BIM可视化仿真技术在综合管廊工程中的应用★

吴永强 王楚濛 徐佩斌 冯志江 安 娟 明 亮 毛旭阳 方婉玉

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000； 2.张家口市政水务有限责任公司，河北 张家口 075000)

0 引言

1833年，城市综合管廊诞生于巴黎，当时的综合管廊就已汇集了包括自来水管道、通讯电缆、排水管道和交通信号电缆等诸多管线[1]。进入20世纪，美国、俄罗斯、西班牙、日本等西方国家也开始修建城市综合管廊，这些国家中以日本城市综合管廊的规模最大、技术最完善。我国城市综合管廊的建设始于1958年，在天安门广场改造中铺设了一条长度为1 km的综合管廊。1994年上海浦东铺设了一条11.125 km的综合管廊，这条管廊包括电力管线、通讯电缆、燃气管道和给水管道，并配有中央处理器和安全系统，被称为“中华第一沟”[2]。

我国对城市综合管廊建设的支持力度比较大，国务院办公厅在2014年和2015年分别下达了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》和《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》。基于政府的政策支持和资金不断投入，国内综合管廊的建设呈现出高标准、高投入、实用性、规范化、制度化、精细化和多元化的发展趋势[3,4]。

BIM技术的精细化建模可以很好得弥补工程项目在微观信息方面的缺失，例如城市综合管廊的地质条件、管道现状和周边环境等从宏观到微观的信息。应用BIM技术可建立一个包括周边环境、地下管道现状及建筑物信息的三维数字化模型，使之成为一个关于综合管廊的大数据平台。以此平台为基础指导综合管廊的协同设计、施工组织、施工工艺和运营管理可有效提高综合管廊的建设水平和管廊水平[5,6]。

1 城市综合管廊政策

国家政策层面推进综合管廊建设情况见表1。

2 BIM可视化仿真技术的技术优势

2.1 可视化查询

BIM与GIS集成可将建筑物属性，如房间名称、房间面积和房间用途等数据和数字地图相互关联，实现建筑物属性与数字地图的三维可视化查询，通过数字地图即可直接查询建筑物属性等信息[8]。该集成方案对不同的空间位置进行色块填充处理，通过观察色块的不同颜色即可直观地观察到不同空间的详细信息，完成对空间的可视化管理。管理人员应用该集成方案可较快地查看任意目标，识别三维场景中的建筑物，了解该建筑物的名称、分类和功能等信息，减少数据筛选时间，提高工作效率。与翻阅纸质信息相比，BIM与GIS的集成方案可为管理人员提供诸多便利，当某一房间出现问题时也可及时了解该房间的相关信息，有利于尽快确认灾情，及早做出反应。

表1 国家政策层面推进综合管廊建设情况

2.2 可视化项目过程

传统CAD图纸所包含的构件和施工信息极其有限，即使经验丰富的施工人员也无法在短时间内通过图纸真正地了解和认识建筑物的结构形式。这不但影响工程的进度，也会影响工程的施工质量，从而导致工程项目的经济和社会效益大打折扣。而BIM可视化仿真技术可实现建筑工程生命全周期的可视化，可保证建筑工程的设计、建造和运营均按可视化形态进行，既方便工程人员对工程的理解和熟悉，又能保证工程保质保量地实现[9]。

2.3 可视化模拟

BIM可视化模拟技术不仅可根据不同设计方案模拟相应的建筑物模型，还可模拟如热传导、节能模拟和光照模拟这类无法在真实世界中进行模拟的情况。BIM模型的这种特质可以保证设计的科学性和合理性，同时也能控制施工成本[10]。图1为可视化模拟。

2.4 可视化优化设计

BIM技术的可视化优化设计主要体现在以下两点：

1)BIM模型作为一个建筑工程的大数据模型可通过汇总项目设计信息、投资回报信息等数据进行设计方案的投资优化分析，当建筑工程设计方案发生变化时可得出方案改造成本和方案改造回报，与投资回报信息同时进行分析，保证设计方案的经济性和合理性。

2)BIM模型可优化屋顶、裙楼等施工难度大的异形设计，为工程施工进度和施工质量提供技术支持，优化施工工艺、节约施工成本。

3 BIM可视化仿真技术在综合管廊中的应用实例

3.1 技术路线

3.1.1软件选取

本项目选取以Revit平台为建模软件，Revit的优势主要在于建模的流畅性和简易性，且Revit第三方插件较多，使用更为便捷。城市综合管廊中一些特殊构建可创建族，应用族的功能可更加便捷地进行模型创建。图2为城市综合管廊支架。

3.1.2技术流程

本文以Revit平台为基础，首先通过建立综合管廊中土建、机电工程、复杂结构的BIM模型，通过BIM模型可直接计算混凝土、机电管线和复杂节点钢筋的工程量。之后将模型导出，通过Navisworks软件进行施工模拟和防碰撞检测。图3为技术流程图。

3.2 技术应用

3.2.1可视化优化设计

利用Revit的机电模板，在综合管廊的管线布置完成之后。机电模板连接之前完成的工艺管线三维图，继续绘制管线阀门部分。在机电模板界面有给排水管线的工具条可供选择。绘制完成三维的阀门附件，设备和管道附件等。管线的布置可适当调整，优化工程设计，减少在施工阶段可能存在的错误和返工，而且能优化管线排布方案。由这简单的事例，BIM可视化技术在各个专业之间的融合协调方面的优势凸显。图4为管线模型优化。

3.2.2工程量统计

现阶段国内工程量统计技术十分成熟，以广联达、斯维尔、PKPM、鲁班为主的计量软件使工程技术人员告别了手工算量时代。而随着BIM技术的大规模应用，这些传统计量软件也显露出许多不足之处，例如计量软件往往需要对图纸进行二次建模，不但容易出错，而且在发生设计变更时无法同步更新。BIM模型的信息传递是同步的，因此BIM模型可以准确计算项目工程量，为业主提供更准确的服务。表2为管线工程量统计。

表2 管线工程量统计

序号名称数量备注1变压器/台1容量400 kVA2配电箱/组15KYM3电缆/m900130 mm24路基箱/块26 000 mm×1 500 mm×20 mm5给水管道/m1 200DN100,DN75,DN326排水管道/m285DN100,DN150,DN200,DN500 PVC管

3.2.3数字化管理

BIM模型可对构件进行编码，编码的使用不仅可以使构件的加工进行的准确无误，还可指导现场施工。此外，BIM模型作为一个多维数据库详细记录了所有设备和构建的一切信息，可以更加便捷地进行管理。

4 结语

4.1 经济效益

BIM可视化仿真技术应用于综合管廊工程，通过管线综合、深化设计、方案模拟等应用，减少了设计纰漏及施工返工。综合管廊计算及工程量提取，可节约造价。同时将BIM技术应用于设计、施工阶段，并为运维阶段进行可视化查询提供准确数据支持，最大程度节约成本。

4.2 环境效益

城市综合管廊的建设将各种管线集中到同一地下空间进行集约化布置，不仅有利于节约土地资源，还有利于管线的分期建设和后期的检修维护。同时杜绝了城市道路反复开挖现象，减少城市道路扬尘及给水，有利于节约资源和保护环境。