BIM技术在市政综合管廊PPP项目中的应用

文/中建五局土木工程有限公司 李 智 朱训超 黄 仁 周志强 赵 鑫

0 引言

云南作为中建五局土木工程有限公司西南片区的重要发展战略省份，近年来随着PPP项目模式的愈发成熟，也开始利用PPP模式快速发展，并在大理成立了BIM工作站，探索PPP项目BIM工作模式。在信息化技术逐渐成熟的今天，如何运用BIM技术，高效且合理地解决大理综合管廊PPP工程中存在的问题，是本文探讨的重点。

1 工程概况

大理市中心城区综合管廊PPP项目是财政部确定的第三批示范项目，由中国建筑第五工程局有限公司投资建设，合同工期3年，总投资约22.4亿元，其中建安费13.42亿元，由于政府取消3条道路施工，剩余建安费约7.63亿元。项目建设内容包括综合管廊、市政道路两部分，其中综合管廊约6.6km，分布在大理市下关区和经开区的3条道路上；同步建设经开区综合管廊对应市政道路约7.0km，其中漾濞路为路面改造工程，关宾路为旧路扩建工程，工业大道为新建道路工程。

玉江大道道路总长26.039km，项目管廊工程K0+040—K4+360段为两舱管廊，K22+120—K26+039段为三舱管廊，三舱管廊外尺寸（B×H）为7.6m×3.4m，两舱管廊外尺寸（B×H）为5.4m×3.0m。江川路网项目主打龙泉大道：拟新建路1.506km，按城市次干道路标准改造，设计速度30km/h，道路交通配套设施全线1.506km，地下综合管廊1.467km，两舱，断面尺寸4.6m×2.8m。

2 工程难点

在施工过程中，主要问题存在于设计、施工和后期运营阶段。

1）设计阶段 设计单位虽已招标，但3家设计院设计成果均无定稿，多数方案仅为初步方案，无评审，对于设计的合理性研究迫在眉睫。

2）施工阶段 由于大理州靠近洱海，本工程场地区域属澜沧江水系洱海流域。区域内大气降水汇入洱海，经西洱河流入澜沧江。地下水主要为第四系松散堆积层中的孔隙型潜水，地下水与洱海地表水体存在相互补给关系。地下水较丰富，混合稳定水位一般埋深为0.5～8.7m，绝对标高1964.520～1993.930m。因此，SMW工法桩的施工质量决定了大理综合管廊项目的成败。

3）运营阶段 大理当地管廊运营还处在探索阶段，如何提出一套切实可行的综合管廊BIM运营方案，关系到项目后期的成败。

3 BIM技术在质量方面的应用

3.1 项目临建布置

前期策划过程中，项目临建存在场地狭小、车辆转运进出难度大等问题，需合理规划临建建设，在满足项目部日常运作的同时，最大限度提高项目驻地功能使用价值。

面对这种问题，入场前根据项目自身特性、驻地区域面积、办公与生活等需求，合理布置项目部驻地规划、办公区和生活区板房配置、照明及电力等管线，最终形成BIM模型文件与项目驻地漫游效果，供项目部决策层参考（见图1，2）。

3.2 场地临建质量

项目部管廊施工面临场地狭小，进出场道路拥堵等问题；如何保证在满足场地布置的同时，满足场内材料转运及机械设备进出场要求，以及满足场区内生产需求，CI需求及成品、半成品加工需求，是这一阶段的问题。

通过采用BIM技术，对即将围闭的施工场地进行合理化布置，包括外侧围挡位置、高度、施工场地大门参数、员工安全通道位置、九牌一图摆放、钢筋加工棚位置和设计规格、出土车辆进出通道等，以确定项目的临建布置方案最优（见图3，4）。

3.3 优化设计质量

由于项目工期紧，且综合管廊结构图和设计图协调难度大，项目前期，在设计精度不高的情况下，利用BIM技术建模，更加直观地发现图纸中存在的问题，同时对结构进行反向设计，并导出相应CAD图纸；通过与建设单位及设计单位沟通，尽早发现图纸中存在问题。同时通过BIM技术，优化结构设计和机电设计，减少设计冲突，为后续施工提供便利。

根据模型导出CAD图，对重要的尺寸和位置进行标注，用以指导施工（见图5，6）；优化后的管廊入口模型如图7所示。

图1 项目临建办公区布置

图2 项目临建生活区布置

图3 场地大门布置及围挡

图4 场内加工区及临时围护布置

图5 优化CAD断面

图6 优化管廊断面

原施工图设计中未明确管廊内部桁架、吊架管线及管座等构造设施。通过预先设计，确定排水沟盖板、给水管线基座、电力通信桥架及燃气管线吊架等，协助设计优化其工作，以促进项目进程（见图8，9）。

3.4 机电管线内部冲突

将结构/机电模型导入Naswork进行碰撞检查，发现设计中管线和分舱门、管线与支吊架的冲突，及时进行更正。图10为在Revit建模之后导入Naswork中进行碰撞检测操作；图11为导出的碰撞检测成果文件。通过Lumion软件，绘制360°全景模型，导入720云中，形成全景漫游，以更好地指导现场施工作业，如图12，13所示。

3.5 SMW工法桩施工

由于大理地区特殊的地质结构层，综合管廊围护结构采用SMW工法桩进行施工。SMW工法桩是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未硬结前插入H型钢或钢板作为应力补强材料，至水泥硬结，形成一道具有一定强度和刚度且连续完整无接缝的地下墙体。

由于SMW工法桩属于新兴工艺，项目管理人员及施工作业班组人员对工艺了解不深，对工艺程序缺乏直观了解和认识，前期给现场推进带来压力。

通过BIM技术对SMW工法桩进行更直观和可视化的三维模拟（见图14），可更好地对项目施工管理人员及劳务作业人员进行交底，使其快速掌握该项工法的作业难点和施工注意事项，并可在提高项目SMW工法桩施工质量的同时，减少因质量不合格造成的安全隐患等问题。

3.6 综合管廊后期运营管控

由于大理为旅游城市，信息化技术暂时未能在大理普及，因此，如何运用三维技术模拟后期运营过程，找出可能存在的问题及遇到突发事件时的应对措施，是这一阶段BIM应用的主要目的。

图7 优化后管廊入口三维效果

图8 原设计管廊断面

图9 优化后管廊断面

图10 碰撞检查

图11 碰撞检查结论导出

利用Fuzor软件对管廊内部灯照参数，包括灯光数量、间距、光照强度等合理选择最优方案（见图15）；火灾预警进行模拟控制，在检修人员遇到管廊突发性火灾时，确定最优逃生方案及应急处理方案（见图16），以提高综合管廊的后期运营质量。

4 BIM技术在安全方面的应用

4.1 安全过程管控

现场施工安全存在2个主要问题：①不能有效且直观地提出切实可行的安全防护方案；②安全管控不可追溯，不能通过数据分析出可能存在的安全事故爆发趋势。

安全是工程施工主控项目，是开展一切工作的根本出发点，通过引入BIM技术，可提前对安全质量控制重点、施工关键环节、重大危险源等进行模拟演示，制定并采取安全质量防范措施，有效规避风险，减少不必要的返工、窝工或停工，杜绝安全质量事故，为项目的安全生产、优质高效保驾护航。

同时将现场管理内容在云端平台上进行整合管理，协助项目日常管理工作，以更好地为项目管理提供决策。通过分析日常管控中的安全数据等，及时发现可能存在的安全隐患，尽早提出整改措施。

4.2 垂直运输安全管理

由于受场地及施工工期等因素限制，场地内H型钢、钢支撑、钢筋和模板等材料的垂直运输问题更为重要，在满足安全施工的要求上经济合理是这一阶段的需求。通过运用BIM技术对管廊的钢支撑安装与拆除施工方案分别进行龙门式起重机和汽车式起重机的方案比选，最终确定适合项目的垂直运输方案（见图17）。

5 取得的成果

本项目获得省级发明专利1项，《提高综合管廊主体预埋件》QC成果获得省二等奖。在BIM应用方面，获得第一届“市政杯”BIM应用技能大赛二等奖；第七届“龙图杯”全国BIM大赛三等奖；2018“优路杯”全国BIM技术大赛优秀奖。通过BIM技术的应用，本项目取得了良好的经济效益和社会效益。

图12 管廊围护结构漫游

图13 管廊管线内部漫游

图14 SMW工法桩施工模拟

图15 模拟不同情况下灯光强度对综合管廊的影响

图16 模拟综合管廊运营过程中火灾发生时的逃生路线

图17 钢支撑安装与运输方案模拟