綜合管廊交付施工BIM技術(shù)方案

楊耀武　蘇謙　楊晨

【摘 要】運用BIM技術(shù)指導(dǎo)綜合管廊設(shè)計施工是頗具前景的發(fā)展趨勢，國內(nèi)對于管廊BIM技術(shù)在施工管理中的具體實施方案仍沒有一套成熟的標(biāo)準(zhǔn)。文章結(jié)合某綜合管廊BIM技術(shù)應(yīng)用項目，探討了針對管廊施工階段交付的BIM具體技術(shù)實施方案。項目實踐表明，構(gòu)建BIM施工管理平臺能較好的實現(xiàn)BIM技術(shù)在施工管理中的運用;建模過程中需滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)，如統(tǒng)一的文件和構(gòu)件命名規(guī)范，保證模型的LOD精細(xì)度等級等;交付到施工管理階段的BIM模型應(yīng)盡量做到輕量化，以便于平臺之間的傳輸與使用;最后采用B/S形式配合Navisworks二次開發(fā)搭建了BIM施工管理平臺，為BIM技術(shù)在綜合管廊施工中的運用提供了思路。

【關(guān)鍵詞】綜合管廊; 管理平臺; BIM技術(shù); 施工管理; 交付方案

【中圖分類號】TP391.99【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

城市綜合管廊是建于城市地下，且能夠容納兩類及以上市政工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施[1]。地下空間的規(guī)劃與建設(shè)往往反映了城市的經(jīng)濟實力與綜合發(fā)展水平。相較于地下管線及結(jié)構(gòu)的雜亂敷設(shè)，城市綜合管廊雖然造價較高，施工更為復(fù)雜，但能實現(xiàn)對供水、電力、通信等多專業(yè)管線的集約化管理，節(jié)省空間同時便于后期改造，具有極高應(yīng)用價值，成為目前現(xiàn)代化城市的發(fā)展重點。

綜合管廊的建設(shè)涉及專業(yè)廣泛，管線眾多且敷設(shè)密度大，傳統(tǒng)二維圖紙設(shè)計模式在設(shè)計過程中突顯出設(shè)計沖突，設(shè)計管理無序、施工圖出圖效率低等難題[2]。我國工程建設(shè)行業(yè)從2003年開始引進BIM技術(shù)[3]，發(fā)展至今已成功地運用至諸多建筑工程的設(shè)計甚至全生命期的管理中。BIM技術(shù)能夠提供綜合管廊的建模、管線沖突檢測、施工模擬等應(yīng)用，解決綜合管廊設(shè)計問題。針對管廊的施工階段，BIM技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用研究則較少，陳岱[4]總結(jié)了BIM技術(shù)在地下綜合管廊施工階段的應(yīng)用現(xiàn)狀;韓詩雨[5]分析了管廊施工存在的問題，結(jié)合BIM技術(shù)特點提出了城市地下綜合管廊應(yīng)用管理方案;鄒前[6]從施工圖深化設(shè)計階段到施工準(zhǔn)備、實施階段全過程的角度提出了BIM技術(shù)在管廊工程中的應(yīng)用建議。我國對于BIM技術(shù)在地下管廊施工中方面研究應(yīng)用總體處于探索起步階段，部分地區(qū)頒布了一些推薦標(biāo)準(zhǔn)，但未在工程中得到廣泛適用。

為深化BIM技術(shù)在綜合管廊施工階段的運用研究，本文依托南京市某EPC項目綜合管廊BIM技術(shù)應(yīng)用，配合后期BIM施工管理平臺的建立，分析了服務(wù)于施工階段的綜合管廊BIM技術(shù)交付方案，以期為今后該領(lǐng)域的發(fā)展提供思路。

1 基于BIM的綜合管廊施工管理目標(biāo)

城市綜合管廊的施工方法有暗挖法、明挖現(xiàn)澆法、明挖預(yù)制拼裝法等。其中，明挖現(xiàn)澆法為國內(nèi)現(xiàn)行最常用的施工方法。為研究綜合管廊BIM技術(shù)交付施工管理的方案，首先必須確定綜合管廊的BIM施工管理目標(biāo)。對于項目工程，施工管理的主體是“人（Man）、材料（Material）、機械（Machine）、方法（Method）及環(huán)境（Environment）”，即4M1E?？刂坪眠@五大因素，即保證了建設(shè)工程施工的進度、質(zhì)量、安全及成本等。傳統(tǒng)的施工管理中，對于4M1E的掌控存在協(xié)同效率不高，信息獲取不及時，文件存儲冗雜或丟失等缺陷。利用BIM技術(shù)建立項目施工管理的一體化平臺可以有效地解決如上問題。

1.1 人員管理

施工管理中的“人”，不僅包括直接參與施工的作業(yè)者，還包括管理者和決策者。在施工管理中，人的因素起決定性的作用。在BIM施工管理平臺中，通過考勤管理、工日計量等功能提升對人員管理的效率。

1.2 材料管理

材料包括工程材料和施工用料，又包括原材料、半成品、成品、構(gòu)配件和周轉(zhuǎn)材料等。在BIM施工管理平臺中，通過物料統(tǒng)計模塊功能，能夠?qū)Ω黝惞こ滩牧线M行精準(zhǔn)及時的統(tǒng)計，有利于項目工程的成本管控。同時，也可對施工用料的生產(chǎn)信息及進場實驗報告等進行電子存檔，極大地降低了紙質(zhì)文件的繁瑣與丟失風(fēng)險。

1.3 設(shè)備管理

施工各類機械設(shè)備是工程項目的重要組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響到工程師用更能的發(fā)揮。因此，及時的記錄各設(shè)備的健康及運行狀態(tài)也是施工管理的一大目標(biāo)。

1.4 方法管理

在施工方案階段，運用BIM技術(shù)可以提供施工模擬動畫，實現(xiàn)在正式施工前的方案直觀評選。隨著施工階段的深化，BIM技術(shù)還能夠提供碰撞檢查等報告，及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤，改正施工方案，避免造成損失。

1.5 環(huán)境管理

環(huán)境的因素包括施工現(xiàn)場自然環(huán)境、施工質(zhì)量管理環(huán)境以及施工作業(yè)環(huán)境等。在BIM施工管理平臺中，利用視頻監(jiān)控、危險源登記等功能能夠?qū)崿F(xiàn)對施工環(huán)境及安全的實時掌控，有效地預(yù)防事故的發(fā)生。

上述施工管理目標(biāo)對交付施工管理的BIM技術(shù)方案提出了要求。雖然我國現(xiàn)已相繼頒布BIM建模及交付規(guī)范，但針對城市綜合管廊具體項目BIM應(yīng)用仍無標(biāo)準(zhǔn)的方案。本文現(xiàn)就參與項目探討相關(guān)方案的實施，以期為相關(guān)領(lǐng)域項目工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。

2 交付施工管理的BIM技術(shù)方案

2.1 項目概況

南京市紅花-機場地區(qū)位于秦淮區(qū)南端，作為南部新城核心區(qū)重要的一個板塊，目標(biāo)建設(shè)成為創(chuàng)意街區(qū)和城市客廳。項目分設(shè)為道路、橋梁、隧道、海綿城市等專業(yè)，確定南部新城基礎(chǔ)設(shè)施項目采用EPC的建設(shè)模式，并采用BIM技術(shù)為該工程項目各專業(yè)、各階段進行三維模擬、方案優(yōu)化、專業(yè)協(xié)調(diào)、施工指導(dǎo)、運維管理等。其中，機場四路地下綜合管廊BIM技術(shù)運用是隧道工程專業(yè)重要的一部分。綜合管廊全長1.86 km，工程范圍起點樁號K1+352.35，終點樁號K3+220.78。管廊頂板埋深為3.0 m，采用雙艙結(jié)構(gòu)，包含端部井、通風(fēng)口、投料口、人員出入口等節(jié)點，設(shè)有電力、供水、通信、燃?xì)獾裙芫€，施工方法采用明挖現(xiàn)澆法。其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面CAD圖如圖1所示。

2.2 模型系統(tǒng)與構(gòu)件拆分

由于項目建模工程量較大，需對綜合管廊各節(jié)點結(jié)構(gòu)及不同長度的標(biāo)準(zhǔn)斷面分開建模后再進行整合，同時也涉及管線等多專業(yè)建模，因此必須采用多人協(xié)同工作。將項目模型分解為建筑、結(jié)構(gòu)、MEP專業(yè)由不同人員進行分開建模。同時，對于同一專業(yè)的模型，也采取分標(biāo)段或節(jié)點的多人建模再整合。為保證建模的協(xié)調(diào)與一致，先對整體模型的各個構(gòu)件進行分類，同時規(guī)定建模人員在創(chuàng)建構(gòu)件時采用統(tǒng)一的命名規(guī)則。目前，我國尚未發(fā)布綜合管廊BIM模型構(gòu)件分類的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此可參照委托方提供的二維CAD圖紙中構(gòu)件的名稱以及管廊的結(jié)構(gòu)特點對模型進行拆分。由此確定本項目的構(gòu)件分類方法為“項目級—功能級—構(gòu)件級”的逐步細(xì)化拆分原則。具體分類方法如表1所示。

由于建模過程是按照標(biāo)準(zhǔn)段、通風(fēng)口等節(jié)點進行獨立建模，因此對于模型文件的命名，其標(biāo)識應(yīng)精確至功能級，同時，配以相應(yīng)的描述，以區(qū)分該模型所在的專業(yè)、位置等信息，如圖 2所示?！癝DGC”即“隧道工程”，用以區(qū)分模型專業(yè);“機場四路”確定了模型所在分區(qū);“GL”即“管廊”;由于同一個節(jié)點（如投料口）在不同的位置其結(jié)構(gòu)也可能不相同，因此最后的里程樁號用以區(qū)分模型位置。

對于構(gòu)件的命名，由于BIM構(gòu)件包含著大量的參數(shù)信息，理論上所有參數(shù)均可以用來設(shè)置類型，因此構(gòu)件類型的命名無法形成一個固定長度的標(biāo)準(zhǔn)格式。一般設(shè)置構(gòu)件類型的常見參數(shù)是構(gòu)件的尺寸規(guī)格、材質(zhì)、負(fù)荷等，同時配以構(gòu)件所在結(jié)構(gòu)或區(qū)段加以區(qū)分。依據(jù)如上命名規(guī)范，在Revit中繪制結(jié)構(gòu)時構(gòu)件命名如圖3所示。

構(gòu)件命名規(guī)范的建立，使得大型項目多人合作建模的協(xié)調(diào)和對接效率極大提升，同時能對構(gòu)件進行批量管理，如刪除、修改、添加材質(zhì)等，避免了各自隨意命名帶來的不便。如圖4所示，雖然采用分開建模，但由于采用的同一個命名，在整合的模型中直接修改一項內(nèi)容，如標(biāo)準(zhǔn)段的側(cè)墻材質(zhì)，則整體模型的材質(zhì)將同時改變。

2.3 模型精細(xì)度LOD

BIM模型的細(xì)致程度，英文稱作Level of Details，是信息模型中所容納的模型單元的豐富程度的衡量指標(biāo)，簡稱LOD。GB/T 51235-2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的施工階段模型細(xì)度等級要求如表 2所示。

此外，針對設(shè)計各階段BIM交付標(biāo)準(zhǔn)的不同，方案設(shè)計階段BIM模型的交付內(nèi)容及深度為LOD 100級，初步設(shè)計階段BIM模型的交付內(nèi)容及深度等級為LOD 200等級。模型的精細(xì)度并不只模型圖像的精細(xì)程度，還應(yīng)包括非幾何信息深度，需要在建模過程中進行添加，例如混凝土的強度等級、構(gòu)件的編碼等，如圖5所示。

在滿足需求的情況下，為兼顧其他因素如建模效率、計算機運行能力以及模型輕量化的需求等，也不可盲目追求過高的精細(xì)度等級。本項目在委托方交與圖紙時已進展至施工圖設(shè)計階段，并利用BIM技術(shù)對項目進行深化設(shè)計指導(dǎo)。根據(jù)建模結(jié)果，本項目的主體結(jié)構(gòu)建模在交付施工階段時模型精細(xì)度等級達(dá)到LOD 350級，并已能滿足施工階段指導(dǎo)需求，如圖6所示。

綜合管線的建模中管道及支架的模型較為復(fù)雜，涉及到管線的剪切、鋼筋形狀的選取與設(shè)計等，可以首先對綜合管線模型單獨建模，再編輯成組添加到主體結(jié)構(gòu)中，如圖7所示。

對于管線顏色的選取，也宜規(guī)定使用標(biāo)準(zhǔn)。如在本項目中涉及的部分管線色號選取如表3所示。

若在全部管廊結(jié)構(gòu)中添加，模型的復(fù)雜程度將過高，軟件運行出現(xiàn)卡頓甚至崩潰現(xiàn)象。因此，為滿足向業(yè)主方提供展示的需求，可截選模型的一部分進行綜合管線的添加，并賦予材質(zhì)，最終以圖片或漫游視頻的形式進行交付，其渲染結(jié)果如圖8～圖10所示。

2.4 輕量化輸出

通過Autodesk Revit建立完整的綜合管廊模型，其文件大小已達(dá)到數(shù)百兆，在導(dǎo)入BIM施工管理平臺過程中會帶來流暢性和操作性的困難。因此，在保證模型關(guān)鍵信息不丟失的情況下，需盡量對模型文件進行輕量化。同為Autodesk公司旗下的Navisworks軟件在對.rvt文件的圖形、屬性、三維、時間等重要信息保留的情況下，能大幅壓縮模型的量級。二者交互操作也非常簡便，用戶在Revit中直接將模型導(dǎo)出為Navisworks支持的NWC或IFC等格式就能在Navisworks中打開。輕量化的模型大小約為15 MB，此時模型運行流暢，根據(jù)本項目不同量級模型在平臺在運行情況實測結(jié)果，建議以不超過50 MB為準(zhǔn)。

此外，Navisworks還能很好的進行三維漫游、施工模擬、動畫輸出等模型應(yīng)用。鑒于Navisworks在模型應(yīng)用層的優(yōu)勢，施工階段的BIM管理平臺也將采取基于.NET API接口對Navisworks進行二次開發(fā)的形式建立。

2.5 BIM施工管理平臺

針對前述施工管理目標(biāo)訴求，搭建BIM施工管理平臺。平臺基于B/S架構(gòu)，結(jié)合云存儲、云計算等相關(guān)云服務(wù)，配合Navisworks二次開發(fā)搭建。整體架構(gòu)自頂向下分為訪問層、應(yīng)用層、信息層、基礎(chǔ)層，如圖 11所示，各層次之間相互進行信息流和指令流的傳遞，共同實現(xiàn)綜合管廊建設(shè)的信息化管理。

在這種層次化架構(gòu)下，工程信息存放在信息層的云存儲服務(wù)器中，導(dǎo)入輕量化后的BIM模型文件，應(yīng)用層的模型管理調(diào)用基礎(chǔ)層服務(wù)器中Navisworks軟件，即可實現(xiàn)基于WEB端或APP端的綜合管廊BIM模型管理，如圖 12所示。其中，模型導(dǎo)入的主要實現(xiàn)方式是依據(jù)設(shè)計階段對項目各分項工程及模型的拆分結(jié)果，建立WBS和PBS體系，構(gòu)建完整的工程信息庫，隨后將其與輕量化的模型文件建立雙向的鏈接，實現(xiàn)將實際施工情況反映至BIM模型中，如圖 12所示，施工完成部分借助管理平臺進行工程進度的可視化管理。

3 結(jié)束語

綜合上述分析，交付施工管理的綜合管廊BIM技術(shù)方案應(yīng)滿足如下要求：

（1）構(gòu)建BIM施工管理平臺，是BIM技術(shù)交付施工管理的關(guān)鍵性工作，能改善傳統(tǒng)手段對“人機料法環(huán)”管理的缺陷，真正實現(xiàn)BIM技術(shù)對施工的指導(dǎo)作用。

（2）模型在建立過程中應(yīng)滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)，如使用統(tǒng)一的文件和構(gòu)件命名規(guī)范，達(dá)到國家規(guī)定的LOD精細(xì)度等級，不僅能提高協(xié)同工作的效率，減少不必要的修改，也是交付至施工階段時為施工提供指導(dǎo)的保證。

（3）運用格式轉(zhuǎn)換或分部加載等方式，使模型盡量輕量化，這樣能提升在其他專業(yè)或管理平臺中使用的便捷性，滿足網(wǎng)頁端和移動端的模型展示、訪問需求，但要保證不丟失重要的屬性信息。

（4）BIM施工管理平臺的開發(fā)宜采用瀏覽器/服務(wù)器模式，該模式下對用戶使用及操作更為便捷。同時，通過建立模型構(gòu)件與項目工程PBS分解等的雙向鏈接，實現(xiàn)BIM模型在施工管理中的運用。

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[定稿日期]2021-04-27

[基金項目]國家重點研發(fā)計劃項目（項目編號：2016YFC0802203-2）;國家重點研發(fā)計劃項目（項目編號：2016YFC0802203-3）

[作者簡介]楊耀武（1997～），男，在讀碩士，研究方向為土木工程BIM技術(shù)應(yīng)用。