BIM 技术在地下管廊施工中的应用

焦红伟

北京住总第一开发建设有限公司 北京 100000

地下综合管廊（utility tunnel）是指建在城市道路地下用于容纳两种及以上为满足生活、生产需要的电力、通讯、天然气、给水、供暖、雨水、污水等市政管线的构筑物。相较于传统市政管线的直埋方式，将各类市政管线纳入地下综合管廊具有显著的经济效益和社会效益。地下综合管廊能够将各类市政管线进行合理布置，促进城市地下空间的科学开发及利用，提升城市居民的生活品质，促进地下综合管廊周边地块的增值。地下综合管廊建成后既能杜绝“马路拉链”现象，同时也能延长市政管线的使用寿命。目前，我国地下综合管廊的发展仍处于起步阶段，大部分的地下综合管廊项目还在规划和建设中，尚未形成行业体系。在地下综合管廊建设过程中遇到诸多困难，将BIM 技术引入地下综合管廊项目中，发挥BIM技术的优势，可有效地解决建造阶段碰到的难点，促进地下综合管廊的可持续发展。

1 BIM 技术的简要概况

BIM 技术通过在计算机中建立虚拟的三维模型，用于仿真建筑施工的全过程和建筑物寿命的周期设计和管理工作。BIM 技术不能简单的理解为某种软件的应用和模型的构建。其通过建筑行业的生命周期中所有信息的有机结合，可以实现现代的管理模式，推动建筑行业由手工绘图到计算机一体机的转变。虚拟建筑工程三维模型，利用计算机为模型提供的集合信息和专业的信息是BIM 技术的核心，它可以在建筑物的整个生命周期中使用，并可以有效地判断项目。这个建筑工程的信息模型可以通过数字建模软件来实现对项目工程的管理，设计，施工和建设，可以最大化的来实现建筑企业的利润与价值。BIM 技术还可以根据各个不同阶段的知识去共享企业之间的信息，推动企业之间的合作更加的紧密，有助于凝聚建筑行业一起向更高一层次的发展。

2 BIM 技术在综合管廊项目管理中的应用价值

2.1 使得全寿命周期内的管理数据无损保留

基于BIM的综合管廊三维模型本来就携带着丰富的建筑信息，比如构件的几何尺寸、所用材料及生产厂家等，后期施工中对模型进行应用的同时，还可以将进度、成本、质量和安全挂接到模型中，项目的各参与方都能利用模型中的大数据进行管廊施工管理，而运维阶段的管理更是会产生大量的管理数据，这些施工数据和管理数据将会无损保留，对长期的运维管理提供直接的参考依据。

2.2 实现各参与方之间的协同管理

传统的项目管理呈现线性特点，导致各参与方为实现自身管理目标而努力搜集所需信息，并且管理过程中又会产生很多额外的信息，这些信息将会保存于单个参与方而不能共享，导致其他的参与方依然需要搜集重复的信息。利用BIM 系列软件如Revit 建立管廊项目的三维模型，接着建立基于BIM 模型的项目管理平台，各参与方均可通过该平台进行自我管理目标的实现，此时的项目管理呈现网状特点，即实现了项目各参与方之间的协同管理。

2.3 使全寿命周期各阶段的管理更加精细化

由于综合管廊项目会涉及建筑、结构及安装等不同专业，基于BIM 技术可实现各专业协同设计，使设计工作更高效、更合理，避免影响后续的施工。施工过程中利用参数化信息模型使工程量计算更加高效和准确，进行更好的控制成本，另外，利用BIM 技术可以进行施工模拟以及专项施工方案模拟，即可以很好的控制工程进度，又可以很好的控制工程质量[1]。综合管廊项目建成后将会有长期的运维阶段，利用BIM 技术可实现可视化的检查维修，再结合无线射频等其他的信息化技术，可形成智能化的管廊监测系统，提高运维管理效率。

3 地下综合管廊建造存在的难点

3.1 施工现场环境复杂

地下综合管廊属于地下工程范畴，工程开挖面大，施工作业线长，施工环境复杂。地下综合管廊建设不仅要考虑地下原有市政管线的迁移和临时安置，还可能要考虑道路、地铁等其他工程的同步施工，这无疑增加了地下综合管廊的施工复杂度，也是对施工技术的重大考验。项目开工前既需要合理地分析项目选址、政策处理、环境评估等，也需要高度重视施工场地的地质勘察与点位测量。在老城区建设地下综合管廊，还要考虑沿街两旁建筑物、人口密度、交通流量等限制。施工过程中的任何环节出现问题或是施工中出现不确定因素，都将影响到项目进度。

3.2 施工建造成本高

单凭建几条、几公里地下综合管廊无法扭转整体城市市政管线状况，地下综合管廊发挥作用需要形成一个功能体系，按功能类型可分为干线综合管廊、支线综合管廊和缆线综合管廊。建设地下综合管廊形成规模体系需要投入大量的资金，并且建造成本受地质条件、纳入管廊管线种类、管廊舱数及断面尺寸等因素影响，在实际建设过程中，可能出现超出原有预算成本的状况。例如，北京市世园会地下综合管廊一期工程，分为电力舱、综合舱、燃气舱，纳入了中水、给水、弱电、强电、燃气等市政管线，施工包括土建、电气、监控与报警、消防、排水、通风等部分，其单舱造价为3500 万元/km、双舱造价为6400 万元/km、三舱造价为9200 万元/km。高昂的建造成本使得各地无法大规模地建设地下综合管廊，阻碍地下综合管廊的可持续发展。

4 BIM 技术的应用

4.1 工程概况

新机场高速公路地下综合管廊（南四环-新机场）工程一期土建施工GLS06，位于大兴区礼贤镇，长度约3.7km，线路北侧起始点位于大礼路北700 米，南端与新机场内部管廊联通，综合管廊标准断面主要为三舱结构（电力舱、水信舱、燃气舱）。结构内尺寸为9m×3m。本工程基坑均为明挖法施工，我项目部施工0+000-1+750。主体工程包括管廊本体、附属节点等，附属工程包括给排水及消防、通风、建筑、供配电及照明、监控、标识等，还包括附属设施工程、监控中心和相关电力通信支架等。本工程是该市迄今最大的地下管廊工程，涉及到建筑、结构、给排水、电气等多专业，信息量大，传统各专业图纸关联性差。施工工程量大，土方开挖量大，工期紧，对传统算量和施工组织压力大[2]。

4.2 有效的优化管线的设计

在地下综合管廊的施工过程中，会存在非常多的管线，交叉施工的现象是无可避免的。因此，在进行管廊的施工中，对管线进行综合化的优化与设计是非常重要的步骤。具备有良好的优化管线的设计，可以减少安装人员很多工作量，例如，施工交叉情况下返工的工作，这样可以节省对于人工和材料的耗费，有效的优化了管线的设计工作。在地下综合管廊包含有大量的管线，在布置这些管线的时候要注意不同之间的管线不要进行相交或者是相互碰撞，BIM技术在这时就起了很大的作用。当BIM 技术出现的时候，就可以利用BIM 术进行碰撞的检测，检测是否有碰撞或者交叉的情况出现。根据利用BIM 术建立三维的空间模型，这个模型可以清楚看到每条管线的安装的位置，不同管线之间的距离和交叉的部位，还可以展现安装施工中存在的安全的风险，可以及时调整不合理的管线布置。

图1 三舱断面示意图

4.3 施工图深化设计出图

传统的二维CAD 设计出图，如涉及设计和施工变更，修改起来效率比较低。在协同设计应用中，采用Revit 建模软件创建的三维管廊模型，根据视图控制功能对模型进行平立剖切分，能自动生成施工图，如需对设计方案进行修改，可在三维可视化模型中做简单的调整，相应的平立剖施工图即可对应调整，大大提高了修改和出图的效率。在实际的项目应用中，Revit 软件出图流程主要为：创建模型→明确出图内容和深度需求→创建标记族并编制图框→图元显示设置→标记和文字注释→图框信息输入→CAD 形式导出→PDF 形式打印出图。在出图过程中需要注意的是，需要对其进行相应的修改和转化[3]。

4.4 施工阶段

BIM 技术应用综合管廊项目施工阶段是整个项目周期内参与方最多的阶段，并且周期较长，传统的参建单位对施工阶段的管理基于CAD 图纸，而且彼此之间缺少沟通，存在“信息孤岛”，而且施工过程信息缺少有效的留存途径，造成信息丢失，不利于后期竣工验收甚至运维阶段的管理[4]。BIM 技术可实现协同施工。首先设计单位基于BIM 三维模型向项目各参与方进行可视化交底，最终的BIM 模型移交施工阶段各参与方应用。BIM 模型将设计单位、建设单位、施工单位、建立单位等项目参与方联系在一起，同时提供了彼此之间有效的信息沟通方式，使得施工阶段的管理呈现协同性特点，提高了管理效率。

图2 标准段施工模拟

4.5 管廊族库的开发与应用

BIM 在工程建设应用过程中，族是核心元素，它是Revit 三维可视化建模的基本构件，主要包括软件自带的系统族和外载入族两种形式，系统族主要包括轴网、标高、墙、楼板等，用于搭建项目的基本图元。外载入族主要有体量族、模型类别族和注释类别族，可以独立于软件存放。在建筑信息化应用的过程中，为了推动BIM正向设计技术的发展，提高建模的效率，本项目在协同设计的过程中，利用族库大师对管廊项目的建筑、结构、机电族进行归档存储，如图7 所示，在族库开发过程中，通过业主、设计方和设备厂商利用互联网进行有效协同，实现远程数据对接，主要开发创建了可参数化的管廊支架、水泵和跨管楼梯等可载入族。

4.6 使用BIM 工具—建造成本控制

使用BIM 工具，以“数据信息模型+管理工具”的形式，实现地下综合管廊建造阶段成本的精细化控制。制定地下综合管廊的施工成本计划，并以此为基础进行施工作业安排。将地下综合管廊的成本数据添加建立BIM-5D 模型，与人员、材料、机械、工程计量、质量和安全等信息综合形成实时更新的项目中心数据库。项目实施过程中，中心数据库根据施工进度和工程量变化，可自动汇总统计出地下综合管廊不同部位、不同节点的材料需用量及工程量变更产生的施工成本改变，使材料采购量与实际工程量保持一致。在项目中心数据库中，可以形成节点构件标签，统计建造阶段中的签证、变更等资料。节点构件标签可追溯查询进场材料的供应途径和相应主材价格，方便工程竣工结算阶段快速进行工程量变更审计和提供相应询价依据。

4.7 项目管理协作

基于BIM 模型云协同平台，将BIM 三维模型与建设工艺流程、施工进度计划、施工模拟信息绑定，做到信息化、可视化、标准化。施工现场人员可采用接入平台数据库的APP 在BIM 模型上的记录、监督、反馈的机制实现施工过程的痕迹化管理。施工人员在现场可以通过照片、视频、文字等形式及时更新、反映施工现场实际情况与建设计划、建设模型的偏差，技术人员也可以直接通过PC 端、手机端平台上进行分析，制定相应优化措施，及时整改现场问题，做到对项目施工进度的实时管控并自动量化任务和资源。建设单位、施工项目部、施工单位、监理单位等等多个与施工有关的单位都可以整合在该平台上，打破传统点对点的沟通形式，以中心对点的形式进行沟通，提高信息流通成本，便于解决施工中产生的问题。

4.8 运维阶段BIM 技术应用

4.8.1 BIM+GIS 技术

GIS 是地理信息系统的简称，利用BIM 技术建立管廊的空间信息模型，利用GIS 技术建立管廊周围的地理位置信息，两者相结合便可以清楚地看到管廊周围的地理环境，这对综合管廊项目前期规划设计工作带来很大便利，避免不合理的管廊规划带入施工阶段而浪费资源。另外，运维阶段一旦发生管线故障需要抢修时，两者相结合便能看到管线故障位置的周围地理环境，进而快速制定抢修方案，进行检修工作。

4.8.2 BIM+物联网技术

物联网是将红外传感设备或无线射频设备等连接到互联网，目的是为需要监控或交互的区域提供动态信息数据。BIM 技术与物联网技术相结合可以实现综合管廊项目运维阶段的智能化管理，利用传感设备对管廊内部进行定位和监控并将监控信息反馈给智能管理平台，这种高效准确的信息反馈对及时发现故障并解决故障提供必要前提依据，无疑会给管廊运维管理带来很大的价值。

4.8.3 BIM+3D 打印可视化应用

根据项目部建立的管廊Revit 模型，应用公司BIM 中心3D 打印机制作管廊模型，应用于可视化交底、方案讨论，并给领导用模型进行展示。将可视化成果应用到技术交底、生产会议、总结会议、监理例会、甲方会议、检查会议等会议中，实现BIM 可视化的应用落地。针对现场阶段性施工提供指导性意见及节约2D 模式下施工缺陷。

图3 模型3D 打印

5 结语

综上所述，随着时代的发展，建筑行业在不断的完善，科技的脚步越来越快，BIM 技术将会在建筑行业得到广泛的应用，相关的功能也会得到进一步的完善。在地下综合管廊中应用BIM 技术有效的实现了经济效益和环境效益的统一，解决了非常多在传统地下综合管廊中面临的许多问题，保证了施工的工期，提升了施工工程的质量，节省了施工的成本。总体来说，BIM 技术应用到地下综合管廊中的施工是一项重要的工程，对地下综合管廊的施工具有非常重要的作用。