BIM技術(shù)在城市地下綜合管廊中的研究與應(yīng)用

李應(yīng)來 （合肥市綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)有限公司，安徽 合肥 230091）

0 引言

城市地下綜合管廊，又稱共同溝或共同管道，是指建于城市地下用于容納兩種及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。即在城市地下建造一個(gè)隧道空間，將各種工程管線集于一體，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)和管理，是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”。

1 傳統(tǒng)綜合管廊工程的缺陷

1.1 管線綜合設(shè)計(jì)容易出現(xiàn)碰撞，費(fèi)時(shí)費(fèi)力

在城市地下綜合管廊中，存在大量的管線，避免不同的管線出現(xiàn)碰撞或矛盾是管線綜合設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。由于管線權(quán)屬不同，管線數(shù)量、種類及布置等設(shè)計(jì)工作由不同設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)，各專業(yè)獨(dú)立設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)依據(jù)、需求及標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，信息交換不對(duì)稱，導(dǎo)致關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位管線綜合時(shí)經(jīng)常在空間上出現(xiàn)碰撞，一旦在施工階段出現(xiàn)這些問題，只能通過變更設(shè)計(jì)圖紙或者返工解決問題，既延誤了工期也增加了成本。

1.2 施工分界繁雜，工序銜接不暢

綜合管廊廊體工程施工中，需要預(yù)留各種孔洞、預(yù)埋各項(xiàng)構(gòu)件，以便于管線及設(shè)備安裝與調(diào)試。廊體工程隨土建一并施工，機(jī)電設(shè)備及各類管線待廊體基本完成具備條件后進(jìn)場(chǎng)，分別由不同單位、不同專業(yè)人員在廊內(nèi)施工，工程體量大、專業(yè)多、周期長(zhǎng)、系統(tǒng)集成復(fù)雜、管理要求較高。各參建單位之間施工界面較多，工序交叉頻繁，預(yù)埋件布置不合理導(dǎo)致設(shè)備無法安裝、設(shè)備安裝與管線安裝調(diào)試工序相互矛盾等問題時(shí)有發(fā)生，急需改進(jìn)項(xiàng)目管理措施，改善項(xiàng)目管理手段，提高項(xiàng)目管理水平。

1.3 傳統(tǒng)的運(yùn)維管理效率低，存在極大的不便

在綜合管廊項(xiàng)目的運(yùn)維階段，因?yàn)楣芫€專業(yè)眾多，會(huì)產(chǎn)生越來越龐大的信息量和數(shù)據(jù)，再加上管廊項(xiàng)目自身就攜帶著大量的信息，傳統(tǒng)的運(yùn)維管理方式無法高效地處理這些信息數(shù)據(jù)，甚至很多管理文件會(huì)以紙質(zhì)的形式保存，隨著時(shí)間的推移，這將給后期的資料查詢和信息反饋帶來極大的不便。

2 BIM技術(shù)在綜合管廊工程中的優(yōu)勢(shì)

以BIM和GIS技術(shù)為支撐，構(gòu)建滿足綜合管廊日常維護(hù)、內(nèi)部導(dǎo)航、路線規(guī)劃以及應(yīng)急管理等需求的相關(guān)定位技術(shù)，達(dá)到綜合管廊內(nèi)管線設(shè)備、附屬設(shè)施以及人員的精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)三維可視化運(yùn)維管理。

結(jié)合綜合管廊本體、設(shè)施設(shè)備以及各入廊管線的專業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)綜合管廊運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析和評(píng)判，為運(yùn)維管理平臺(tái)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)提供可靠的數(shù)據(jù)決策支持，實(shí)現(xiàn)綜合管廊運(yùn)維管理過程中的信息感知、儲(chǔ)存、分析、判斷，以達(dá)到智能化運(yùn)營(yíng)管理水平。

2.1 管線綜合碰撞檢測(cè)

BIM建模軟件可以構(gòu)建出綜合管廊的三維立體模型，設(shè)計(jì)師可以通過軟件查看項(xiàng)目模型，全方位地檢查模型，并通過軟件系統(tǒng)對(duì)不同的管線進(jìn)行碰撞檢測(cè)，生成碰撞檢測(cè)分析報(bào)告。設(shè)計(jì)師們可以通過這份分析報(bào)告在三維模型中進(jìn)行調(diào)整修改，確保最終的三維模型沒有任何碰撞點(diǎn)，從而避免在施工階段出現(xiàn)碰撞問題，影響工期和增加成本。

2.2 可視化交底

傳統(tǒng)的工程交底一般是二維圖紙加上文字說明，但是綜合管廊項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，僅通過二維圖紙和文字說明無法讓技術(shù)人員充分理解圖紙表達(dá)的內(nèi)容，這也就勢(shì)必會(huì)對(duì)技術(shù)人員理解圖紙?jiān)斐勺璧K。通過BIM技術(shù)，將現(xiàn)有地下管線、建筑物及周邊環(huán)境三維數(shù)字化建模，構(gòu)建綜合管廊三維時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)，利用三維數(shù)據(jù)可直觀展示的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)碰撞、接駁等空間分析功能，提高數(shù)據(jù)庫(kù)的信息處理能力；并融入工程信息和項(xiàng)目信息等非空間信息，對(duì)工程項(xiàng)目信息進(jìn)行模型化，提供數(shù)字化、可視化的工程方法，貫穿工程建設(shè)從方案到設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)、維修、拆除的全生命周期，服務(wù)于參與工程項(xiàng)目的所有各方。

2.3 智能管理

BIM模型包含了項(xiàng)目各階段的資料和數(shù)據(jù)，項(xiàng)目建成后，可以將所有BIM軟件中的數(shù)據(jù)交給后期負(fù)責(zé)運(yùn)維的單位。BIM模型數(shù)據(jù)庫(kù)可以查看管廊網(wǎng)的情況，利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊的可視化檢修，再結(jié)合RFID等其他技術(shù)，形成對(duì)綜合管廊的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高運(yùn)維管理效率。

3 BIM技術(shù)在綜合管廊工程中的應(yīng)用

3.1 在綜合管廊設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

3.1.1 設(shè)計(jì)管廊模型

在傳統(tǒng)施工過程中，城市地下管廊錯(cuò)綜復(fù)雜且施工過程中考慮周圍環(huán)境及設(shè)施的安全性，利用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)出管廊模型，合理地應(yīng)用空間布置，建立模擬出管廊和周邊環(huán)境的模型。通過檢查并收集模型數(shù)據(jù)，保證了管廊空間結(jié)構(gòu)的安全性，也可以科學(xué)有效地避免后期的返工問題，確保管廊的整體性。

3.1.2 管廊構(gòu)件的設(shè)計(jì)拆分

通過BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)將地下管廊模型拆分無數(shù)分部分，并劃分不同的編號(hào)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)者在看平面圖中劃分，過程容易出錯(cuò)。采用BIM技術(shù)對(duì)地下城市管廊模型進(jìn)行快速拆分，可以極大地提升施工效率，通過把構(gòu)件空間構(gòu)造信息傳遞給預(yù)制工廠，可以大大提高構(gòu)件的產(chǎn)品合格率，進(jìn)一步地節(jié)約成本，提高建設(shè)工程的施工進(jìn)度。

3.2 在管廊施工方面的應(yīng)用

3.2.1 優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)

通過基于BIM的三維可視化施工信息展現(xiàn)與交互模式研究，添加周邊環(huán)境要素，可以全方位展示和考量綜合管廊施工全過程控制要素和實(shí)施組織方案，規(guī)避傳統(tǒng)管理模式信息缺失、維度有限的缺陷，進(jìn)而提高施工組織可行性和優(yōu)越性。

3.2.2 全面提升項(xiàng)目管理品質(zhì)

綜合管廊施工管理過程中，圍繞著保障施工安全、把控施工進(jìn)度、控制項(xiàng)目投資和保證工程質(zhì)量這四個(gè)核心，運(yùn)用BIM技術(shù)的全生命周期管理理念，承繼規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造階段的各項(xiàng)資產(chǎn)信息，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，匯聚融合各類信息，貫通閉合各項(xiàng)流程，聯(lián)通協(xié)同各個(gè)崗位，輔助和提升管理工作，以保障綜合管廊安全高質(zhì)量建設(shè)。

3.3 在管廊運(yùn)維方面的應(yīng)用

基于BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合管廊的運(yùn)維管理，對(duì)管廊內(nèi)所有設(shè)備的檔案、運(yùn)行、維護(hù)、保養(yǎng)進(jìn)行管理，集成從設(shè)計(jì)、施工階段的全過程信息，可以提供一個(gè)完備的信息化管理系統(tǒng)，在運(yùn)維管理中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和共享、運(yùn)維管理可視化。

3.3.1 BIM技術(shù)的可視化

三維可視化技術(shù)是BIM應(yīng)用的重中之重，在管廊運(yùn)維平臺(tái)中，三維可視化應(yīng)用在管廊三維模型展示、分析數(shù)據(jù)的疊加、基于三維的預(yù)警預(yù)案等方面。

通過管廊三維模型展示，將管廊大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)通過圖像的方式表達(dá)出來，更直觀、更方便工作人員查看和利用這些有效數(shù)據(jù)，清晰易讀、便于操作分析，同時(shí)也能為管理人員提供有效的參考。通過三維可視化技術(shù)將管廊各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括資產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)施設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果疊加在管廊三維模型中，供工作人員隨時(shí)隨地查看?；谌S的預(yù)警預(yù)案能夠保證系統(tǒng)三維地理信息場(chǎng)景與真實(shí)設(shè)施設(shè)備場(chǎng)景無縫融合，且實(shí)現(xiàn)從大場(chǎng)景到設(shè)施設(shè)備精細(xì)場(chǎng)景的無切換、無跳轉(zhuǎn)、平滑推進(jìn)顯示。操作人員可以在三維場(chǎng)景中任意、快速地定位、查詢、關(guān)注設(shè)備的相關(guān)信息。在三維虛擬場(chǎng)景中動(dòng)態(tài)地模擬火災(zāi)、爆炸等事故，為工作人員提供虛擬演練的數(shù)字化環(huán)境。

3.3.2 BIM技術(shù)的集成化

BIM作為一個(gè)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，可以將不同方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，通過大數(shù)據(jù)分析，為管廊的運(yùn)維提供有效的施工方案指導(dǎo)。管廊的三維模型，包括管廊的三維結(jié)構(gòu)，管廊的進(jìn)出口、臺(tái)階，管廊中供水管網(wǎng)、排水管網(wǎng)、電力線路、燃?xì)夤芫€等都按實(shí)際的形狀、大小、安裝位置建模。并將綜合管廊BIM模型進(jìn)行一系列線下處理，建立LOD，優(yōu)化材質(zhì)，通過格式轉(zhuǎn)換和加密等過程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)3D管廊模型的加載。對(duì)數(shù)據(jù)信息的更新，使數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)同步，為運(yùn)維環(huán)境管理和施工計(jì)劃提供信息，減少不必要的錯(cuò)誤。

3.3.3 BIM技術(shù)的模擬性

在工程建設(shè)中，成本投入，環(huán)境安全等問題，很難把控。使用BIM技術(shù)可以在運(yùn)維階段中形成各種模擬：施工進(jìn)度的模擬，成本模擬，火災(zāi)疏散路線的模擬等。通過在不同情況下的模擬，制定出合理的方案，把不可控因素影響降到最低。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)貫穿工程建設(shè)中設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維三個(gè)階段，通過BIM技術(shù)，使綜合管廊項(xiàng)目全壽命周期中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。在前期設(shè)計(jì)過程中，BIM起著十分重要的作用，為項(xiàng)目決策提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案；在工程施工過程中，BIM應(yīng)用加強(qiáng)了各專業(yè)人員之間的互相溝通，使各工作之間更加協(xié)調(diào)統(tǒng)一；在后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)時(shí)，利用BIM承載的設(shè)備各項(xiàng)信息，能顯著提高綜合管廊運(yùn)維階段中的管理效率。BIM技術(shù)與城市地下綜合管廊相結(jié)合，提高了工程建設(shè)的科學(xué)有效性，是城市未來基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展方向。