BIM技術在市政管線數字化施工中的應用研究

【摘要】基于市政管線施工中普遍存在的管線沖突、空間布局不合理等問題，文章探討了建筑信息模型（BIM）技術在數字化施工中的應用。詳細分析了BIM技術的三維建模、碰撞檢測、空間優(yōu)化等功能，闡述了其在管線設計、施工管理與后期維護中的優(yōu)勢與實際效果。結合管線埋深優(yōu)化與協(xié)同工作平臺的使用，分析了BIM在提高施工精度、優(yōu)化資源配置、降低成本方面的作用。研究結果表明，BIM技術通過數字化手段有效解決了管線布置沖突和施工管理難題，顯著提升了施工效率和管理透明度。

【關鍵詞】BIM技術；市政管線；數字化施工；碰撞檢測；施工優(yōu)化

【中圖分類號】TU242 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）02-0028-03

0 引言

市政管線是城市基礎設施的重要組成部分，包括給水管線、排水管線、電力管線、通信管線等，在城市建設和運行中發(fā)揮著至關重要的作用。然而，市政管線的施工時常面臨管線沖突、空間利用不當、施工進度不易控制等問題，給工程質量和施工安全帶來了極大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)施工方式依賴于二維設計圖紙，施工人員對管線的空間位置和相互關系缺乏準確認識，容易導致設計與施工不一致、施工周期延誤以及高昂的成本產生。隨著信息技術發(fā)展，建筑信息模型（BIM）技術作為一種高效的數字化工具，逐漸在建筑、工程和施工領域得到廣泛應用。在市政管線施工中，BIM通過三維建模、碰撞檢測、信息共享等功能，可有效避免管線間沖突，提高設計精度，優(yōu)化施工方案，提升施工效率，降低工程成本[1]。此外，BIM還能通過協(xié)同工作平臺提升項目管理效率和透明度，確保施工的高效和安全。本文重點分析了BIM技術在市政管線數字化施工中的應用，探討其應用優(yōu)勢與面臨的挑戰(zhàn)，并展望其未來的發(fā)展前景。

1 市政管線施工面臨的主要問題與挑戰(zhàn)

1.1 管線沖突與設計缺陷

在市政管線施工中，管線沖突是不可忽視的問題。由于缺乏有效的可視化工具，在設計時管道系統(tǒng)易產生重疊或交叉現象，這些沖突通常會暴露在施工現場，導致施工進度停滯。施工人員無法在施工前準確識別此類問題，在施工過程中會造成返工現象，既浪費時間，又增加施工成本。管線設計時，管道排布通常不合理，導致管道間交錯及空間浪費。此類不當設計使管線無法在預定的空間內協(xié)調布置，進而影響施工流暢性。為解決此類問題需要在設計階段采取更細致的規(guī)劃，確保管線系統(tǒng)的優(yōu)化布局，并對每個管道空間需求做出精準預判。

1.2 空間利用與管線埋深問題

市政管線施工涉及多系統(tǒng)布置。例如，給水管、排水管、電力管線和通信管道等。市政管線布置應在有限空間內合理安排，才能確保各系統(tǒng)順暢運行。尤其在城市環(huán)境內，由于地下空間緊張，管線的空間布局尤為重要。若空間利用不當，不僅會影響管線的功能性，還可能導致后期維護困難。管線間的距離、排列順序、埋設深度等細節(jié)，都會對施工過程產生影響[2]。

1.3 施工安全與進度管理難度

傳統(tǒng)市政管線施工方式通常依賴人工操作和傳統(tǒng)的測量方法，施工人員在現場操作時，通常對管線的準確位置和布局缺乏足夠了解。施工誤差和操作不當時有發(fā)生，特別是在復雜地形或狹小的施工空間中，安全隱患也隨之增加。例如，施工人員可能因對管線布置的理解不充分而誤挖或誤裝管道，造成管道損壞或漏水等問題，進一步加大了工程風險。此外，市政管線施工通常涉及多個環(huán)節(jié)，需要協(xié)調不同工種的施工人員。傳統(tǒng)的施工進度管理方式通常難以實時掌握施工進展，易導致某些環(huán)節(jié)出現延誤。尤其在復雜的城市環(huán)境中，由于施工空間狹窄，地形不規(guī)則等原因，施工難度較大，造成工程延誤和成本的增加。而施工安全管理和進度控制的不足，使項目實施過程存在較大不確定性，同時也增加了工程管理的難度。因此，如何確保施工的安全性和進度，成為施工管理中的重要任務[3]。

2 BIM技術在市政管線施工中的應用原理

2.1 BIM建模原理與基本流程

BIM是一種基于數字化建模的技術，它通過精確的三維模型對建筑和工程項目進行全面管理和優(yōu)化。在市政管線施工中，BIM技術的應用始于設計階段。在這一階段，BIM將各類管線、設施及其他建筑要素以三維數字化方式集成，為后續(xù)施工提供基礎數據。建模過程包括從二維圖紙向三維模型的轉化，通過精準的幾何數據、材質信息、管道尺寸等，構建完整虛擬空間。這種建模方式不局限于靜態(tài)展示，還融入了管線物理屬性和施工要求，使施工人員可以從虛擬模型中直接獲取施工所需要的信息。在設計階段，BIM通過不同學科的協(xié)同工作將管線布置和設計逐步細化，形成高精度數字化平臺。設計人員可借助BIM工具進行多方案比對，確保各類管線布局最優(yōu)化。在施工階段，BIM不僅為施工人員提供準確的管線位置和尺寸，還可通過集成系統(tǒng)支持項目管理者對進度、成本和質量進行實時監(jiān)控[4]。使設計到施工的每個環(huán)節(jié)都能得到高度的數字化支持和協(xié)調管理，大幅提高施工準確性和效率。

2.2 碰撞檢測與管線優(yōu)化設計

BIM技術最具優(yōu)勢的應用之一是碰撞檢測。在市政管線施工中，這一功能發(fā)揮了巨大作用。由于市政管線通常涉及多類型管道和設施，布局相對復雜，易出現交叉或重疊現象。這不僅增加了施工難度，還可能影響后期的維護管理。在傳統(tǒng)施工模式中，通常在施工現場才被發(fā)現，導致返工和延誤。而通過BIM的碰撞檢測功能，設計人員可以在施工前提前發(fā)現管道間的沖突問題，并通過優(yōu)化設計提前解決。BIM的碰撞檢測技術能實時掃描整個三維模型，自動識別管線與其他設施（如建筑結構、電力管道、其他市政設施等）間的碰撞點。當檢測到潛在沖突，BIM系統(tǒng)會發(fā)出警示，并提出優(yōu)化方案。例如，調整管道布置，改變管線走向或重新安排管道安裝順序等。這一過程大幅減少了現場的施工干擾，可避免返工及材料浪費。此外，利用BIM的可視化優(yōu)勢，施工人員可通過3D視圖直觀了解每根管線的具體位置，從而優(yōu)化施工順序，確保不同管線間的合理間距，有效避免交叉碰撞和重復施工。

2.3 空間布局與管線埋深優(yōu)化

市政管線的施工涉及多個不同類型的管道系統(tǒng)，合理的空間布局和管線埋深是確保施工順利進行的關鍵。在傳統(tǒng)施工中，由于對管線深度和空間需求的認知不足，施工過程中常出現空間浪費、管道埋設過深或過淺的問題，可能影響管道功能和后期的維護工作。BIM技術通過精確的三維建模，能有效解決這些問題。通過BIM建模，設計人員可直觀查看各類管線的空間布局，確保每條管線的走向、深度和位置都符合設計要求。在管線的埋設深度上，BIM技術通過詳細的標高數據和深度優(yōu)化分析，幫助設計師合理安排管線埋設，避免埋設過淺或過深。特別是在復雜的城市環(huán)境中，BIM可通過提供三維標高示意圖，清晰展示管線的埋設位置，幫助設計和施工人員更好地理解和掌握埋設的深度要求，確保管線間的距離和空間不被浪費。例如，通過BIM的空間布局優(yōu)化，施工人員可在項目實施前，模擬出不同管道系統(tǒng)間的交錯關系，確保每個系統(tǒng)的管道都能在既定空間內得到最大化利用。在精確的空間安排下，不僅提高了施工效率，還能有效避免管道在施工或使用過程中因位置不當而產生的故障和問題[5]。

2.4 提高施工效率

BIM技術不僅是一個設計工具，它還在施工過程中扮演著重要角色。通過BIM技術，施工人員能實時獲取管線具體信息，包括管道材質、尺寸、布置方案等。通過信息流的傳遞，不僅能提高施工精確度，還能加快施工進度。通過數字化的施工管理，BIM技術使項目各方（設計師、施工人員、項目經理等）能在同一平臺上共享數據，實現信息的無縫對接。BIM還通過優(yōu)化施工流程，減少了不必要的返工，進一步提高工期控制能力。

3 BIM在市政管線施工中的數字化管理與協(xié)同工作

3.1 數據共享與協(xié)同工作平臺

BIM技術的最大優(yōu)勢之一是能實現不同專業(yè)間的信息流通。在市政管線施工項目中，不同團隊如設計、施工、監(jiān)理等應協(xié)同合作，處理復雜的管線系統(tǒng)和施工要求。通過BIM，所有團隊成員可在一個集成平臺上共享數據，實現無縫連接。這樣的信息共享使設計更透明，減少了溝通上的誤解和錯誤，確保每個環(huán)節(jié)的高效對接。隨著云平臺技術的普及，BIM可實現實時更新，所有涉及市政管線施工的成員都能在云平臺看到最新的設計和施工信息。例如，設計團隊進行設計修改后，施工團隊可即時看到變化，并根據新的數據調整施工進度和方法。通過協(xié)同工作平臺，施工現場的變化、進度更新或設計變更都能得到及時處理。更重要的是，這種信息流通不僅是單向的，更是多向交互的，意味著設計師、施工人員和項目管理者都能在同一平臺上同步工作、優(yōu)化決策。這種數字化協(xié)同工作大幅提升了團隊間的合作效率。項目各方能在一個集中的平臺上快速獲取信息、反饋問題和解決疑慮，不僅減少了項目的不確定性，也有效避免了因信息延遲或溝通障礙帶來的錯誤，從而提高了項目整體的施工質量和進度。

3.2 施工監(jiān)控與進度管理

BIM不僅是一種設計工具，它在施工過程中也能發(fā)揮巨大作用，尤其在施工監(jiān)控和進度管理方面。施工管理中，控制進度是項目成功的關鍵，而BIM技術為項目經理和施工團隊提供了精準的進度跟蹤和問題預警功能。通過BIM，施工團隊可實時獲取關于管線布局、施工方法、進度計劃等重要信息，確保施工按計劃推進。此外，BIM能與進度管理軟件結合，提供詳細的施工階段和任務安排，幫助施工團隊對每個環(huán)節(jié)進行時間管理。例如，團隊可在BIM中查看各類管線的安裝計劃，并根據施工進展及時調整計劃。通過可視化施工過程，管理人員不僅能監(jiān)控每項任務的進展，還能分析潛在的延誤風險，進而提前采取措施調整，避免因施工延誤而影響整體項目進度。

3.3 后期維護與設施管理

BIM技術的一個顯著特點是它不僅在設計和施工階段發(fā)揮作用，還可為后期設施的維護和管理提供極大便利。在市政管線施工中，管道系統(tǒng)的后期運營和維護是不可或缺的一環(huán)。利用BIM技術，施工完成后的管線信息能持續(xù)更新，并為未來的維護工作提供精確的數據支持。通過BIM，市政管線的所有信息，包括管道位置、尺寸、材質、使用年限等，都可在數字化平臺上存檔。這使城市管網的管理者能隨時獲取最新管道狀態(tài)，無論是日常檢查還是突發(fā)的維修需求，都可快速找到管道具體位置和相關信息，極大提高了維護的效率。

3.4 BIM實施中的技術與管理難點

盡管BIM技術在市政管線施工中具有諸多優(yōu)勢，但其實施過程仍然面臨一些技術和管理上的難點。在技術層面，BIM建模的準確性和完整性是關鍵問題。市政管線系統(tǒng)通常較復雜，涉及的管道、設備種類繁多，如何將所有元素精確地轉化為BIM，確保模型的高質量和高精度，是一個技術難題。此外，由于市政管線系統(tǒng)通?？缭蕉鄠€專業(yè)領域，如何實現不同專業(yè)領域的數據集成和協(xié)同也是一個技術上的挑戰(zhàn)。在管理層面，盡管BIM在提升施工效率和減少成本方面表現突出，但其成功應用仍需要項目團隊成員具備較高的技術水平。許多施工人員對BIM技術的接受度較低，且在實際應用中，可能存在對BIM工具操作不熟悉或理解不足的情況，這直接影響了BIM的效果。因此，在實際操作中，如何加強對施工人員的BIM培訓和技術支持，是實現BIM技術應用的關鍵。

4 結語

BIM技術在市政管線施工中的應用為傳統(tǒng)施工方法帶來了革命性變革，通過數字化建模、信息共享、碰撞檢測等功能，極大提升了施工精度和效率。在管線設計、施工管理及后期設施維護等各階段，BIM不僅優(yōu)化了資源的利用和施工過程，還為項目的全過程管理提供了可靠的數字支持。通過協(xié)同工作平臺，施工團隊能實時共享數據，確保各專業(yè)間無縫對接，從而降低了誤差和返工風險，節(jié)約了成本。然而，BIM技術的廣泛應用仍面臨一定的技術與管理難題，包括高質量建模的要求、數據集成的復雜性以及施工人員對新技術的適應性問題。盡管如此，隨著技術的不斷發(fā)展和行業(yè)標準的逐步完善，BIM在市政管線施工中的潛力將逐步釋放，推動整個行業(yè)邁向更智能化、數字化的未來。

參考文獻

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[5] 趙長慶，高興勇.基于AHP的BIM在復雜管線改遷方案中的應用[J].建筑技術，2023，54（14）：1771-1775.

[作者簡介]高帷峻（1985—），男，廣西岑溪人，本科，高級工程師，研究方向：道路與橋梁、隧道技術教學與施工。