BIM技术在某大学校园综合管廊全过程建设中的应用介绍

文/李斌、毋安晨炜、周昉 中南建筑设计院股份有限公司 湖北武汉 430071

1、引言

最近几年综合管廊在我国迅速发展，将原本埋设在地下“不可见”的管线变成“直接可见的”。现状不清、家底不明将不再是制约地下管线发展的问题，而且“直接可见”的地下管线大大降低了管线巡检工作难度、提高了巡检质量，使管线漏损查找和处理都更方便，更容易发现管道安全隐患。综合管廊将管线“分散式”转变成“集约式”建设和管理，有效、合理的节约地下空间，直接解决地下管线埋设混乱问题。

传统的二维平面设计地下空间开发利用，地下空间（综合管廊、管线）管理采用简单的人工方法、借助图纸、各类卡片来管理庞大的校区管线资料，致使管线数据不全、精度不高、资料保管分散、更新速度慢，从而在管网建设和维护时出现设计不合理、误挖、误伤地下管线的现象时有发生。这种落后的管理方式已越来越难以满足经济建设和社会发展的需要。

BIM技术即建筑信息模型技术，具有可视化、协调性、模拟性、优化性、参数化性、信息完备性等特点。借助建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网、云计算等技术来进行管廊管理的信息化建设和管廊运营的预警分析、事故处理，已成为地下空间发展的趋势。

2、综合管廊的概况

东南沿海某医学院新校区综合管廊工程总长2.5km，为单仓管廊。管廊内包括给水、消防、电力、通信等机电管线，设计使用年限50年，钢筋混凝土结构。针对综合管廊这种新型的地下管线敷设方案，为加强综合管廊全生命周期的管理，决定在综合管廊的建设中应用建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网、云计算等技术。从而让建设项目的决策、设计、施工、造价控制、进度控制以及运营维护等工作干得更好，显著提高工作质量、工作效率，降低项目成本、风险。

图1 校区内综合管廊布置平面示意图

3、BIM技术在综合管廊全过程建设中的作用

3.1 BIM技术在综合管廊全过程建设中应用优势

BIM 技术提供给地下综合管廊项目参与方一个综合的信息系统和便捷的交流平台。利用可视化和可模拟性等特点将工程提前在计算机中模拟建造，将项目全过程中可能出现的问题提前检查、提前解决，形成一套完整的实施方案。针对特殊部位和复杂节点可以可视化展现施工方案、施工场地规划，有效提高建造效率，为节约土地资源提供充足的依据。实现分段、分层的施工控制和造价控制，有利于资金的节约与统筹安排。施工方、监理方等参与方可以通过 BIM 模型直观便捷地看到产品和服务，保证工程建设各方协调与沟通及时有效。

3.2 BIM技术在综合管廊全过程建设中应用阶段划分

本工程从规划方案、设计、施工、运维管理的全过程应用BIM技术。利用BIM技术信息化、可视化和可模拟性等特点将工程提前在计算机中模拟建设，将各阶段检测的问题消除在计算机模拟阶段，形成一套完备的实施方案。

图2 BIM在工程中的应用

方案阶段：根据校区管线规划，确定管综合管廊规划，提出管廊的规划推荐断面及管廊建设的三维控制线。形成初步的经济性方案分析，为项目的方案阶段决策做有利支持。

初步设计：通过深化方案设计，论证设计的技术可行性和经济合理性，拟定设计原则、设计标准、设计方案和重大技术问题以及基础形式，协调综合管廊和各专业管线之间的矛盾，合理地确定技术经济指标。

施工图设计：通过建模的深化，编制可供施工和安装的设计文件，解决施工中技术措施、工艺做法、用料等问题，为施工安装、工程预算、设备和构件的安放、制作等提供完整的模型和图纸依据。

施工准备：包括技术准备、材料准备、劳动组织准备、施工现场准备以及施工的场外准备等，本阶段为工程的施工建立碧虚的技术和物质条件，统筹安排施工力量和施工现场、使工程具备开工和连续施工的基本条件。

施工实施：本阶段是指自现场施工开始至竣工的整个实施过程，其中，项目的成本、进度、质量、安全等管理是施工过程的主要任务，目标是完成合同规定的全部施工安装任务，以达到验收、交付的要求。

运维管理：本阶段是管廊全生命周期的重要阶段，时间跨度远大于管廊设计、施工的时间。运营维护阶段的BIM应用主要包括运营系统建设，运营维护阶段BIM应用主要目的是以设计、施工BIM模型为基础，结合运营管理资料，进一步完善BIM模型，为运营与管理过程做好数据准备。

3.3 BIM技术在综合管廊规划阶段应用

总平面管线设计规划阶段，通过导入项目总平面图地理信息及地形图，基于校区整体的建筑规划信息和管线走向分布，进行管廊选线分析，通过技术方案的必选和数字模型评估，确定本项目主干采用综合管廊的方式，支线入户采用管线直埋方式。按照各段管廊内包含的管线数量及类型，建立管廊的断面模型，确定各段管廊断面尺寸。拟定的管廊断面信息可直接作为下一步廊体生成的数据来源。此阶段模型主要是考察管廊的总体尺寸是否满足入廊管线及未来发展的需求，以及管廊的选址选线，并生成该部分的投资估算信息。

3.4 BIM技术在综合管廊设计阶段应用

综合管廊BIM设计阶段的应用主要包括初步设计阶段和施工图设计阶段，设计阶段建模是基于规划方案模型的进一步深化。

3.4.1 初步设计

初步设计建模是基于规划方案模型，在入舱管线分析的基础上，完成综合管廊标准横断面设计，其成果同时作为综合管廊整体设计的工作基础。进行综合管廊整体线路的布置和设计，平面定位和高程满足固话三维控制线的要求。建立节点模型，与线路模型整合，以此为基础布置内部服务管道的占位模型，进行冲突检测和协调，优化管廊内部空间布置。

在综合管廊初步设计模型的基础上，通过将模型导入分析软件，提供给分析软件必要的信息数据，以进行诸如结构、通风、逃生、灾害等分析模拟，为综合管廊的优化设计提供依据和建议。

3.4.2 施工图设计

在初步设计模型的基础上，深化廊体模型，达到满足施工图设计阶段深度的模型，建立综合管廊配套设施、附属设施的模型，基于各专业模型的合并，应用BIM软件检查管廊内管道出廊、交叉分支处的碰撞，重点关注各管线系统之间、各管线系统与管廊主体之间的冲突，在工程施工前尽可能减少各类碰撞问题，降低潜在的协调返工损失。按命名规则对主体构件统一编号，为后续运维阶段资产管理提供数据准备。

3.4.3 工程量统计

按照施工图设计模型生成工程量统计表，在构件中加入特征信息和相关的描述信息，调整模型满足统计需要，将模型导入工程数量统计软件，在BIM软件中按照建筑构件类别分别统计构件的工程数量，作为工程造价输入条件。

3.4.4 施工深化设计

施工单位进场后，由施工单位复核设计单位提供的施工图设计阶段的模型和技术参数，与选定的设备供技术要求等是否满足施工图深化设计的要求，如系统图布置，关键设备及材料的型号规格、安装工艺要求等。若设计模型或施工图存在问题、应向相关单位重新提资。

3.5 BIM技术在综合管廊施工阶段应用

在施工准备阶段，运用BIM技术对设计图纸进行复核。将设计图纸信息输入到建筑信息模型中，进行信息整合，将所有数据综合到拟建地下综合管廊的三维模型中。一方面，可以方便理解设计方的设计意图，一目了然，将不便于施工的地方提出来与设计方进行协调整改，从而降低管线的施工难度和成本。另一方面，将给排水、电气、暖通等各专业的数据汇聚到一起，检查组合的合理性，同时进行碰撞检查，将可能出现的冲突暴露出来，及时改进“错、缺、漏、碰”，提高了图纸复核的效率，并且保证了协调修改的质量。

3.6 BIM技术在综合管廊运维管理阶段应用

本项目综合管廊运营管理平台建立基于GIS+BIM+物联网的“管、控、营”一体化的智能管控系统，从数据采集、通信网络、系统架构、智能联动和综合数据服务等方面的设计，实现一体化的管理平台，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的恢复效率。

在综合管廊竣工后通过继续完善、施工阶段所生成的BIM竣工模型，利用BIM模型优越的可视化3D空间展现能力，以GIS+BIM模型为载体，将各种零碎、分散、割裂的信息数据，包括管廊的基本信息、消防、安全保卫、能源、设施设备等，进一步引入到管廊的日常运维管理功能中，产生了基于GIS+BIM进行管廊空间与设备运维管理。同时结合物联网、互联网技术，将BIM的静态属性与互联网的动态属性相结合，进一步拓展平台的应用能力。

智慧管廊由监控与管理信息平台、各类管网智能监控系统、管网视频监控系统、管网火灾监控报警系统、管网智能感知系统、管网可视化（GIS+BIM）系统构成。将各类系统业务和服务功能应用融为一体。通过智慧管廊系统提供管线可视化信息查询、管线运行及故障应急处理服务。通过智慧管廊信息互联平台，形成智慧管廊为一个统一平台和服务功能协同的整体，避免在实际应用中所造成“单一管道管理，多头决策”、“单通道通信设计”、“通信通道利用率不高，成本大等弊端”。

实现综合管廊的统一、集中管理，全面提升综合管廊运营管理水平、规划决策水平和应急处置能力，保障综合管廊运营管理安全、适应城市智慧化建设和社会经济的发展，降低管廊运行维护成本、增加管廊整体系统协调能力，提高综合管廊应急响应能力，达到最优运营。

结语：

通过本校园地下综合管廊全过程建设中BIM技术的应用，与传统设计施工技术相比，可以将综合管廊的设计与施工组织更协调，在施工准备阶段已经通过预演将存在的问题解决。通过设计初期建立的建筑信息化模型，在设计、施工、运维等阶段不断的添加过程信息，形成完备的工程信息库，提高设计质量、更好的进行施工管理、更好地进行运营管理的目的。实现了工程全生命周期的可视化管理。