基于建筑信息模型技術(shù)裝配式檢查井在市政工程中的應(yīng)用

文／董奪 中國五冶集團裝飾工程有限公司 四川成都 610051

引言：

隨著計算機技術(shù)的普及和發(fā)展，土木工程中智能化方法的運用極大地促進了施工技術(shù)和管理水平的提高，從而促進了施工學(xué)科的進步和不斷發(fā)展。通過在土木行業(yè)建筑工程施工中引入BIM技術(shù)的工程實踐證明，在建筑工程施工中應(yīng)用BIM技術(shù)已經(jīng)成為可能。

現(xiàn)代建筑信息模型技術(shù)與綠色建筑施工管理的融合是發(fā)展趨勢，采用BIM技術(shù)顯著提高了項目施工效率,項目節(jié)約了大量的工期和返工。當(dāng)前BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域里也得到了廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了更加精益、綠色的施工模式。同時在市政工程中，傳統(tǒng)檢查井仍以磚砌井的方式為主，其運輸能耗大、現(xiàn)場損耗多，環(huán)境污染嚴重，獨立養(yǎng)護成本高，促使建筑方式朝著生態(tài)化發(fā)展已迫在眉睫，因此發(fā)展裝配式建筑是我國推進供給側(cè)改革和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的著力點[10]。

大型市政工程的特點，對市政構(gòu)筑物的施工建造提出了更高要求[13]。建筑信息模型技術(shù)（Building Information Modeling，BIM）是用三維數(shù)字技術(shù)作為基礎(chǔ)，將建設(shè)工程項目中所有相關(guān)的信息集成工程數(shù)據(jù)模型[14]，從而進行諸如工程化管理、工程監(jiān)理、物業(yè)管理、設(shè)備管理、數(shù)字化加工等功能，業(yè)內(nèi)已將之視為建筑行業(yè)應(yīng)用CAD 以后的第二次創(chuàng)新[2]。BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域起步較早，且已取得了一定的成效，但在市政工程領(lǐng)域的應(yīng)用和研究卻相對較少。本文對BIM技術(shù)裝配式管網(wǎng)在市政工程中的應(yīng)用進行闡述，旨在分析傳統(tǒng)方式與BIM技術(shù)的比較以及傳統(tǒng)方式與BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、裝配式檢查井的優(yōu)缺點等，為BIM技術(shù)的裝配式管網(wǎng)安裝在市政工程中的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1、現(xiàn)階段BIM技術(shù)在施工管理上的應(yīng)用

近些年，香港、日本、美國等國家在建筑工程方面應(yīng)用BIM技術(shù)獲得成果較多。將該技術(shù)應(yīng)用于施工管理，極大降低了成本、縮短了工期，提高了工程質(zhì)量，是促進建筑行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和快速發(fā)展的重要工具。利用BIM技術(shù)研究建筑工程的施工，可使工程項目的管理精細化，促進建筑技術(shù)的進步。現(xiàn)階段BIM技術(shù)在施工管理方面的應(yīng)用可以概括為以下幾個方面：(1) 施工虛擬:利用BIM 施工虛擬，能通過可視化效果了解施工的過程及最終結(jié)果，盡可能降低管理成本，減低成本、減少風(fēng)險。(2) 建筑構(gòu)件建模:在施工過程中可依據(jù)建筑圖紙，分解整體工程，建立三維構(gòu)件模型，將構(gòu)件的重量、體積、尺寸、采用的材料類型、型號記錄下來，最終確定施工方法，有助于構(gòu)件在施工現(xiàn)場進行安裝和施工。(3)施工現(xiàn)場建模: 建立虛擬施工現(xiàn)場的全真五維模型可協(xié)助管理者可更加直觀、便利的分析現(xiàn)場狀況，查找潛在問題，制定更加可行的施工方案，利于提高效率、減少傳統(tǒng)施工現(xiàn)場布置方法中存在漏洞的可能，盡早發(fā)現(xiàn)施工方案和施工圖設(shè)計的問題，增加現(xiàn)場施工的安全性提高生產(chǎn)效率。(4) 驗證施工方法過程:BIM 技術(shù)可以全真模擬運行整體施工全程，為我們展現(xiàn)每一施工活動，便于及時發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)問題提出新的方法，并模擬新的方法進行驗證，看其可行行，識別并有效解決工程的施工風(fēng)險和問題。(5)材料費用控制: 工程預(yù)算中應(yīng)用 BIM 模型導(dǎo)出數(shù)據(jù)，可據(jù)此進行施工決算和造價控制。(6)施工組織控制: 項目管理人借助 BIM 技術(shù)模擬施工組過程，直觀顯現(xiàn)施工進程中的關(guān)鍵工序和時間節(jié)點，清晰把握施工難點和要點，從而優(yōu)化完善施工方案，增加方案實施安全性，也使施工效率得到提高。(7)建設(shè)工程質(zhì)量管理:BIM設(shè)計使圖紙實現(xiàn)數(shù)字化，利用計算機優(yōu)勢在整理數(shù)據(jù)、進行檢索和判別諸多方面發(fā)揮優(yōu)勢。通過BIM模型和施工方案集成虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)，仿真實驗建設(shè)項目的可建設(shè)性，便于事現(xiàn)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。(8) 管理建設(shè)工程進度：BIM可以按月、周、天直觀顯示工程進度計劃。便于工程管理人員進行不同施工方案比較，選擇符合進度要求的施工方案；也發(fā)現(xiàn)工程計劃進度和實際進度的偏差，及時進行調(diào)整。

1.1 傳統(tǒng)管理模式

傳統(tǒng)管理模式是以利潤為導(dǎo)向形成的管理思想和管理行為，把人力資源看作效率的工具，它更重控制，重制約，重制度、重規(guī)范等。

沒有傳統(tǒng)的管理模式，項目工作流程銜接不緊密，上下團隊溝通不暢，項目經(jīng)理無法實時了解項目情況。大部分時間是在溝通中迷失或不溝通造成的主要問題。項目作業(yè)者無法充分利用空閑期，導(dǎo)致項目前期和中期空缺嚴重，后期完趕工。這既會影響項目質(zhì)量也會影響項目整體進度，增加項目風(fēng)險，使項目進度、質(zhì)量和成本之間的關(guān)系失去平衡。

1.2 BIM技術(shù)

BIM，即建筑信息模型技術(shù)(Building Information Modeling，BIM) 是一項軟件性工具， 是一種基于建設(shè)項目相關(guān)信息的各種數(shù)據(jù)進行有效管理的新模型。打造跨越項目設(shè)計、施工和運營管理全生命周期的工作或運輸平臺，實現(xiàn)項目一體化管理和各種信息源的實施，可有效提升項目管理水平。具有可視化、協(xié)同性、模擬性、可出圖性等優(yōu)勢，在建筑工程建設(shè)生命整個周期廣泛應(yīng)用。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)用BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)信息的全面收集與處理，并以計算機為載體，實現(xiàn)了設(shè)計圖紙從二維平面向三維模型的轉(zhuǎn)變[13]。在工程建設(shè)項目設(shè)計時，協(xié)調(diào)各個專業(yè)設(shè)計師之間的關(guān)系，減少初期設(shè)計階段溝通不暢造成的損失，大大減少學(xué)科之間的沖突。借助BIM技術(shù)完成不同的三維建筑模型的構(gòu)建（其中一般包括不同的建筑構(gòu)件，如墻、門和窗，同時分不同方向，包括建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、弱電、強電、灑水、消防等）。通過分析模型數(shù)據(jù)完成參數(shù)設(shè)計，以實現(xiàn)對設(shè)計圖紙可行性檢驗，優(yōu)化調(diào)整各項參數(shù)，最大限度提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，從而為后期建筑施工安全穩(wěn)定提供可靠依據(jù)[13]。

隨著我國對BIM技術(shù)的深入理解和應(yīng)用，在市政工程設(shè)計中，BIM技術(shù)的作用隨著市政工程的飛速發(fā)展，設(shè)計難度也在逐漸加大。

2、裝配式檢查井

裝配式建筑市場發(fā)展迅速，其建筑工期短、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢明顯，裝配式建筑得到相關(guān)政策保障，市場發(fā)展更加平穩(wěn)，帶動了一批企業(yè)投入到裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化的研究和實踐中[11]。其中裝配式檢查井也應(yīng)運而生。裝配式預(yù)制鋼筋混凝土檢查井由1100毫米高的底座作為基本支撐，500、300、200毫米高井身高度調(diào)節(jié)圈、配套井圈井蓋等部件組成。采用BIM技術(shù)解決方案，搭建市政管線、地質(zhì)、道路等模型，借助BIM可視化效果表現(xiàn)手段，可對全線進行BIM三維設(shè)計。從檢查井綜合圖紙復(fù)核、專業(yè)配合協(xié)調(diào)、設(shè)計變更協(xié)同、竣工圖制作等方面，革新傳統(tǒng)檢查井方法，可使設(shè)計、施工方案與工程實際完美結(jié)合[16]。

當(dāng)前，在市政工程領(lǐng)域，我國在研發(fā)并應(yīng)用預(yù)制混凝土檢查井方面已取得成功。北京市政專業(yè)設(shè)計院和北京市政工程研究院經(jīng)過對國外先進的研發(fā)、生產(chǎn)和工程應(yīng)用經(jīng)驗的學(xué)習(xí)，完成《預(yù)制裝配式鋼筋混凝土排水檢查井》（05SS521）國家建筑標準設(shè)計圖集，是國內(nèi)較早進行研究和開發(fā)預(yù)制裝配式混凝土檢查井的單位，國內(nèi)也有一部分地區(qū)初步完成了預(yù)制裝配式檢查井地方性標準化生產(chǎn)、實踐的技術(shù)基礎(chǔ)建立，但尚未形成預(yù)制裝配式檢查井的設(shè)計和應(yīng)用的相關(guān)國家或行業(yè)標準，仍未實現(xiàn)大面積推廣應(yīng)用。

2.1 傳統(tǒng)檢查井現(xiàn)狀

目前，影響排水管道建設(shè)的主要障礙是傳統(tǒng)磚砌檢查井。這種形式的檢查井施工速度不快，不符合快速施工、文明施工、要求，還在較大成都上影響城市交通和環(huán)境。而且質(zhì)量和耐久性較差，磚井強度低，尤其是在檢查井和塑料管的交接處，容易發(fā)生滲漏。同時缺少專業(yè)技能的施工人員，相當(dāng)數(shù)量施工的人員都由農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移而成，文化和綜合素質(zhì)較低[12]。

傳統(tǒng)檢查井施工時，場地狹小，拆遷量大，地下管線復(fù)雜，常規(guī)二維平面的設(shè)計方式因自身技術(shù)條件限制，難以清楚表達設(shè)計理念，易出現(xiàn)諸多錯、漏、碰、缺，既不能很好地滿足設(shè)計人員的需要，也不利于各專業(yè)間的數(shù)據(jù)匯聚，在與項目其他參與方溝通時產(chǎn)生諸多不便[16]。檢查井施工實際位置與設(shè)計圖紙不一致，存在誤差，且因市政工程建設(shè)性質(zhì)為“短、平、快”，利用BIM的信息技術(shù)“可視化”提前進行圖紙復(fù)核將大大減少信息傳遞過程中的丟失及重建，并能幫助工程參與者提高決策正確性和效率。通過上海的一份研究報告，可以分析出沙區(qū)管道坍塌的原因是接口面滲漏和檢查井損壞。同時，傳統(tǒng)檢查井使用粘土磚，消耗了寶貴的土地資源，不符合土地和國家的環(huán)保政策。

2.2 裝配式檢查井優(yōu)勢

裝配式檢查井以建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）技術(shù)作為技術(shù)支撐，在設(shè)計環(huán)節(jié)對市政工程中檢查井的建筑建造期間及完成后可能產(chǎn)生的問題警醒預(yù)測，確定現(xiàn)階段各項優(yōu)化任務(wù)，能有效避免返工或資源消耗。

比較傳統(tǒng)磚砌井，裝配式檢查井的優(yōu)點可概括為以下幾個方面：(1)廠家預(yù)制質(zhì)量穩(wěn)定：在工廠制作預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井的配品，采用干式作業(yè)在現(xiàn)場施工，可以全面保證產(chǎn)品性能和質(zhì)量；(2)提高勞動生產(chǎn)效率：縮短建設(shè)周期、使生產(chǎn)成本降低，大大節(jié)約管理費用和人工，，明顯提升綜合效益，可將大量的工人從現(xiàn)場繁重的砌筑工作中解放出來，極大的節(jié)約了人工成本；(3)解決施工生產(chǎn)誤差：利用BIM模擬，在虛擬環(huán)境中體驗建筑施工的過程，排除可能產(chǎn)生的問題，對復(fù)雜的重要市政項目十分適用。同時集成配品裝配化生產(chǎn)方式，施工生產(chǎn)的模數(shù)接口問題和誤差得到有效解決，能推動工業(yè)化生產(chǎn)和管理與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展；(4)方便施工后期維護：后期運營維護難度的降低，為部品全壽命期更新創(chuàng)造了可能；(5)節(jié)能、環(huán)保，符合時代：降低了浪費原材料，施工的噪聲建筑垃圾和粉塵等環(huán)境污染也大為減少。同時由于建筑信息模型包含了所代表的建筑物的詳盡信息，因此為建筑信息模型的進一步應(yīng)用創(chuàng)造了條件；BIM令工程項目更加透明，為預(yù)防偷工減料、規(guī)范建筑市場發(fā)揮作用。(6)虛擬現(xiàn)實設(shè)計：BIM裝配式檢查井的價值，在施工之前的設(shè)計施工圖階段，已利用BIM進行虛擬體驗施工，解決了可能產(chǎn)生的問題或錯誤，這使整體工程付出的代價最低。

2.3 需要解決的問題

建筑信息模型技術(shù)的裝配式檢查井具有良好的前景，但在市政工程中的應(yīng)用也存在一些問題：(1)缺乏標準：由于BIM技術(shù)在市政工程建設(shè)的設(shè)計中剛剛起步，還沒有具體的規(guī)范體系。因此，在目前的應(yīng)用中很難達到統(tǒng)一的標準要求。同時，BIM技術(shù)需要高度專業(yè)的軟件配合。目前，由于缺乏標準的數(shù)據(jù)法規(guī)，難以滿足不同的數(shù)據(jù)共享，因此沒有使BIM技術(shù)發(fā)揮自身的優(yōu)勢。(2)軟件局限性：在當(dāng)前的BIM技術(shù)應(yīng)用過程中，存在著軟件相關(guān)的問題。這個問題的主要原因是軟件設(shè)計復(fù)雜。此外，建筑市政工程還有很多設(shè)計方法和形式。在方法轉(zhuǎn)換上還有很多不同，沒有基于數(shù)據(jù)交換的統(tǒng)一標準。因此，我國的市政建設(shè)需求與BIM技術(shù)的應(yīng)用不能統(tǒng)一。(3)人才缺乏：影響市政設(shè)計水平的主要因素是人才。BIM技術(shù)是一項比較高的技術(shù)，也是未來會普遍使用的技術(shù)。在路橋設(shè)計上，這項技術(shù)應(yīng)用時間不長，因此缺乏該領(lǐng)域的專業(yè)人才；(4)環(huán)境影響：市政工程中施工場地范圍廣，土方挖填量大，預(yù)埋件數(shù)量多、要求預(yù)埋件安裝精度高，同時現(xiàn)場施工障礙多，地塊交叉施工多，進度管理難度大。

2.4 應(yīng)對措施

針對市政道路工程設(shè)計中面對的困難問題，通?？梢酝ㄟ^以下幾個方面應(yīng)對：

（1）建立行業(yè)相關(guān)標準：目前，各設(shè)計部門BIM軟件類型應(yīng)用較多，相關(guān)技術(shù)人員開發(fā)的接口和插件也有不同，不便于彼此之間的交流，設(shè)計結(jié)果評定標準不完善。（2）相關(guān)行業(yè)的兼容：既然目前存在較為突出的問題，就需要如市政設(shè)計、規(guī)劃等部門加強該技術(shù)的應(yīng)用，便于相關(guān)數(shù)據(jù)的對接。另外，在設(shè)計中對于數(shù)據(jù)信息的精準性和地貌、地形等的要求較高，未來對該技術(shù)的兼容性進行提升，或者結(jié)合GPS技術(shù)進行應(yīng)用。（3）加快人才培訓(xùn)：通過各種渠道和方式提升人員的技術(shù)水平。工程的管理人員需要組織員工統(tǒng)一進行培訓(xùn)，對員工的相關(guān)技能進行培訓(xùn)?？梢酝ㄟ^應(yīng)用實際案例來訓(xùn)練，在訓(xùn)練中需要找出不足和問題，并有針對性的采取對策進行解決，不斷提升員工的專業(yè)技能，提升培訓(xùn)的有效性。

結(jié)語：

隨著技術(shù)的發(fā)展，目前推進BIM，依托模型對工程設(shè)計進行分析，有效地解決了傳統(tǒng)設(shè)計、施工過程中存在的問題，提高了工作效率。友好的可視化界面和數(shù)據(jù)庫處理能力，使其可以以一種更為直觀的方式去應(yīng)對施工過程中存在的問題。結(jié)合上述分析，針對市政綜合項目，在工期緊、任務(wù)重、設(shè)計專業(yè)多的背景下，既想保證工程設(shè)計安全可靠，完要多快好省的進行施工，保證收益的最大化，利用BIM技術(shù)在排水管道工程中的應(yīng)用實例，再次證明將BIM技術(shù)應(yīng)用在市政裝配式檢查井項目，既能提高項目整體施工水平，完能促進我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展。

雖然目前我國基于BIM技術(shù)等技術(shù)的裝配管網(wǎng)應(yīng)用不廣泛，在技術(shù)領(lǐng)域和與市政工程建設(shè)的融合方面還存在較大差距，但隨著國家科技的不斷進步，專業(yè)設(shè)計技術(shù)人員對BIM技術(shù)的深入研究，這種基于建筑信息模型（BIM）技術(shù)的預(yù)制管網(wǎng)將在不久的將來得到廣泛應(yīng)用，為行業(yè)國家建設(shè)提供巨大助力。通過BIM技術(shù)的重要性和完備性來完成協(xié)同，加快施工進程，同時可以有效提高施工水平和效率，達到市政工程施工的預(yù)期效果。