BIM技術(shù)在地下綜合管廊項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

梁江濱，張國真

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《2016-2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》提出，“十三五”期間全面提升建筑業(yè)信息化水平，借助BIM、大數(shù)據(jù)、智能建造等形成一批信息技術(shù)創(chuàng)新水平達(dá)到國際先進(jìn)水平的建筑企業(yè)，培養(yǎng)具有重點(diǎn)自主知識產(chǎn)權(quán)的建筑信息技術(shù)企業(yè)［1］。數(shù)字化和BIM 設(shè)計(jì)已經(jīng)成為工程管理保障項(xiàng)目質(zhì)量、提高管理效率以及保障項(xiàng)目如期完成的重要技術(shù)手段。

綜合管廊工程是在城市道路下面建造一個(gè)市政共用通道，將電力、通信、供水、燃?xì)獾榷喾N市政管線集中在一體，實(shí)現(xiàn)地下空間的綜合利用和資源的共享［2］。項(xiàng)目建造過程管理是一項(xiàng)綜合性工作，結(jié)合BIM 技術(shù)，建立科學(xué)合理的綜合管廊施工管理協(xié)調(diào)體系，以保障項(xiàng)目順利實(shí)施。運(yùn)用BIM 技術(shù)的各種特性，形成具有管道安裝預(yù)模擬、規(guī)劃更合理、節(jié)省工期機(jī)制的綜合管廊信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了分包單位綜合管廊的信息共享和各專業(yè)的無縫連接施工工作，促進(jìn)綜合管廊建設(shè)工程的順利進(jìn)行。

1 項(xiàng)目概況

本管廊項(xiàng)目包括道路改造和地下綜合管廊2個(gè)部分。在已有道路的基礎(chǔ)上拓寬道路工程，加上天橋、人行橋和地下通道等。地下綜合管廊則采用常規(guī)兩艙至四艙的矩形斷面和圓形斷面形式。后續(xù)運(yùn)營為城市供水、天然氣、電力、通信和污水等提供服務(wù)。

該項(xiàng)目存在著建設(shè)管理模式（PPP 模式）新、工期緊、任務(wù)重、地質(zhì)及周邊環(huán)境復(fù)雜等一系列難點(diǎn)和問題。采用矩形頂管法、盾構(gòu)法、疊層板法和明挖現(xiàn)澆法施工。

2 工程特點(diǎn)

本項(xiàng)目為道路升級改造項(xiàng)目，在路面以下進(jìn)行管廊施工，在道路經(jīng)過的途中，經(jīng)過了重要的交通主干道、高速公路出入口以及高密度住宅小區(qū)，為本項(xiàng)目的施工增加了非常大的難度，項(xiàng)目道路本身為本地區(qū)的重要通道，車流量很大，道路施工時(shí)的交通疏導(dǎo)成為了重要的衡量因素。

3 應(yīng)用流程

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)設(shè)計(jì)本項(xiàng)目的BIM 應(yīng)用流程，項(xiàng)目依據(jù)藍(lán)圖以及設(shè)計(jì)階段交付的部分模型節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步深化為施工模型，除此以外，項(xiàng)目還通過三維掃描技術(shù)完成地面BIM 模型創(chuàng)建工作，然后將這2 個(gè)模型整合為一體，作為道路改造與管廊建造同步的項(xiàng)目模型交付。具體應(yīng)用如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)在市政地下綜合管廊施工階段的應(yīng)用流程Fig.1 Application Flow Chart of BIM Technology in the Construction Stage of Municipal Underground Utility Tunnel

4 結(jié)合BIM技術(shù)的項(xiàng)目管理應(yīng)用

4.1 模型創(chuàng)建

本項(xiàng)目根據(jù)不同工藝劃分包含多段的不同施工方案的線性模型，有頂管段、盾構(gòu)段、明挖段、疊合裝配式段；根據(jù)艙數(shù)量劃分有兩艙、三艙、四艙段，根據(jù)截面形狀劃分有圓管段和有矩形管段等。水平方向的角度變化多樣，有小角度平緩轉(zhuǎn)彎、有近似圓弧轉(zhuǎn)彎、還有近90°轉(zhuǎn)彎；垂直方向坡度變化也多樣，有小角度平緩的、近似圓弧的以及近80°轉(zhuǎn)彎的。除此以外，還有附屬構(gòu)筑物50多種，連接井20多種，在前期建模創(chuàng)建方案中測試了多種方案，最終根據(jù)實(shí)際挑選了最優(yōu)的參數(shù)化建模方案，并總結(jié)出本項(xiàng)目的建模標(biāo)準(zhǔn)以及構(gòu)件庫，如圖2所示，能快速應(yīng)用在類似項(xiàng)目中。

4.2 深化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用BIM 技術(shù)輔助深化設(shè)計(jì)，在BIM 應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)圖紙的尺寸、位置、詳圖標(biāo)簽等圖紙問題匯總成核查報(bào)告，及時(shí)反饋設(shè)計(jì)方審核［3］。根據(jù)設(shè)計(jì)院最新修改成果對模型及時(shí)更新調(diào)整，相比傳統(tǒng)的方式大大提升了圖紙會(huì)審的準(zhǔn)確性。保障了圖紙的準(zhǔn)確性。在深化設(shè)計(jì)過程中，采用參數(shù)化模型進(jìn)行協(xié)同管理，預(yù)留了重要的管線孔洞，優(yōu)化了部分方案，解決了管道集成問題；如圖3、圖4 所示，對管廊的位置、寬度和高度、各支管的接口設(shè)計(jì)、各種輔助安裝開口、通風(fēng)口、監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、人防閉門、通風(fēng)設(shè)備等進(jìn)行了建模和仿真分析，運(yùn)用參數(shù)化技術(shù)對項(xiàng)目模型即時(shí)渲染，對設(shè)計(jì)效果進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化該設(shè)計(jì)方案。在完成碰撞檢測的基礎(chǔ)上，利用BIM 技術(shù)的虛擬施工功能，對部分機(jī)電管線和施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而改善管線布局，合理安排施工工藝及管線排布，為項(xiàng)目的運(yùn)營提供良好的空間基礎(chǔ)［4］。

圖3 項(xiàng)目洞口預(yù)留樣板Fig.3 Sample of Project Opening Reservation

圖4 項(xiàng)目BIM碰撞報(bào)告樣板Fig.4 Project BIM Collision Report Template

4.3 施工工藝模擬

在施工模型的基礎(chǔ)上，增加施工過程、施工順序等信息，對施工過程進(jìn)行可視化仿真，充分利用建筑信息模型對方案進(jìn)行分析和優(yōu)化，從而提高方案審核的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)施工方案的可視化交底［5］。

本項(xiàng)目位于廣州市交通繁忙的主干道上，地下作業(yè)施工量大，施工難度很大，因此采用合理、科學(xué)的施工方案顯得十分重要。本項(xiàng)目采用BIM 技術(shù)對施工方案進(jìn)行模擬，對本工程明挖、頂管、盾構(gòu)等施工工藝進(jìn)行詳細(xì)的施工組織模擬。特別是明挖施工路段，本路段涉及道路運(yùn)輸臨時(shí)分流調(diào)整。因此，在方案實(shí)施前對各種方案進(jìn)行模擬比較，比較各種方案的可行性，提前暴露施工方案中的不良因素，為施工方案的選擇提供依據(jù)。另外，施工前向施工隊(duì)進(jìn)行虛擬施工交底，可以避免因誤解二維圖紙而造成的施工返工和材料浪費(fèi)［6］。

4.4 工程量統(tǒng)計(jì)［7］

BIM 模型是一個(gè)完整的工程信息庫，在項(xiàng)目建設(shè)過程中可以快速調(diào)用相對應(yīng)信息數(shù)據(jù)，其中工程量的統(tǒng)計(jì)就是很好的案例，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過計(jì)算機(jī)快速提取對應(yīng)施工部位的工程量信息，根據(jù)工期進(jìn)度的安排，為項(xiàng)目的材料供應(yīng)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐［8］。通過BIM 獲得準(zhǔn)確的工程量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用于施工中的造價(jià)計(jì)算、預(yù)算范圍內(nèi)不同設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析、不同施工方案的工程造價(jià)比較、施工前的工程預(yù)算和施工中的結(jié)算。

4.5 3D掃描應(yīng)用［9］

利用三維掃描技術(shù)完成地面掃描，建立BIM 模型。以其高效率、高精度、高分辨率、高點(diǎn)云密度等特點(diǎn)，借助BIM 技術(shù)分析了土地征用的準(zhǔn)確范圍，如圖5所示。

圖5 項(xiàng)目三位掃描點(diǎn)云模型Fig.5 Three Position Scanning Point Cloud Model of Project

通過精確的三維掃描模型和清晰的地面航拍圖，可以準(zhǔn)確繪制出項(xiàng)目紅線圖及其對項(xiàng)目拆遷的影響。由于工程總長度達(dá)到15 km，需要1 個(gè)多月的時(shí)間才能通過人工測試。但通過掃描技術(shù)，分析只需1 周即可完成，大大縮短了時(shí)間，也減少了人工連續(xù)來回的繪圖確認(rèn)。

紅線內(nèi)影響較大的原有建筑主要包括夏茅客運(yùn)站、衛(wèi)生學(xué)校、及附近居民社區(qū)等20多個(gè)重點(diǎn)部位。

4.6 BIM 5D信息平臺(tái)集成管理

基于BIM 5D 項(xiàng)目管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)管廊各深化設(shè)計(jì)模型在平臺(tái)中的精確集成，并可快速查看管廊各構(gòu)件屬性、施工等信息，通過平臺(tái)的深度應(yīng)用，把項(xiàng)目的數(shù)字工地管理、生產(chǎn)管理、工期管理、以及質(zhì)量安全管理等應(yīng)用模塊結(jié)合項(xiàng)目管理為現(xiàn)場管理提供技術(shù)支持。

通過監(jiān)控設(shè)備、塔吊監(jiān)控、電梯監(jiān)控、現(xiàn)場綠色施工監(jiān)測等完成項(xiàng)目數(shù)字工地自動(dòng)化監(jiān)測；通過BIM 項(xiàng)目管理平臺(tái)對各部門管理數(shù)據(jù)集成，形成重要的每周、每日的生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理中心，為項(xiàng)目的生產(chǎn)管理、工期管理提供重要的數(shù)據(jù)參考；通過現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備的AI功能以及人員巡檢數(shù)據(jù)記錄，過程項(xiàng)目驗(yàn)收管理數(shù)據(jù)的集中管理，以AI 抓拍、人員拍照和錄像等形式保存重要數(shù)據(jù)，形成重要的質(zhì)量安全管理數(shù)據(jù)集成，為項(xiàng)目的質(zhì)量安全管理提供重要的依據(jù)。

5 總結(jié)

本項(xiàng)目采用BIM 項(xiàng)目管理平臺(tái)輔助項(xiàng)目管理，并針對管廊工程特點(diǎn)進(jìn)行BIM 應(yīng)用研究。在項(xiàng)目管理過程中，結(jié)合BIM 項(xiàng)目管理平臺(tái)，在項(xiàng)目建設(shè)過程中的三維可視化、模型虛擬漫游、工程現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督、施工進(jìn)度監(jiān)督等方面取得了良好的效果，項(xiàng)目管理全過程以三維模型為基礎(chǔ)，為項(xiàng)目管理提高了效率，減少了因?qū)D紙理解不足造成的問題［10］；凈高分析、碰撞檢測等工具減少了其中的隱患，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少了施工中人力、物力和時(shí)間的浪費(fèi)，為項(xiàng)目節(jié)省了開支；項(xiàng)目漫游虛擬的三維顯示可以提前發(fā)現(xiàn)方案中的不足，并盡快進(jìn)行調(diào)整和修改；工程量的快速準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，大大減少了現(xiàn)場工程量校核的工作量，提高了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于管廊工程與公共建筑工程存在較大差異，該工程的成功應(yīng)用為同類工程帶來了示范效應(yīng)，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。

在項(xiàng)目管理過程中，對項(xiàng)目建造過程進(jìn)行模擬虛擬，展示項(xiàng)目建設(shè)全過程，并且對項(xiàng)目進(jìn)行工程量密切配合，部分重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行造價(jià)管控，完成對項(xiàng)目的全面管控，提升項(xiàng)目精細(xì)化管理。在本項(xiàng)目中，BIM模型及相關(guān)應(yīng)用成果數(shù)據(jù)為后續(xù)管廊運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)預(yù)留信息接口，輔助后續(xù)項(xiàng)目運(yùn)營維護(hù)，將項(xiàng)目建筑信息化價(jià)值最大化。