BIM技術(shù)在綜合管廊工程中的應(yīng)用

楊 妹

上海南匯建工建設(shè)（集團(tuán)）有限公司 上海 201399

地下綜合管廊作為政府部門積極推進(jìn)建設(shè)的綠色發(fā)展方式，體現(xiàn)了國家新發(fā)展理念，為完善城市綜合運(yùn)行功能和提升城市承載能力，發(fā)揮了關(guān)鍵作用。我國在“十三五”期間，綜合管廊投資建設(shè)達(dá)數(shù)百億元，未來綜合管廊投資建設(shè)規(guī)模將達(dá)1.8萬億元。隨著綜合管廊建設(shè)規(guī)模越來越大，其承載的功能也越來越全，涵蓋了供排水、燃?xì)?、電力、供熱、網(wǎng)絡(luò)電視及通信等，涉及深基坑、管廊結(jié)構(gòu)、防水工程、機(jī)電安裝、“海綿城市”等施工內(nèi)容，施工工藝齊全、復(fù)雜[1-4]。

綜合管廊將來作為保障城市正常運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是一座城市的“生命線”。BIM技術(shù)作為一項(xiàng)新興的信息化施工技術(shù)，也在綜合管廊工程的應(yīng)用中顯得格外重要和突出。

本文著重介紹綜合管廊和BIM技術(shù)這2項(xiàng)政府部門正在極力推廣應(yīng)用的新技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，其中，BIM技術(shù)在提高綜合管廊工程施工管理水平，優(yōu)化施工方案，解決技術(shù)難點(diǎn)，控制工期和工程成本等方面取得了良好效果。同時(shí)，總結(jié)出了一套適用于綜合管廊施工的BIM應(yīng)用體系，也為今后類似項(xiàng)目提供技術(shù)借鑒，推進(jìn)綠色施工發(fā)展。

1 工程概況

1.1 建設(shè)概況

臨港水蕓路（B1—B7）新建暨綜合管廊實(shí)施工程位于上海南匯新城主城區(qū)，工程范圍西起B(yǎng)1路（海港大道），東至B7路（南港大道），紅線寬度29 m，全長約1.33 km，規(guī)劃等級(jí)為城市支路。海綿城市設(shè)計(jì)主要是結(jié)合道路工程、綠化工程和排水工程設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)低影響開發(fā)設(shè)施，對(duì)道路紅線范圍內(nèi)的雨水進(jìn)行控制。

1.2 綜合管廊概況

綜合管廊位于水蕓路機(jī)動(dòng)車道下方，長度約1.12 km，標(biāo)準(zhǔn)段管廊外包尺寸為5.8 m×4.2 m，凈高3.5 m，屬于支線型綜合管廊（圖1）。采用單層雙艙斷面，分為綜合艙和燃?xì)馀摗?/p>

其中綜合艙凈寬3.2 m，入艙管線為給水（DN300 mm）、預(yù)留直飲/再生水管、信息（27孔）、10 kV電力（20回）、自用通信及電力線位；燃?xì)馀撆搩魧?.6 m，入艙管線為DN200 mm燃?xì)夤埽ㄖ袎海９芾葍?nèi)采用預(yù)埋滑槽安裝技術(shù)的鍍鋅鋼支、吊架系統(tǒng)。道路段綜合管廊埋深5.7～6.5 m，過河段綜合管廊和地下通道連接處埋深約11 m。

圖1 綜合管廊平面圖示意

2 項(xiàng)目特點(diǎn)及難點(diǎn)

1）綜合管廊項(xiàng)目專業(yè)多，管道設(shè)備錯(cuò)綜復(fù)雜。如果采用以往的作業(yè)方式（二維藍(lán)圖交互、交底、審核），不僅工作量巨大，而且圖紙錯(cuò)誤非常多，導(dǎo)致施工前無法發(fā)現(xiàn)，若造成返工，將導(dǎo)致成本增加，并延誤工期，所以只有通過3D虛擬、4D模擬、碰撞檢查，才能提前快速發(fā)現(xiàn)問題，整體控制項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

2）本工程管廊艙內(nèi)有給水管、預(yù)留直飲/再生水管、信息管、電力管、燃?xì)夤?、自用通信及電力線位等需要施工，涉及專業(yè)安裝單位多，在空間較小的管廊艙內(nèi)交叉施工比較困難。

3）項(xiàng)目工期緊張，如何在較短的工期內(nèi)完成項(xiàng)目的施工并交付運(yùn)營，對(duì)項(xiàng)目參與的任何一方都具有極大的挑戰(zhàn)。有效控制工期的途徑是更少的變更、更少的重復(fù)工作、更高效的協(xié)調(diào)和更高的生產(chǎn)效率。通過BIM技術(shù)結(jié)合4D模擬，可以有效地縮短工期，降低資金壓力，控制財(cái)務(wù)成本支出。

4）工程涉及的分支專業(yè)（系統(tǒng)）多、實(shí)施參與方多，從而導(dǎo)致工程信息量大，給各專業(yè)之間的協(xié)同及溝通造成困難，因此我們利用BIM協(xié)同平臺(tái)來解決此類問題。項(xiàng)目參與各方在統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)、統(tǒng)一的BIM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、統(tǒng)一的流程框架下進(jìn)行作業(yè)，才能高效協(xié)同。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用情況

3.1 碰撞檢查

利用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的碰撞位置并及時(shí)解決，避免了后期施工過程的返工和維修問題，大大提高主體施工的效率及降低施工成本。

1）在施工之前，按照CAD圖紙運(yùn)用Revit軟件建立項(xiàng)目建筑模型，并進(jìn)行碰撞檢查，碰撞檢查分為專業(yè)間碰撞檢查及管線間的碰撞檢查。專業(yè)間的碰撞檢查主要包括土建專業(yè)之間（如混凝土與鋼構(gòu)）、土建專業(yè)與機(jī)電專業(yè)之間（如檢查管道是否與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突）、機(jī)電各專業(yè)間的軟、硬碰撞點(diǎn)檢查。

2）在對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行碰撞檢查時(shí)，要遵循如下檢查優(yōu)先順序：進(jìn)行土建碰撞檢查→進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部各專業(yè)碰撞檢查→進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)與機(jī)電專業(yè)碰撞檢查等→解決各專業(yè)間的交叉問題。

3）通過碰撞檢查，將發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行書面整理，及時(shí)通過建設(shè)方與設(shè)計(jì)聯(lián)系，共同解決碰撞問題。

3.2 基坑圍護(hù)施工

本工程基坑圍護(hù)（圖2）施工過程采用Revit建模，模型與現(xiàn)場施工相匹配（圖3）。利用BIM技術(shù)，可以直觀地看到基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，即使是非專業(yè)基坑監(jiān)測人員，也能通過模型看到基坑圍護(hù)的變形，實(shí)現(xiàn)基坑施工方案優(yōu)化。在深化設(shè)計(jì)出來后，通過調(diào)整BIM模型來驗(yàn)證深化設(shè)計(jì)是否具有使用功能，不僅能節(jié)省人力、物力、財(cái)力方面的消耗，更使后續(xù)基坑圍護(hù)施工順利進(jìn)行。

圖2 基坑縱斷面示意

圖3 基坑平面圖與模型

3.3 主體結(jié)構(gòu)施工

1）在繪制主體結(jié)構(gòu)模型時(shí)（圖4、圖5），按圖紙預(yù)留洞口，精確定位，防止實(shí)際施工中出現(xiàn)漏留、錯(cuò)留等問題，導(dǎo)致返工和修補(bǔ)，在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)避免無謂的資金支出。結(jié)構(gòu)模型完成后，通過漫游操作，讓模擬動(dòng)畫人物通過管廊，跟隨動(dòng)畫人物可以直觀地看到管廊內(nèi)部，保證管廊結(jié)構(gòu)的完整性，提前了解現(xiàn)場實(shí)施情況。

圖4 結(jié)構(gòu)剖面示意

圖5 結(jié)構(gòu)模型

2）采用BIM進(jìn)度模型嚴(yán)格控制現(xiàn)場與模型相匹配（圖6），將計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度作對(duì)比，三維可視化監(jiān)控現(xiàn)場進(jìn)度情況，模型先于現(xiàn)場，在模型中提前發(fā)現(xiàn)問題，避免現(xiàn)場施工出現(xiàn)問題，施工進(jìn)度得以保證。

圖6 進(jìn)度模型

3）管廊結(jié)構(gòu)倒虹段在3D模型基礎(chǔ)上，運(yùn)用動(dòng)畫軟件將其制作成4D動(dòng)畫模型（圖7），從河道圍堰、抽水填土、SMW工法樁施工地基加固水泥攪拌樁施工，到鋼筋混凝土圈梁支撐施工、挖土、倒虹段墊層、底板、墻、頂板施工，再到支撐拆除、回填土拔出型鋼，還原河道的整個(gè)施工過程。每個(gè)施工節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)施工工序相匹配，使施工過程一目了然，有利于現(xiàn)場施工，也便于后期施工管理。

圖7 倒虹段施工4D模擬

3.4 機(jī)電安裝施工

1）工程管線包含雨水、污水、給水、電力、電信、燃?xì)獾葞状箢?。由于管線多而復(fù)雜，施工管線間的位置僅僅依靠圖紙進(jìn)行交接，容易造成施工時(shí)出現(xiàn)管線碰撞點(diǎn)。所以利用BIM技術(shù)對(duì)管線進(jìn)行綜合排布，為實(shí)現(xiàn)管線優(yōu)化起到了至關(guān)重要的作用，同時(shí)也為后序機(jī)電施工省時(shí)省力（圖8）。除此之外，在會(huì)議討論解決問題時(shí)，配合機(jī)電模型，能夠準(zhǔn)確地找出位置，及時(shí)解決問題。

圖8 污水管線優(yōu)化示意

2）利用BIM完成管廊支架模型，由于管廊支架數(shù)量較多，通過BIM模型可以確定支架位置，排列好支架，并統(tǒng)計(jì)支架型號(hào)、數(shù)量，快而準(zhǔn)地完成施工和預(yù)算。

3.5 場地布置

通過布置場地三維圖（圖9），將現(xiàn)場辦公室、鋼筋加工區(qū)、木工制作區(qū)、材料堆放區(qū)等展現(xiàn)得更為可視化、清晰化。利用Revit軟件中的族功能繪制場地布置中的現(xiàn)場辦公室、門衛(wèi)、廁所、倉庫、鋼筋棚、材料堆放區(qū)等臨時(shí)設(shè)施，族繪制精確到尺寸，實(shí)際場布按照建模圖形施工，使場地布置標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，便于現(xiàn)場管理，施工現(xiàn)場采用全封閉圍擋。

圖9 場地布置模型

3.6 海綿工程施工

本工程實(shí)行海綿城市建設(shè)，充分利用雨水，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。采用BIM技術(shù)對(duì)海綿城市設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，機(jī)非分隔帶內(nèi)雨水花園蓄水、滲水量滿足海綿城市規(guī)劃目標(biāo)要求，人行道透水鋪裝下敷設(shè)φ100 mm盲管，盲管開孔φ20 mm，間隔15 cm一個(gè)。利用BIM建模，事先模擬海綿工程的工作原理，了解雨水滲透過程，判斷其可實(shí)行性。從土層到“兩布一膜”，控制中砂層及礫石、穿孔滲管的施工質(zhì)量，即控制了海綿工程的施工質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)海綿工程建設(shè)（圖10）。

圖10 海綿城市模型

3.7 協(xié)同管理平臺(tái)應(yīng)用

本項(xiàng)目采用基于BIM的項(xiàng)目協(xié)同管理平臺(tái)，可以直接掛接國家清單定額算量規(guī)則，可以直接用于成本管理，落地性強(qiáng)。平臺(tái)自帶的數(shù)據(jù)庫功能非常強(qiáng)大，包含了成本定額、自動(dòng)套用模板、構(gòu)件庫等，在為項(xiàng)目成本控制提供強(qiáng)大的后臺(tái)數(shù)據(jù)支持的同時(shí)，依托同一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同的使用者開放不同的應(yīng)用客戶端，使用更專業(yè)簡便。

管理平臺(tái)充分利用BIM技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各階段、各專業(yè)的BIM模型集成于統(tǒng)一的平臺(tái)上，項(xiàng)目各參建單位、項(xiàng)目部各部門間進(jìn)行協(xié)同和共享，實(shí)現(xiàn)BIM在項(xiàng)目全生命周期中的有效應(yīng)用。BIM項(xiàng)目協(xié)同管理平臺(tái)真正實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模型、一組信息的多次利用，徹底改變了現(xiàn)有設(shè)計(jì)模型（圖11）。

圖11 BIM協(xié)同管理平臺(tái)

隨著工程進(jìn)度的開展，協(xié)同管理平臺(tái)還將根據(jù)變更單、實(shí)際施工進(jìn)度等其他資料對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)維護(hù)，保證云端模型的及時(shí)與準(zhǔn)確，保證項(xiàng)目各相關(guān)人員可以隨時(shí)隨地查閱，調(diào)用最新、最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在施工得以順利進(jìn)行的同時(shí)，便于各方監(jiān)管控制，實(shí)時(shí)了解施工情況，施工過程嚴(yán)謹(jǐn)而高效。

4 BIM技術(shù)實(shí)施效果

自工程開工以來，BIM技術(shù)做到實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場施工，經(jīng)過一系列的操作，從整體建模、進(jìn)度建模、4D模擬到協(xié)同管理平臺(tái)等，綜合管廊項(xiàng)目從開工的現(xiàn)場布置到工程完工，在BIM技術(shù)的輔助下，如期完成施工，沒有出現(xiàn)返工、大量修補(bǔ)、施工與設(shè)計(jì)不符等問題?，F(xiàn)場得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，每道工序施工過程、管廊的各專業(yè)模型的細(xì)部都通過平臺(tái)傳達(dá)給施工管理人員、監(jiān)理人員、建設(shè)單位。與此同時(shí)，利用BIM技術(shù)完成了管廊的效果圖，將靜態(tài)3D模型與動(dòng)態(tài)4D模擬相結(jié)合，最終施工效果明顯，充分體現(xiàn)了BIM在綜合管廊上的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)BIM技術(shù)在綜合管廊上應(yīng)用價(jià)值的一系列探索與研究，綜合管廊項(xiàng)目施工圓滿結(jié)束。在BIM技術(shù)的輔助下，利用三維、四維的立體效果提前預(yù)知現(xiàn)場施工結(jié)果，最大化解決了實(shí)際施工過程中施工延期、超預(yù)算、方案優(yōu)化等問題。最終不僅完成了工程預(yù)期目標(biāo)，而且取得的成果獲得了項(xiàng)目參建各方的一致認(rèn)同。通過綜合管廊項(xiàng)目上的BIM技術(shù)應(yīng)用研究，總結(jié)出一套適用于綜合管廊的施工工藝，在把本項(xiàng)目打造成精品工程、優(yōu)質(zhì)工程的同時(shí)，也為今后類似項(xiàng)目提供借鑒。