BIM技术在城市供水管道中的应用

孙军，张旭东，杨景，周东波，王友琛

（1.中铁七局第三工程有限公司，陕西 西安 710032；2.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055）

0 前言

随着城市用水的不断增加，供水管道工程在城市建设中的规模越来越大，且人们对供水质量要求越来越高，地质环境复杂化[1]，地下管道错综复杂等因素影响，供水管道施工难度逐渐增加。施工单位为了控制供水管道工程质量，加强供水管道施工问题研究，将BIM技术应用于供水管道工程，进行深化设计，成本控制，同时保证施工质量安全，培养一批综合能力强的项目人才。

1 项目实例概况

1.1 项目概况

杭州市某供水管道包括3个盾构井，工程局部位置图如图1所示。

图1 工程位置概况

两个盾构区间全长5.6km，盾构井采用明挖顺作法（下部采用框架逆作法）施工。盾构隧洞开挖直径6.2m，衬后内径5.5m，盾构隧洞内置一根DN3400管道。根据勘探孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，结合静力触探试验曲线，丘陵区表层为第四系覆盖层，下部为各成因地质时代的岩层。平原区浅部为冲海积、海积、冲湖积等成因的土层，下部主要为性质较好的基岩。

1.2 工程难点

由于土层渗透性好，场区在工作井基坑开挖和盾构推进范围内在一定的水利梯度下容易产生流土，管涌等渗透变形及破坏现象，且在局部地区分布有软土不良地质。在本工程盾构区间穿越中高压燃气、周边工地通讯管道、电力管道及井等，施工中应注意穿越位置，加强天然气、电力等管线的保护。盾构区间下穿重要管线的风险等级较高，是本工程的重点之一，应编制专项保护方案，并且保证满足管线产权单位审批要求，并签订管线监护协议。保护地下管线是盾构推进的重要部分，在施工过程中必须采取措施，减少地表变形量，以确保管线安全。

2 BIM 技术在工程施工中的应用

2.1 BIM 模型的建立

传统的二维图纸，空间描述性不足，也难以反映工程现场状况，常发生无法预期的空间冲突，造成工期的延长及人力金钱成本的增加。采用BIM技术，建立3D模型按照预定的施工计划可将工地状况在计算机中进行仿真，找出施工中可能存在的空间设计及时间冲突，及早的进行施工计划的调整，提前发现冲突并进行排除，而且关于项目构件的很多数据，例如构造、材质等都会附着在模型信息上，大大提高信息化水平和工作效率[2]。采用revit建立的盾构井模型如图2所示。

2.2 地质模型建立

图2 三维盾构井

由于隧洞埋于地下，其地质环境复杂多变，仅仅依靠钻探孔揭露的地质特点不够全面，在施工过程中存在一定的盲目性[3]，依靠文字和简单的二维图形对地质环境的描述性不足，且缺少可读性。可视化的三维结构信息模型有助于施工方解读工程信息[4]，盾构过程中需要根据不同的地层情况设置不同的盾构参数。根据地勘报告并结合地质图纸对工程地质模型建立的三维地质模型如图3所示，对工程地质信息有更强的表达和存储能力，不同的地质环境赋予不同的材料，添加区分度大的颜色，可以大幅提高设计施工人员对工程地质环境的理解。

图3 三维地质模型

2.3 碰撞检测

传统的二维设计方法常导致各专业的设计信息传递不畅甚至产生错误,严重影响了工作效率与设计质量。由此产生的设计变更和返工对建设成本造成了很大的负面影响。针对这一现象，一般采用碰撞检测的方式来避免，然而传统的技术交底和图纸会审都无法高效的解决问题。应用BIM软件检查施工图设计阶段的碰撞问题，避免空间冲突，防止设计错误传递到施工阶段[5]，采用Navisworks软件建立的碰撞检验如图4所示，添加检测结构，设置碰撞规则，便可以生成碰撞结构，得到碰撞报告。从三维空间完整、直观地呈现了设计的全部内容，提高了不同专业设计的关联性和整体性。施工人员不仅可以纵观结构的全貌，还可以清晰的了解到各种细节，不容易产生误差，对于形体复杂的结构，也可以准确表示，不受空间限制。

图4 碰撞点演示

2.4 虚拟漫游

对于盾构区间的场地，采用revit建模的方式，建立场地布置三维立体图。同时，把盾构区间的维护结构建立出来，模拟整个建筑周边的场景，导入lumion软件，并加入机械，材料和施工设施进行整个场地的虚拟漫游模拟如图5所示，与实际场地和图纸进行对比，找出设计图纸中的不足和实际布置中的不合理之处，及时进行调整，减少二次搬运费等成本，保证施工质量。

图5 场景漫游

2.5 BIM 与其它新技术结合

无人机可以根据用户需求进行现场勘测，方便进度管理、设备和材料跟踪，优化资源使用，减少统计库存时间。人工监管费时、费力且效率低下，无形中增加了人工成本，虽然可以实时获取监管信息，但监控不灵活，视角单一[6]，存在监管死角，而无人机可以做到及时追踪和管理，可以在智能设备上实时显示，视角灵活，可以有效的捕获信息，节省人力，降低管理过程中存在的安全风险。无人机拍摄的场地情况如图6所示。

图6 无人机航拍

3 结语

本文通过对大毛坞供水管道项目包括revit、navisworks、lumion、dynamo、3DS MAX等一系列软件的综合应用，实现了从三维建模到立体展示的全过程，同时碰撞检查，参数化建模提高了建模精度，达到了深化设计的目的，增加了项目的可视性，增强了施工人员对于建设项目的理解。对无人机的应用，较好的控制了人材机的进场时间，优化了施工方案，对于发现的问题，及时与各方沟通，减少时间的浪费与材料的浪费，提高了经济效益[7]。大毛坞项目对于BIM技术的综合应用，也为类似工程的实施，提供了参考依据，同时对于BIM与其他技术的结合还需要继续探讨，加大研究力度，优化BIM的发展。