BIM+城市管廊施工中基于5G技術(shù)的應(yīng)用

周泠駿，孫嘯

（浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）

1 引言

在5G通信技術(shù)得到高速發(fā)展的當(dāng)下，BIM模型的建立及數(shù)字化信息平臺(tái)的構(gòu)建，能在很大程度上解放城市綜合管廊施工的人力需求，僅僅以少量的人員就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的觀測(cè)、調(diào)度、質(zhì)量把控及設(shè)備控制。隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，可穿戴智能感知設(shè)備的應(yīng)用程度也在逐漸強(qiáng)化，并使社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程在效率、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及智慧化方面得到提升，這對(duì)充分發(fā)揮信息技術(shù)的價(jià)值、提升城市智慧化程度及居民幸福指數(shù)有非常重要的意義。

2 BIM技術(shù)、城市管廊與5G技術(shù)

2.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是一種結(jié)合了信息技術(shù)與工程內(nèi)容的新型技術(shù)，對(duì)推動(dòng)建筑行業(yè)的發(fā)展有著非常重要的價(jià)值。其原理是通過(guò)錄入建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、用材用料、工程管理內(nèi)容中的各項(xiàng)參數(shù)，并將錄入的數(shù)據(jù)借助信息技術(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，隨后應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行完善與調(diào)整。由于能夠構(gòu)建出具體化、可視化的數(shù)字模型，因此能夠直接觀測(cè)建筑的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)內(nèi)容，且參與工程的各個(gè)組織都能夠介入工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化及調(diào)整工作中，在很大程度上促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展，方便建筑工程預(yù)算的編制，使之具有精細(xì)化特征[1]。

2.2 城市管廊

城市管廊全稱城市地下綜合管廊，本質(zhì)上是地下城市管道綜合走廊，主要是在城市地下開(kāi)掘、建設(shè)出一處隧道空間。該處隧道空間將用于容納城市中近乎所有的管線工程，對(duì)保障城市基建穩(wěn)定運(yùn)行、美化城市地表環(huán)境、提升城市智慧化水準(zhǔn)、強(qiáng)化城市基建管理統(tǒng)一化有重要意義。由于工程在城市地表下進(jìn)行，因而會(huì)需要設(shè)計(jì)專門的檢修口、吊裝口與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這也為5G技術(shù)的應(yīng)用提供了條件與機(jī)會(huì)。

2.3 5G技術(shù)

5G 技術(shù)指的是第五代移動(dòng)通信技術(shù)，相比4G技術(shù)具有近乎質(zhì)變的速率、低時(shí)延和大規(guī)模連接特征，但其最突出的價(jià)值在于其能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)互聯(lián)。由于5G技術(shù)的峰值速率能夠達(dá)到10Gb/s～20Gb/s，因此能夠滿足大數(shù)據(jù)量的瞬時(shí)傳輸，該技術(shù)的普及將深刻影響工程建設(shè)行業(yè)。

3 5G 技術(shù)在BIM+城市管廊施工中的應(yīng)用原理

5G技術(shù)在BIM模型+城市管廊施工中最大的應(yīng)用價(jià)值，體現(xiàn)在該技術(shù)帶來(lái)的高傳輸速率上。借助其高傳輸速率的特征能實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)即時(shí)管理，在配備了可穿戴設(shè)備、高清探頭、巡檢機(jī)器人等設(shè)備之后，AI數(shù)據(jù)中心能為各類型設(shè)備提供高效的數(shù)據(jù)運(yùn)算支持，進(jìn)而滿足工程本身在材料、設(shè)備、施工環(huán)境、工程施工人員上的管理需求，也為工程現(xiàn)場(chǎng)的安全管理、質(zhì)量控制及技術(shù)指導(dǎo)工作提供了更先進(jìn)的管理?xiàng)l件[2]。此外，5G 技術(shù)的大數(shù)據(jù)量傳輸能力也能對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)中大范圍的工程內(nèi)容進(jìn)行高效且精細(xì)化的實(shí)時(shí)管理，以5G技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)還能對(duì)物料進(jìn)行遠(yuǎn)距離的智能監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)感知，進(jìn)一步管控工程中的各項(xiàng)要素。

4 5G 技術(shù)在BIM+城市管廊施工中的應(yīng)用策略

4.1 聯(lián)合5G技術(shù)與BIM技術(shù)建立3D模型

BIM 技術(shù)中可用于建立城市管廊施工3D 模型的軟件包括Revit、MagiCAD 以及ArchiCAD 等，在這些軟件的輔助下能夠建立起包括容納管線的管廊與隧道主體結(jié)構(gòu)、用于儲(chǔ)存雨水與污水的倉(cāng)庫(kù)，還包括給水、燃?xì)?、熱力、電信、電力管線及其他城市基建所需各種管線的數(shù)字建模[3]，且建立起的模型具有高度精細(xì)化的特征，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)多種不同信息的相互關(guān)聯(lián)，為區(qū)域主體全部位置信息的實(shí)時(shí)觀測(cè)提供可能（見(jiàn)圖1）。

圖1 某三層管廊工程數(shù)字模型

除此之外，還能勘查管廊中的任意部位，方便設(shè)計(jì)人員、現(xiàn)場(chǎng)施工人員及工程管理人員全面了解、快速掌握管廊主體的結(jié)構(gòu)、位置、尺寸等多種不同信息參數(shù)，大幅提升了項(xiàng)目建造過(guò)程的可視化，也使得項(xiàng)目的整個(gè)建造過(guò)程能實(shí)現(xiàn)效率上的強(qiáng)化。在此基礎(chǔ)上，可借助5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程概況及實(shí)際施工進(jìn)程的實(shí)時(shí)傳輸，而5G技術(shù)在無(wú)人機(jī)及各種感應(yīng)器中的應(yīng)用還能用于規(guī)劃工程現(xiàn)場(chǎng)不同地塊的功能，并反饋施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)（包括土方計(jì)算、材料堆放、建材加工等），使施工效益獲得全面提升[4]。

4.2 在工程前期準(zhǔn)備工作中的應(yīng)用

在5G技術(shù)的協(xié)助下，工程施工人員進(jìn)場(chǎng)前可實(shí)現(xiàn)對(duì)人員身體素質(zhì)的全面監(jiān)測(cè)，明確施工人員可能存在的身體健康隱患，進(jìn)而確定不同身體狀況人員適應(yīng)的工程內(nèi)容，確保工程建設(shè)工作與施工人員身體條件相匹配。即使是對(duì)身體健康的施工人員，在從事具有一定危險(xiǎn)性或較高危險(xiǎn)性的工作時(shí)，也可在進(jìn)行全面安全技術(shù)交底的前提下，借助5G技術(shù)模擬施工體驗(yàn)，以確定施工人員對(duì)工程具體工序安全風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知及安全防護(hù)策略的掌控程度，進(jìn)一步落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工行為的安全規(guī)范。

4.3 用于基坑開(kāi)挖

城市管廊施工需考慮到施工地塊可能面臨的各種特殊情況。首先，城市管廊施工是在地下施工，因此移動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度會(huì)經(jīng)由土層遭到很大程度的削弱，而較弱的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)可能導(dǎo)致無(wú)法在緊急情況發(fā)生時(shí)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警。針對(duì)這種情況，項(xiàng)目施工時(shí)可根據(jù)具體的通信需求搭建臨時(shí)的5G基站，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供足夠強(qiáng)度的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)支持[5]。在擁有高強(qiáng)度網(wǎng)絡(luò)信號(hào)支持的前提下，可以實(shí)現(xiàn)全體現(xiàn)場(chǎng)工作人員（包括施工人員、技術(shù)人員及管理人員）GPS定位芯片以及單人視頻監(jiān)控設(shè)備的配裝，完成配裝之后可應(yīng)用項(xiàng)目指揮部搭建的AI 數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)一步開(kāi)展安全管理工作。如AI檢測(cè)到施工人員的長(zhǎng)時(shí)間靜止，就可調(diào)取靜止施工人員攝像設(shè)備的實(shí)時(shí)畫(huà)面發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)管理人員，幫助現(xiàn)場(chǎng)管理人員判斷施工人員狀態(tài)并前往相應(yīng)位置查看，用以保證施工人員（尤其是基坑底部的施工人員）的人身安全（見(jiàn)圖2）。

圖2 人員定位

在基坑開(kāi)挖工作完成之后，可應(yīng)用5G高速傳輸?shù)奶卣鳛槌两禉z測(cè)設(shè)備配備感應(yīng)器，幫助管理人員在第一時(shí)間了解基坑出現(xiàn)的沉降情況，并有效完成沉降現(xiàn)象的觀測(cè)記錄工作。這種做法不僅提升了工作的安全性，也大幅節(jié)省了人力、物力上的支出，因而具有更安全、更經(jīng)濟(jì)化的特質(zhì)。

4.4 在結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

管廊工程在性質(zhì)上屬于線性工程，因此具有較大的施工跨度與施工規(guī)模，僅通過(guò)實(shí)地考察及調(diào)研很難做到快速反應(yīng)。在這種情況下，可借助5G便攜巡檢設(shè)備縮減地域造成的傳輸時(shí)效過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。

相關(guān)工作人員在巡檢過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工中存在的質(zhì)量問(wèn)題即可即時(shí)拍照并上傳，隨后由AI對(duì)質(zhì)量問(wèn)題的類型、發(fā)現(xiàn)時(shí)間及位置進(jìn)行同步存檔與上報(bào)，進(jìn)而提升質(zhì)量問(wèn)題的處理效率[6]。5G 技術(shù)大數(shù)據(jù)量、高時(shí)效性的傳輸特征也能方便現(xiàn)場(chǎng)與后臺(tái)的遠(yuǎn)程交互，同時(shí)也可遠(yuǎn)程與專家連線，因此對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的突發(fā)情況（如技術(shù)指導(dǎo)需求或是需要專家驗(yàn)證的關(guān)鍵細(xì)節(jié)），也可結(jié)合5G 技術(shù)連通管理人員及技術(shù)人員的終端設(shè)備，實(shí)時(shí)共享問(wèn)題處理界面，進(jìn)而提升工作效率與質(zhì)量安全保障系數(shù)（見(jiàn)圖3）。此外，在整個(gè)項(xiàng)目順利完成之后，以無(wú)人機(jī)搭載的5G 技術(shù)還能通過(guò)航測(cè)的方式檢測(cè)工程完工時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并為工程后續(xù)收尾內(nèi)容提供技術(shù)性的參考，如土方回填，可通過(guò)這種方式確定回填的數(shù)量及壓實(shí)強(qiáng)度等。

圖3 遠(yuǎn)程協(xié)同處理問(wèn)題

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合上述內(nèi)容可以看出，5G 技術(shù)在BIM+城市管廊施工中最突出的價(jià)值表現(xiàn)為能夠大幅提升各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸效率，進(jìn)而使城市管廊施工這種大規(guī)模工程的實(shí)時(shí)管理成為可能。該技術(shù)在城市管廊施工中的應(yīng)用可與BIM 技術(shù)相結(jié)合，除了能夠突破管理工作在時(shí)空條件上面臨的局限、提升工程管控效率之外，也能為工程中各個(gè)崗位上的工作人員提供實(shí)時(shí)且精確的工程數(shù)據(jù)，進(jìn)而為工程所有管理工作提供科學(xué)且合理的參考。