BIM技术在综合管廊设计中的应用<br/>——以苏州城北路综合管廊为例

BIM技术在综合管廊设计中的应用
——以苏州城北路综合管廊为例

2018-09-10张琪峰

城市道桥与防洪 2018年7期

张琪峰

（悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏苏州 215123）

0 引言

综合管廊是一种将城市管线进行集中敷设的结构物，可避免路面的反复开挖，同时有利于对管线进行运营维护[1]。BIM（建筑信息模型的简称）技术是将一个建设项目在整个生命周期内的所有几何特性、功能要求与构件的性能信息综合到一个单一的模型中。同时这个单一模型的信息中还包括了施工进度、建造过程的过程控制信息。

BIM技术可广泛应用于综合管廊的规划、设计、施工和运维[2]，其可视性、优化性、协同性、模拟性等特点可优化管廊设计成果，有效控制管廊建造，降低成本、缩短工期，并为管廊运维提供基础数据，实现智能化管理。据美国斯坦福大学的设施工程整合中心对32个采用BIM的项目统计分析[3]，得出BIM效益有下列五项：将未列在预算中的变更量减少达40%以上；建造成本估算的准确度在3%以内；成本估算所需时间缩短了80%；因事先进行冲突检查而节省了10%的合同金额；平均工期缩短超过7%。

本文主要研究BIM技术在综合管廊设计阶段的应用，以苏州城北路管廊为例，通过BIM正向建模直观展现管廊构造、校验二维设计成果，提高设计质量，提升设计效率[4]。

1 BIM应用特点与目标

1.1 BIM应用特点

在BIM应用领域，通常可将工程分为两大类：节点工程和线路工程。节点工程（如单体建筑、车站等）的特点是通过轴网和标高定位，单个项目的占地面积往往不是很大。与之相比，线路工程（如城市道路、公路、铁路等）的定位方式是里程和纵断面，项目范围通常覆盖数千米，与地形的关系紧密。

综合管廊工程是包含标准段和各类功能节点（通风口、吊装口、人员出入口、管线分支口、交叉口、端部井等）的组合体[5]，如图1所示。它兼具了节点工程和线路工程的特点[6]，它总体上跟线路工程相似，通过里程和纵断面定位，占地范围大，同时其功能节点又与节点工程很相似。因此将BIM技术应用于综合管廊设计必须综合处理好它的线路特性和节点特性。

图1 综合管廊BIM模型示例

1.2 BIM应用目标

本文的研究实践是以苏州城北路管廊为项目背景，BIM建模和应用过程紧跟设计过程，对二维设计成果快速更新和反馈，并及时向有关专业发布问题和建议。

该项目中制定的BIM应用目标是：在探索BIM技术于综合管廊设计全过程应用的框架下，重点解决BIM设计流程、BIM建模和设计优化的问题[7]。

2 BIM应用成果

2.1 BIM建模应用一般流程

将管廊工程的BIM设计分成总体设计和节点设计两部分，如图2所示。总体设计由于涉及到平、纵、横，需要用路线软件Civil 3D进行设计建模，而节点设计可直接在Revit项目文件中设计建模。然后用一个Revit组装项目文件来整合标准段模型和节点模型，形成综合管廊的BIM模型文件，作为BIM应用的基础模型。

图2 BIM建模与应用一般流程

场地模型建模，本文建议采用Roadleader，因它对水系、建筑物建模更加高效。场地模型可以整合到Revit，也可根据应用需求直接在其他BIM应用软件中整合。

2.2 BIM设计建模

如前所述，管廊工程分为标准段和节点段，考虑到节点需要单独出构造图、钢筋图，因此节点往往按照平的建模，而实际上管廊处处有坡度，这就导致节点段与标准段在接缝处会有高差。本文采用的方法是将标准段在与节点的接缝处微调标高，使其与节点标高一致。Civil 3D模型可以作为全线管廊的标高参照模型，但是不能用作管廊结构模型，标准段模型需要另外创建。

管廊全专业整合模型通过工作集中心文件的方式进行协同设计建模，如图3所示。

图3 工作集方式协同设计建模

场地模型采用Roadleader进行建模，包括地形、水系、建筑、市政道路、影像图等，如图4所示。

图4 场地模型

2.3 拓展应用

本文针对综合管廊BIM设计的应用主要有BIM出图与算量、图纸检查与优化设计、施工工序模拟、可视化技术交底等。

2.3.1 BIM辅助出图与算量

Revit可直接对模型进行剖切出图，目前已能实现全部模板图和部分钢筋图的绘制，如图5所示，满足行业出图规范要求；同时也能通过生成三维视图，完善图纸表达内容，增强图纸可读性。

图5 BIM出图

在模型创建准确的前提下，Revit的自动算量精确度很高，可以满足工程算量和造价计算的要求，如图6所示。

图6 BIM算量

2.3.2 图纸检查与优化设计

在根据图纸建模的过程中，需要参考各专业的图纸，当把各专业内容整合到同一模型中，很容易发现各专业矛盾的地方。常见问题的类型有缺少关键标注数据、数据之间相互矛盾、模型碰撞、图纸绘制有误等。

在城北路管廊项目的设计建模过程中，就发现了诸多错误，部分问题如图7所示。通过发现并修改这些问题，提升了设计质量。

图7 图纸问题检查

2.3.3 施工工序模拟

苏州城北路管廊上跨穿越轨道2、4号线，为控制在管廊施工期间对运营地铁的影响，工程采用分基坑开挖的施工方案。利用已有BIM结构模型，并创建基坑模型，对施工方案进行全过程模拟，为方案的顺利论证通过提供了有效依据，如图8所示。

图8 跨越轨道施工方案模拟

2.3.4 可视化技术交底

当管廊舱室较多时，管廊节点较为复杂，单看二维图纸很难理解节点构造，难以制定全面、完善的施工方案，也不容易发现问题。当有BIM模型作为技术交底文件，施工单位可以很快理解结构构造，快速制定施工方案，如图9所示。

图9 管廊节点模型可视化技术交底

2.4 二次开发

Revit软件的自带功能主要针对房建领域，对于综合管廊没有特殊考虑，通过二次开发使得Autodesk Revit能更加贴合综合管廊的特点进行使用。在Revit现有功能的基础上，结合综合管廊设计的特点，开发综合管廊标准段和各类功能节点的快速参数化设计方法，提高设计效率。

该插件功能分为四大模块：通用功能、标准段、管廊节点和附属设施（见图10）。通用功能模块主要解决管廊基本单元的常规模型处理，如“应用剪切”，就是处理梁、板、柱、墙的相互剪切关系；标准段模块主要阶段管廊标准段的创建，既能在Revit中直接创建，也能通过读取Civil 3D的数据进行创建；管廊节点模块按照舱室数量的不同，目前包含单舱、双舱和三舱的主要功能节点；附属设施模块用于创建管廊内的支吊架、支墩等。