BIM技術(shù)在地下綜合管廊工程中的應(yīng)用研究

翟林

摘要 隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人口增長(zhǎng)與建設(shè)用地不足的沖突日益顯著，合理地利用地下空間尤為重要。為了合理規(guī)劃和有效管理電力、通信、供熱、燃?xì)庖约敖o排水等管線，城市地下綜合管廊已成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要部分。地下綜合管廊具有全線空間狹小、管線密集、運(yùn)維管理要求高等特點(diǎn)。采用BIM技術(shù)可以對(duì)城市地下綜合管廊設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)階段提供可視化技術(shù)支撐，利于優(yōu)化設(shè)計(jì)、縮短工期、方便運(yùn)營(yíng)。文章重點(diǎn)介紹BIM技術(shù)在地下綜合管廊工程設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 地下綜合管廊;BIM技術(shù);設(shè)計(jì)優(yōu)化;施工管理

中圖分類號(hào) TU17;TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0116-03

0 引言

為了合理規(guī)劃和有效管理電力、通信、供熱、燃?xì)庖约敖o排水等管線，我國(guó)正在大力推動(dòng)地下綜合管廊工程建設(shè)。地下綜合管廊工程空間狹小、管線排布密集，對(duì)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)管理均提出了較高要求，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的表達(dá)不夠直觀，可能存在管線碰撞、高程沖突、協(xié)同效率低下等問(wèn)題。BIM技術(shù)是將工程中從設(shè)計(jì)階段、施工階段到運(yùn)營(yíng)階段的信息集成到3D建筑模型中，通過(guò)3D可視化建模技術(shù)協(xié)調(diào)各方工作，提升工作效率。在城市地下綜合管廊工程中引入BIM技術(shù)，可以有效保證綜合管廊工程質(zhì)量，減少返工，節(jié)約成本。

部分學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)在地下綜合管廊工程中的應(yīng)用展開(kāi)了相關(guān)研究，白庶等[1]指出了目前城市地下綜合管廊建設(shè)施工中存在的問(wèn)題，并著重研究了BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段、施工階段以及維護(hù)階段的應(yīng)用價(jià)值。王思琦等[2]通過(guò)Unity3d軟件進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，建立了管廊工程協(xié)同管理平臺(tái)，一定程度上優(yōu)化了管廊工程的協(xié)同管理模式。劉彬等[3]通過(guò)具體的工程實(shí)例分析了BIM技術(shù)在地下綜合管廊中的應(yīng)用效果。張東杰[4]對(duì)基于GIS+BIM的管理平臺(tái)方案進(jìn)行了研究，通過(guò)分析GIS技術(shù)與BIM技術(shù)的融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了管廊工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化。鄒前等[5]基于具體的工程實(shí)例，探討了BIM技術(shù)在施工圖深化設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備和施工實(shí)施等三個(gè)階段的應(yīng)用效果，并對(duì)現(xiàn)有針對(duì)管廊BIM技術(shù)的不足提出改進(jìn)建議。戚欣[6]等重點(diǎn)研究了BIM技術(shù)在地下綜合管廊中施工階段的應(yīng)用，從進(jìn)度控制、成本管理和質(zhì)量安全管理等方面研究了BIM技術(shù)的實(shí)際價(jià)值。陳秋爽等[7]以雄安新區(qū)容東綜合管廊項(xiàng)目為例，遵循雄安新區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，按照管廊特有分解體系，從項(xiàng)目前期制定BIM的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)與有針對(duì)性的解決方案到BIM在施工現(xiàn)場(chǎng)的具體應(yīng)用，系統(tǒng)分析BIM技術(shù)在該項(xiàng)目實(shí)踐中的工作流程，分析項(xiàng)目各階段應(yīng)用BIM技術(shù)解決的項(xiàng)目重難點(diǎn)及創(chuàng)新應(yīng)用點(diǎn)。張曉斌[8]通過(guò)結(jié)合市政工程施工特點(diǎn)，論述了BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及BIM技術(shù)在市政工程中的綜合應(yīng)用現(xiàn)狀。朱偉華等[9]通過(guò)文獻(xiàn)綜述和總結(jié)的方法，分析了BIM的意義、研究現(xiàn)狀和應(yīng)用，分析了BIM技術(shù)在超大跨鋼結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目管理中的重要作用：BIM技術(shù)可以改善超大跨度鋼材，建筑管廊工程構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，使項(xiàng)目管理更加高效。崔平等[10]簡(jiǎn)要分析了BIM在城市綜合管廊PPP項(xiàng)目管理中的應(yīng)用內(nèi)容，結(jié)合城市綜合管廊項(xiàng)目管理問(wèn)題，經(jīng)由構(gòu)建信息化智慧管理平臺(tái)、設(shè)置獨(dú)立的項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu)、建立政府補(bǔ)貼測(cè)算收費(fèi)模型、編制細(xì)化地下空間管理方案，促進(jìn)PPP項(xiàng)目的優(yōu)質(zhì)建設(shè)。

該文依托貴港市城市地下綜合管廊項(xiàng)目，利用BIM技術(shù)對(duì)建設(shè)條件最復(fù)雜的郁林路綜合管廊進(jìn)行應(yīng)用研究。重點(diǎn)對(duì)管廊吊裝口、通風(fēng)口、出線井和四通井等非標(biāo)段節(jié)點(diǎn)進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用BIM動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行技術(shù)交底、提示施工過(guò)程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提升工程安全性，減少返工，節(jié)約成本，取得了較好的工程效果。

1 工程概況

1.1 工程背景

該項(xiàng)目為貴港市城市地下綜合管廊項(xiàng)目，包括三條管廊總長(zhǎng)約10 km，均為兩倉(cāng)矩形斷面（其中綜合倉(cāng)凈寬3.3 m、高壓電力倉(cāng)凈寬1.9 m，凈高1.9 m），入廊管線包括給水、電力通信管線，雨水、污水和燃?xì)夤芫€不入廊。管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。管廊布置在道路北側(cè)側(cè)分帶下面，管廊主體采用明挖現(xiàn)澆工藝進(jìn)行施工。項(xiàng)目竣工投入運(yùn)營(yíng)后可實(shí)現(xiàn)將原本分散布置的電力、通信和給水管道等統(tǒng)一遷入地下綜合管廊。

1.2 工程面臨重點(diǎn)難點(diǎn)分析

（1）管廊基坑離北側(cè)建筑物較多，對(duì)基坑支護(hù)有較高的要求，需針對(duì)性設(shè)計(jì)。

（2）既有現(xiàn)狀道路及管線對(duì)管廊總體方案影響較大。

（3）管廊的倒虹段、通風(fēng)口、吊裝口、逃生口、出線井和四通交叉井等非標(biāo)節(jié)點(diǎn)較多，并且很多節(jié)點(diǎn)為組合節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)處理較為復(fù)雜。

（4）工程規(guī)模較大、施工標(biāo)段多、施工交叉界面較多。

（5）施工涵蓋多專業(yè)交叉，各專業(yè)的協(xié)調(diào)工作量大。

（6）項(xiàng)目工期要求嚴(yán)格，對(duì)各要素協(xié)調(diào)要求高。

（7）深基坑、高大模板等危大工程較多，施工安全管控難度大。

（8）該項(xiàng)目為PPP項(xiàng)目，總投資已確定。由于項(xiàng)目可行性研究報(bào)告批復(fù)的投資估算存在部分漏項(xiàng)，對(duì)造價(jià)控制提出了較高的要求，需限額設(shè)計(jì)。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

該文針對(duì)管廊設(shè)計(jì)和施工中難度較大的通風(fēng)口、吊裝口、出線井和四通交叉井等節(jié)點(diǎn)的BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2.1 BIM模型的建立

項(xiàng)目選用Autodesk Revit軟件進(jìn)行三維建模，建模過(guò)程中需協(xié)調(diào)各相關(guān)專業(yè)建立專業(yè)模型，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化模型。模型初步完成后對(duì)其進(jìn)行沖突檢測(cè)，根據(jù)沖突檢測(cè)報(bào)告對(duì)模型進(jìn)行反復(fù)修正。當(dāng)沖突檢測(cè)通過(guò)后，優(yōu)化施工圖和生成施工作業(yè)模型，并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。主要節(jié)點(diǎn)BIM模型如圖2、圖3和圖4。

2.2 BIM技術(shù)校對(duì)設(shè)計(jì)圖紙

基于BIM技術(shù)生成的3D實(shí)體信息模型可以對(duì)二維施工圖紙進(jìn)行校對(duì)，確保施工之前解決管廊圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。在該項(xiàng)目中通過(guò)BIM模型校對(duì)，發(fā)現(xiàn)了施工圖設(shè)計(jì)中存在的如下問(wèn)題，并進(jìn)行了優(yōu)化：

（1）K3+065處出線井與管廊外雨水支管沖突。將出線井調(diào)整至K3+050解決了上述沖突。

（2）K0+320處吊裝口與通風(fēng)口合建，通風(fēng)口兼做吊裝口，吊裝模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)口尺寸偏小，將原設(shè)計(jì)通風(fēng)井長(zhǎng)度由7.1 m調(diào)整為7.5 m解決了上述問(wèn)題。

（3）郁林路與迎賓大道管廊交叉四通井施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，由于四通井處是非標(biāo)異型段土石方工程量計(jì)算與實(shí)際差別較大，通過(guò)BIM模型修正了工程量，為造價(jià)控制提供了有力支撐。

（4）通過(guò)BIM模擬校對(duì)，郁林路與迎賓大道管廊交叉四通井二維設(shè)計(jì)時(shí)，下層迎賓大道管廊與上層郁林路管廊管線開(kāi)口不滿足給水管線和110 kV電力管線布置要求。通過(guò)調(diào)整上下層管廊聯(lián)系的開(kāi)口位置及尺寸解決了上述問(wèn)題。

2.3 三維動(dòng)態(tài)可視化交底

精心設(shè)計(jì)是保證管廊使用功能的前提，而施工則是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的必經(jīng)階段，同時(shí)也是工程質(zhì)量控制的核心階段。讓施工單位參建人員準(zhǔn)確理解設(shè)計(jì)意圖是確保實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能和高質(zhì)量建設(shè)的重要保障。作為貴港市第一條城市綜合管廊，很多參建人員是第一次接觸管廊，對(duì)非標(biāo)段節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)可視化交底有助于施工技術(shù)人員比較直觀地掌握設(shè)計(jì)意圖。

基于BIM技術(shù)建立的三維模型可以實(shí)時(shí)從各個(gè)角度對(duì)地下管廊進(jìn)行分析觀察，可以通過(guò)BIM模型進(jìn)行放大觀察，可清晰了解各構(gòu)造物之間的平面及豎向關(guān)系、管線與管線之間的排布位置、管廊與外部管線的空間關(guān)系，可以深入了解各節(jié)點(diǎn)的作用，運(yùn)營(yíng)要求。便于更合理地做好施工組織。

2.4 碰撞研究

碰撞研究是BIM技術(shù)應(yīng)用的重要方向，同時(shí)也是BIM技術(shù)應(yīng)用初期最易實(shí)現(xiàn)、最直觀、最易產(chǎn)生價(jià)值的功能之一。碰撞檢測(cè)在地下管廊工程中主要用于檢測(cè)各專業(yè)管線之間的碰撞、主體與其他地下結(jié)構(gòu)的碰撞、主體與管廊外管線的碰撞以及主體與廊內(nèi)管線之間的碰撞。

在該項(xiàng)目中對(duì)建立的管廊BIM模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，專業(yè)之間的沖突、高度方向上的碰撞是考察的重點(diǎn)，根據(jù)BIM模型提供的碰撞檢測(cè)報(bào)告，及時(shí)對(duì)圖紙和模型進(jìn)行修正，可以有效避免施工過(guò)程中的返工、停止施工等情況發(fā)生，很大程度上降低了設(shè)計(jì)變更，保障了工程進(jìn)度。

2.5 BIM技術(shù)對(duì)成本管理的應(yīng)用

利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)地下綜合管廊施工過(guò)程的成本管理，主要體現(xiàn)在項(xiàng)目施工前和項(xiàng)目施工過(guò)程中。

（1）在項(xiàng)目施工之前，利用BIM技術(shù)對(duì)工程量進(jìn)行復(fù)核以掌握更精細(xì)的工程量為成本控制提供良好的基礎(chǔ)。

（2）施工過(guò)程中，利用BIM技術(shù)能有效達(dá)成施工人員、施工材料、施工機(jī)械之間的高效配合，從而達(dá)到控制工程造價(jià)的目的。

（3）在實(shí)際施工過(guò)程中，利用BIM技術(shù)可以將由于設(shè)計(jì)變更導(dǎo)致的工程量和造價(jià)變更實(shí)時(shí)體現(xiàn)出來(lái)，有利于業(yè)主方掌握設(shè)計(jì)變更對(duì)工程造價(jià)的影響，以便及時(shí)調(diào)整計(jì)劃。

2.6 BIM技術(shù)對(duì)施工安全管理的應(yīng)用

通過(guò)可視化的BIM模型，能夠更加真實(shí)有效地對(duì)一線施工人員進(jìn)行安全指導(dǎo)。一旦現(xiàn)場(chǎng)的施工人員發(fā)生安全問(wèn)題時(shí)，可以及時(shí)通過(guò)BIM平臺(tái)上報(bào)安全隱患問(wèn)題，由管理人員及時(shí)收集并上報(bào)安全隱患問(wèn)題，并迅速做出相對(duì)應(yīng)的處理，使問(wèn)題得到有效解決?；贐IM模型的推演，標(biāo)注出容易出現(xiàn)安全問(wèn)題的部位，對(duì)施工人員加以警示，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.7 BIM技術(shù)對(duì)工程驗(yàn)收的應(yīng)用

該項(xiàng)目還開(kāi)展了BIM技術(shù)在工程驗(yàn)收環(huán)節(jié)的應(yīng)用。在工程驗(yàn)收時(shí)，將地下管廊的完成情況與BIM模型進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)分析可能存在的問(wèn)題。若該問(wèn)題會(huì)影響工程整體安全質(zhì)量，則必須馬上進(jìn)行相應(yīng)的整改。

將BIM模型與云平臺(tái)相結(jié)合，形成對(duì)應(yīng)的二維碼，在施工關(guān)鍵部位粘貼，便于驗(yàn)收人員在驗(yàn)收時(shí)了解需要重點(diǎn)關(guān)注的部位，對(duì)其檢查，保證施工效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)在貴港市城市地下綜合管廊項(xiàng)目得到廣泛應(yīng)用。利用BIM技術(shù)可以對(duì)城市地下綜合管廊進(jìn)行3D可視化模擬，為設(shè)計(jì)優(yōu)化、可視化交底、施工成本管控、施工安全管理和竣工驗(yàn)收等提供了重要支撐。經(jīng)過(guò)BIM技術(shù)的模擬、協(xié)調(diào)和優(yōu)化之后，可以有效保證綜合管廊工程質(zhì)量，減少返工，節(jié)約成本。

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展和項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)全過(guò)程管理理念的普及，依托BIM技術(shù)集成項(xiàng)目相關(guān)各要素實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化建設(shè)將成一種創(chuàng)新的項(xiàng)目建設(shè)模式，將為BIM技術(shù)提供更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

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