BIM技术在市政综合管廊施工管理中的应用

何 海，王 康，李丙林，魏华松，苏 鹏

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100073）

随着我国城市化程度的不断提高，许多城市的人口数量和建筑密度不断增加，但受城市用地空间日益紧张的限制，城市中许多市政管线设施早已不堪重负，部分城市的老城区出现了污水外溢、水气热供应不足等问题。同时，市政管网在建设完成后需定期进行维修养护，期间施工人员时常会对已铺设的道路路面进行开挖作业，既影响检修工作进度，又破坏了城市形象。

市政综合管廊技术的出现彻底实现了电力、通信、供气、供水等市政管网的统一纳入。管廊技术早在19世纪前半叶便已出现在法国巴黎，从此开启了城市建设中开发利用地下空间的序幕，截至2000年，巴黎市共建设完成市政综合管廊100 km。20世纪30年代，我国的近邻日本开始实践探索市政综合管廊技术，尤其是在用地十分紧张的东京区域。截至2010年，全东京结合新干线共建设完成126 km的市政综合管廊，在东京主城区内还规划有162 km市政综合管廊等待开工建设。在我国，北京市作为市政综合管廊实践的先驱者，早在1958年便在天安门广场下方铺设了1 km的综合管廊；1994年上海市在浦东新区规划建设了当时国内长度和体量最大的综合管廊——浦东新区张杨路综合管廊，该管廊全长11.125 km[1]。

进入21世纪后，国内各大城市的市政综合管廊建设迎来一个新的高峰期，国家和省市各级住建部门纷纷出台相关鼓励政策加快推动市政综合管廊建设，但受到施工难度大、投资额度高等问题的影响，市政综合管廊在我国的应用范围还仅限于部分经济发达城市。

1 BIM技术概述

建筑信息模型 （Building Information Modeling，BIM）技术是以三维模型为载体，将建设项目各环节的数据信息进行高度集成，并利用数字仿真模拟相关工程的真实信息，从而实现工程信息的数字化。在建设项目施工中应用BIM技术，可以提高工程建设的可视化程度，提升相关管理水平，尤其是覆盖建设项目全过程全寿命周期的相关模型数据[2]，能够让项目参建人员随时随地查看任意工序的信息数据，使施工过程更加科学合理，并可以为后续类似项目积累宝贵的施工数据。

2 BIM技术在市政综合管廊施工中的应用优势

2.1 通过查漏补缺降低施工管理风险

市政综合管廊不仅自身结构复杂，而且内部需要容纳大量的各类市政管线。鉴于此，在传统二维设计模式中，设计图纸经常会出现一定偏差，势必会给施工质量和工程进度带来不利影响，如果因设计图纸的纰漏导致项目返工还将浪费大量的经费。

采用BIM技术可以创建三维模型，让整个综合管廊显得更加 “直观”。施工人员通过同比例放大的模型能够更加轻松地发现设计图中的错误。同时，施工人员可以利用BIM技术对管线与管线、管线与主体之间的碰撞进行更加细致、安全、科学的排查，让精细化和协调化的管理真正落实到地下管廊的施工建设中。

2.2 动态管控施工

市政综合管廊具有单位造价高、施工周期长等特征，施工进度和施工质量是项目施工期间最受关注的内容。项目管理人员通过BIM技术能够将施工内容进行合理的管控，例如，在成本控制管理过程中，利用BIM模型可以高效地提取施工建设过程中每一项构件的工程量清单，实现动态化统计和实时对比。同时，如果在施工过程中出现设计变更，设计师只需用新的模型数据对原有模型数据进行局部替换，系统本身便可直接对变更内容进行统计计算，甚至自动带动工程建设量的整体自动更新。分析设计变更对工程建设进度及成本的影响可以有效地辅助相关人员进行合理的决策变更[3]。

2.3 指导预制件加工

在市政综合管廊施工过程中会应用到大量的成品预制件。通过BIM模型数据的演示，相关预制件加工单位能够清楚地了解到需生产的预制件的规格、数量，甚至还能够得知不同型号预制件交付的时间。一旦遇到施工阶段要求对部分预制件进行局部调整，预制单位就可以根据数据模型立即对预制件进行修改调整。此外，BIM系统还可以统一数据格式，便于设计单位、施工单位和预制件供应商进行远程数据对接，进而减少了因设计变更而造成的时间浪费。

3 BIM技术在综合管廊项目施工图深化阶段的应用

3.1 优化管廊内部空间布局

由于市政综合管廊内部需要纳入的管线数量众多，同时需要保留日常巡查维修的空间，加之管廊本身高昂的造价，管廊内部可谓是 “寸土寸金”。BIM系统能将各类管线真实地 “安装”在管廊内，并按照相关安全规范要求进一步优化管线的间距和布局方式，从而最大限度地提高管廊内部空间的使用效率。此外，BIM系统可以检测设备用房区域、管廊主要通道、机电管道、结构预留孔洞位置、人行通道是否满足相关标准。BIM模型能够符合施工图阶段模型精度要求。

3.2 虚拟仿真漫游

通过BIM软件搭建的三维模型能够直观地再现综合管廊的内部空间和需铺设的各类管线，并且在系统中这些组件的所有细节都能够被全方位地呈现，哪怕是管道上一个小小的螺栓，其定位数据和尺寸比例都丝毫不差。因此，将整个综合管廊的BIM数据库导入Fuzor软件后便可模拟出管廊内的一切物体，甚至可虚拟一个AI角色扮演养护人员对管廊及其内部管线进行日常巡查，并实时显示巡查路径。一旦在演示过程中发现设计问题即可输出节点信息，并提交相关单位进行优化调整。

4 BIM技术在综合管廊项目施工准备阶段的应用

4.1 优化施工场地布置

市政综合管廊工程除了部分施工地点位于新建区域外，绝大部分施工地点位于人口与建筑物密度较高的城区，施工用地极为紧张，而综合管廊施工目前多采用预制件现场拼接工艺，大体量的预制件和超大型的起重设备加剧了临时施工场地的拥堵。

设计单位通过BIM模型能够将传统的施工场地平面布置图转化为三维模型，从而在三维空间内将各类施工材料和施工设备按照真实尺寸进行布置，甚至可以规划各类施工材料和施工机械进出临时场地的路线，并提供给施工方来进行各类临时设施和临时堆场的布局优化，从而可以大幅降低材料的二次运输和施工机械转场的几率，为施工单位节约大量的时间和金钱[4]。

4.2 编制施工组织方案

通常情况下市政综合管廊系统的施工线路和工期较长，在施工期间使用的各类材料、机械和施工技术人员数量众多，而且不同施工阶段所涉及的施工人员、施工材料、施工机械也各不相同。因此合理地安排施工中所涉及的人员、材料、机械不仅关系到整个市政综合管廊的施工进度和施工质量，而且将对施工成本产生直接的影响。

在采用BIM模型后，施工人员能够结合以往类似工程的施工经验和现场情况模拟出本项目的施工进度计划，并根据该计划罗列出不同阶段所需安排的施工人员、施工材料、施工机械的种类和数量，从而形成最为优化的施工组织方案。

4.3 强化施工技术交底

施工图交底是施工准备阶段最为重要的环节。交底工作的详细程度不仅影响各工种之间的配合默契度和施工进度，而且通过施工图交底环节，施工人员能结合自身施工经验对设计图纸中部分 “合规但不合理”的设计内容进行优化调整，从而进一步优化设计图。

通过将BIM技术与3D打印技术融合，设计单位可以将设计图纸直接制作成3D模型，使综合管廊中的每一个标准件直接展现在施工人员面前，让施工人员直观地了解每一个标准件的对应型号和实际尺寸，甚至每一处焊接点和螺栓孔的位置，真正做到心中有数。

5 BIM技术在综合管廊项目施工阶段的应用

5.1 施工质量管理

首先，市政综合管廊施工初期必须在施工现场开挖大体量的基坑，由于大体量的基坑对周边建筑物的稳定性影响较大，BIM模型系统可以将基坑支护设施如拉森钢板桩、地下连续墙等直接进行数据模拟，并将整个基坑周边的地质数据加载到抗滑验算模型中一并加以验算，确保基坑支护的安全性和稳定性。同时，利用自动位移和沉降监测设备可将各个支护面上的位移和沉降数据直接导入BIM模型，从而对基坑及周边土体的稳定性进行实时监测。一旦发现基坑某支护面短时间内出现较大的位移沉降变化、累计位移沉降变化超过合理值，系统将直接显示出现问题的具体位置，以便施工人员及时进行应急抢修。

其次，市政综合管廊施工过程中将大量使用标准预制件，为了保证预制件质量，可采用三维激光扫描技术对预制件进行全覆盖式扫描测量，以确保其实际尺寸与设计模型保持合理的误差，从而提高现场拼接和固定工作的效率。此外，项目管理人员利用超声波扫描技术可以对预制件内部的质量进行检测，及时发现预制件内部的裂纹和细微空鼓。

最后，在进行市政综合管廊施工时除部分节点采用现场浇筑外，大部分管廊及内部设施主要采用预制件拼接形式进行施工，在保证预制件质量后施工现场的拼接质量就成为了影响管廊体系质量的重要因素。鉴于部分综合管廊采用螺栓进行锚固，为了保证每一处固定点所使用的紧固件满足规范要求，施工时可将预制件的二维码信息与紧固件的二维码信息绑定。如果两者之间的型号不相匹配，BIM系统将直接进行提示，而当少数锚固点出现遗漏时，系统也将通过核对紧固件库存数量来进行校核。管廊内部的各类管线也可采用相同的监测技术进行质量监管[5]。

5.2 施工进度管理

对于市政综合管廊而言，施工进度既是保障项目按时交付实施的关键，又与降低项目安全生产隐患息息相关。通过应用BIM系统模型，项目管理人员可以对施工进度进行标记，甚至可以细化到每一处预制件或每一段内部管线的施工时间，从而使得整个管廊系统施工所需时间一目了然，有利于及时发现施工环节中进度落后的工序，以便及时予以调整优化。同时，项目管理人员可以利用模型数据及结合施工进度情况，合理安排后续施工所需的人员、材料、机械等，尤其是市政综合管廊施工所需的预制件需要提前定制，进而避免了施工期间因等工、等料等引发的怠工问题，确保了施工进度符合计划要求。

5.3 施工安全管理

由于市政综合管廊大量工程设施位于地下，施工时需要进行土方开挖作业，尤其是在我国南方地区，施工易受到降雨的影响，致使基坑围护出现透水、坍塌等安全生产事故。此外，地下施工现场条件较为复杂，各类现有地下管线如同蜘蛛网般横亘在管廊施工面上，而地下空间较为封闭的施工环境也容易引发管涌、气体中毒等事故。为确保施工安全，可以采取以下措施。

一是在项目施工期间除了调阅现场区域内各类管线的竣工图纸外，还可以利用超声波探测装置或金属探测仪对基坑四周的现有管线进行细致的勘察，并通过实时差分 （Real-time Kinematic，RTK）定位网络对所探得的管线进行定位信息的融合，随后将管道直径、走向、深度等相关信息统一录入BIM系统中，便可得到十分完整的施工区域管线分布模型。项目管理人员在得到管线分布模型后逐一与管道的管理单位进行对接，并提前按要求做好管线改迁或现场保护工作。

二是针对综合管廊施工期间容易出现高强度降雨的情况，项目管理人员可以提前在基坑或集水井内布设水位探测仪，从而获取基坑内积水量信息。随后将上述设备所收集的水位数据统一显示在BIM模型中，同时将集水井内排水泵的运行信息一并进行显示，从而方便管理人员决策是采取排水理念来控制水位上升，还是及时撤出人员和机械以免出现人员伤亡。

6 结束语

市政综合管廊作为提高城市地下空间利用率、改善城市建成区市政基础设施服务水平的重要举措，在我国应用的范围将越来越广。通过应用BIM技术来完善市政综合管廊的建设和管理工作，不仅能够发挥BIM技术虚拟模型演示的长处，而且利用GIS定位技术、探测感应等其他先进技术可进一步提高项目管理人员对工程质量、进度、安全等的管控力度。