)、每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)段的工程量，隨時(shí)為采購(gòu)計(jì)劃的制定提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，結(jié)合施工進(jìn)度，為限額領(lǐng)料提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，精確控制現(xiàn)場(chǎng)材料的采購(gòu)與施工，合理控制項(xiàng)目材料的采購(gòu)成本(圖5)。

3.5 施工仿真模擬

運(yùn)用建筑信息模型(BIM)技術(shù)、利用所建立的綜合管廊模型進(jìn)行虛擬施工和施工過(guò)程控制與成本控制。通過(guò)BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3D+2D(三維+時(shí)間+費(fèi)用)條件下的施工模型，保持了模型的一致性及模型的可持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)了虛擬施工過(guò)程各階段和各方面的有效集成；同時(shí)，亦可以隨時(shí)隨地直觀快速地將施工計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行有效協(xié)同，施工方、監(jiān)理方，甚至非工程行業(yè)出身的業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)都能夠?qū)こ添?xiàng)目的各種問(wèn)題和情況了如指掌。

BIM技術(shù)的5D施工模擬對(duì)于建設(shè)規(guī)模及一次性投資均較大的綜合管廊建設(shè)起到了非常大的作用。管廊通常采取分段施工的方式，如何協(xié)調(diào)施工過(guò)程中各施工班組、各施工工序、每項(xiàng)資源配置的相互關(guān)系關(guān)系到施工的順利進(jìn)行。運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行 5D模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，使整個(gè)施工過(guò)程都能夠進(jìn)行可視化操作，對(duì)于管廊的主要施工過(guò)程，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)，盡可能地縮短了施工的周期，使施工資源的配置更加合理，施工成本更加低，避免了施工過(guò)程中資源的浪費(fèi)和場(chǎng)地的不合理利用，能夠最大化地獲得經(jīng)濟(jì)和工程效益(圖6)。

4 結(jié) 語(yǔ)

相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明：目前我國(guó)城市地下管廊長(zhǎng)度已突破1 000 km，2018年新開(kāi)工建設(shè)的規(guī)模大約是現(xiàn)有規(guī)模的2倍，我國(guó)綜合管廊建設(shè)正在加速推進(jìn)。隨著綜合管廊建設(shè)的加速，BIM技術(shù)將為綜合管廊項(xiàng)目精細(xì)化管理提供強(qiáng)大的技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐，突破以往傳統(tǒng)項(xiàng)目管理技術(shù)手段的瓶頸，帶來(lái)項(xiàng)目管理、建筑企業(yè)甚至是行業(yè)管理的革命。