基于BIM的复杂地形紧凑型管廊信息化施工技术

崔立新 蔡志宏 郑锡波

深圳市住宅工程管理站 广东 深圳 518000

目前，BIM在我国工程建设中的应用已经非常广泛。在综合管廊项目中，BIM应用方式主要针对管廊自身，用来建立模型，进行可视化交底和优化管综布置[1-5]。但是对于复杂地形下的紧凑型管廊项目，管廊结构复杂多变，不仅内部各专业之间联系更强，而且受外部条件的影响更大。显然，常规的BIM应用方式在此类型项目中具有很大局限性。

本文以中山大学·深圳建设工程为例，项目管廊总长度约3.93 km（入户段不计）。根据校园使用特点及管廊入廊种类，本项目管廊采用紧凑型管廊方案，管廊厢室内敷设有给水、中水、消防、空调补水、中低压电力管线、智能化管线和预留管位。管廊沿途经过猪婆山、猪公山，地形复杂多变。

通过对管廊常规段结构进行参数化生成模型，管廊特殊结构精细建模，快速生成模型。利用BIM模型，一方面优化自身专业布置方案，模拟分析施工重、难点；另一方面，着重研究管廊与外部条件之间的关系，包括与其他专业的碰撞分析、工作面分析、工况分析和施工进度模拟，综合研究基于BIM技术的复杂地形紧凑型管廊信息化施工技术。

1 BIM模型参数化生成

紧凑型管廊属于线性结构，其三维尺度中长度方向的尺度要远大于其他2个方向。因此管廊图纸区别于一般的建筑单体图纸，管廊设计信息主要由设计说明、路段逐桩坐标表、管廊断面图和详图体现。

受复杂地形影响，管廊结构多变，建模也区别于一般的建筑建模。基于这些特性，本文梳理了一套适用于复杂地形下结构多变的管廊参数化模型建立方法，并对相关的重、难点进行了总结。

1.1 管廊模型快速生成

管廊BIM模型生成可分为资料准备和模型创建2个步骤（图1）。

图1 管廊建模流程

1）为保证BIM模型的准确性和实用性，在建模前，需要收集详细的管廊CAD和PDF图纸资料，并从图纸资料（主要是纵、横断面图和路段逐桩坐标表）中提取管廊信息，包括管廊桩号、坐标信息、管廊断面类型、管廊特殊段类型和管廊定位信息，并绘制基准线。

2）在完成管廊图纸信息提取工作后，进行BIM模型的创建工作。BIM模型创建分管廊主体模型创建和机电模型创建两部分。主体模型生成时，轮廓模型和特殊段模型分别创建。依据管廊建筑结构断面详图，结合基准线，在不同的管廊段创建相应的管廊轮廓模型。依据管廊建筑详图创建不同管廊段中集水井、投料口、进出风口、检修口等特殊段模型（图2），并且根据详图创建框架柱、框架梁、支架、吊钩等构件。最后根据平面图纸，将特殊段模型加入到轮廓模型中形成管廊建筑结构模型，即主体模型（图3）。管廊主体模型创建完毕以后，根据机电图纸，添加相应机电模型（图4），最终完成管廊BIM模型创建。

（3）混养。放养时要充分利用湖泊水体中的天然生物饵料资源，实行多品种混养。在主养小龙虾的同时，每亩面积搭配放养鲫鱼种30尾、鳙鱼种50尾，规格为每尾100.0g左右。对于水草和底栖生物丰富的湖泊，可以混养河蟹、青虾等。

图2 管廊特殊段模型

图3 管廊主体模型

图4 管廊机电模型

1.2 建模难点分析

由于地形变化，在管廊交会处，常出现不同段管廊坡度不同且坡度差别大的情况，导致在建模过程中模型衔接困难。管廊转折处坡度多变，导致管道与管道之间的接驳角度很难掌握，桥架配件安装存在问题。

解决方法：运用Rhino和Grasshopper数据分析和建模功能以及Revit的模型自由编辑功能，对交会段进行精细建模（图5），保证了模型衔接的完整性以及模型信息的正确性。

图5 管廊交会段、转折处模型

2 模型应用点分析

在施工前，利用模型进行施工可行性分析、工程分析和施工进度模拟等，在指导施工、提高效率、降低成本等方面效果显著。本文以中山大学·深圳建设工程为参照，对模型在工程中的应用做了总结。

2.1 施工可行性分析

2.1.1 管廊自身专业碰撞问题

紧凑型管廊设计所留的机电安装空间极其有限。根据以往工程经验，在实际施工中常出现机电管线安装空间不足等问题。

例如，在中山大学·深圳建设工程中，通过BIM建模发现所有管廊的分支管廊与主管廊交会区域空间无法满足管道及电气桥架的相互转位需求，且管廊交会区域最低位置为大口径管道，水平安装后会影响管廊内检修通道的使用。

为满足机电管线通过此外扩区域时的管线转位要求，需要将交叉区域靠外侧的管廊结构墙体外扩，以保证现场施工及检修通道的畅通。

2.1.2 施工难点分析

在实际施工中，有些非常规结构和埋件安装等施工有一定的难度。依据图纸生成管廊内部钢筋与管廊预埋件模型，结合管廊土建模型，可以对管廊内部预埋件施工难点区域进行施工模拟，从而设计合理的施工方案。

在本项目中，为满足设计要求，需要在管廊中预埋双面埋件。双面埋件需要贯穿管廊结构，预埋时会与结构钢筋碰撞，也会对结构防水产生影响。作为施工难点，在施工前利用BIM技术生成各类型的埋件模型，然后与管廊模型结合模拟施工，最后确定合理的施工方案。

2.1.3 管廊与其他专业碰撞问题

在复杂山地地形中，由于地形变化大，各专业之间常常会发生碰撞。而管廊由于自身的结构特性，在空间上涉及的范围大，因此更容易与其他专业产生碰撞。

管廊为永久结构，依据与管廊碰撞的结构为临时或永久结构，有以下2种碰撞类型：

1）与临时结构碰撞。此碰撞是管廊专业与其他临时专业存在碰撞，常见的是管廊与单体基坑碰撞。这种碰撞可以通过调整碰撞专业的施工时间来解决，解决这类问题时，一般遵循临时避让永久的原则。在本项目中，通过Navisworks软件对比管廊模型和基坑模型发现，管廊和某单体基坑存在碰撞。综合考虑工期和施工工序等因素，此段管廊在单体基坑回填后再进行施工，避免了因为碰撞而导致的施工困难和安全问题（图6）。

图6 管廊与某单体基坑碰撞

2）与永久结构碰撞。此碰撞是管廊与永久结构存在碰撞，常见的是管廊与永久边坡碰撞。这种碰撞很难通过调整施工时间来解决，需要更改其中某一专业的空间位置来解决。在本项目中，对比管廊模型和边坡模型发现，某桩号段管廊顶标高约为53.00 m，此处有永久边坡，坡顶标高52.00～53.50 m，坡底标高49.00 m，管廊高于边坡。两者均为永久结构，在与设计沟通后，设计回复将管廊位于边坡部分外露，位于道路部分需全埋并留有0.6 m覆土至完成面，以此解决两者碰撞问题（图7）。

图7 管廊与某永久边坡碰撞

2.1.4 工作面间距分析

结构施工时需要有足够的空间以保证支模和工人操作，为避免因工作面间距不足导致的施工问题，可以利用模型，在施工前对工作面间距进行分析，提前做出调整。

本项目中，管廊与雨污水管走向基本一致，但是其相对位置关系并非一成不变，因此分析管廊与雨污水管两者的工作面间距非常有必要。

运用管廊与雨污水管线的BIM模型，在Navisworks中根据现场施工搭设模板和脚手架的需求设置检测间距。依据得到的碰撞检测报告分析管廊施工过程中是否有合理的工作面，对于间距不满足要求的地方，需要向设计确认如何调整。

2.2 工况分析

工程是由多个专业组合而成的整体，在实际施工中，各个专业之间需要综合考虑。将管廊模型与雨污水管、道路、基坑、边坡等其他专业的BIM模型结合分析，可以直观地反映以上各单体之间的平面位置关系和高程距离，以此为基础可以合理地安排各单体的施工工序。

以本项目为例，将管廊模型、雨污水管模型、道路模型、边坡模型和基坑模型等统一放入Navisworks中，截取某一段标准道路处剖面图，直观反映各专业的相对位置关系。本标准段中，雨污水管与管廊分别分布在道路两侧，互不干涉，但是雨污水管靠近某单体基坑。考虑以上位置关系，雨污水管和管廊可以同时施工，雨污水管施工完成后再进行基坑施工，其他部分施工完成后，最后进行道路施工（图8）。

图8 某标准段工况分析

2.3 施工进度模拟

基于已建模完成的山体边坡、各单体基坑、管廊、雨污水管线等BIM模型，结合现场施工计划，运用Synchro对整个场地进行施工模拟，把控施工进度，同时核对碰撞问题中设计方的工序调整方案，分析设计建议是否可行。

3 结语

本文结合工程实例，对基于BIM技术的复杂地形紧凑型管廊信息化施工进行了综合性研究，对如何快速地生成管廊模型进行了梳理，并归纳整理了其中的重、难点，以及模型在工程中的各类应用实例，总结了模型的施工应用价值。

利用基于BIM技术的信息化施工方法，能直观地反映管廊各项特征，可以提前发现并解决管廊施工中可能出现的问题，能指导现场施工，提高施工效率，减少返工，为后续类似工程提供了一种有效的BIM应用思路。