BIM 在综合管廊中的应用与研究

欧阳雯莉，赵万华，黄 未，蒋傲梅，罗林子，李唯诚，徐呈灏

（武汉轻工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430023）

近年来，城市地下综合管廊的发展受到国家大力推进。管廊工程具有施工难度大，投入成本大，安全性要求高的特点，而且还属于地下工程，所以需要在管廊的实际施工过程中采取一系列先进的科技手段保证工程建设目标的实现。而BIM 技术的快速发展为地下管廊建设施工带来诸多便利。

1 BIM 在综合管廊中的研究现状

蔡梦娜在对南京市江宁区的地下综合管廊工程的研究中，论证了BIM 技术对于避免资源浪费、缩短项目工期、降低施工成本等方面有较好的作用。

蒋雅丽论证了BIM4D 技术在进度检测，进度动态分析和进度管理中的作用。

栗鹏在研究BIM 技术并借助BIM 系列软件用于地下综合管廊的全生命周期的管理中，从设计阶段、施工阶段到运维阶段等三个阶段对于BIM 技术在实际工程施工中的应用进行探索。

韩晓瀚对山东省某地下综合管廊工程进行研究，论证在综合管廊实际施工过程中BIM 技术对于工程资料信息、运维、资产、行政等方面的作用。

2 BIM 在综合管廊施工中的应用优势

2.1 管廊设计阶段优势

应用BIM 技术的可视化、协调性的设计优势，可在施工之前检测地下管线在工程铺设中各个阶段可能出现的碰撞，从而有效地进行设计，这样就能够在施工过程中有效避免返工的问题，进一步减少施工的变更，通过模拟施工的方式能够及时校正和解决施工协同设计中可能存在的问题。

2.2 管廊施工阶段优势

通过BIM 技术的应用，可以按照数据有效地对综合管廊项目进行模型创建，从三维视角更直观地了解项目施工现场；还可以为其施工过程提供设计依据，得到更全面、准确、直观的施工现场信息，从而大幅提高效率。

2.3 管廊运维阶段优势

在综合管廊工程竣工进入运维后，BIM 运维技术结合一系列新技术搭建一套智慧一体化的运维与管理平台。同时利用先进的BIM 运维技术与这些新技术协同作用，随时监测整个综合管廊工程系统的实时情况和数据，能最早发现问题，也能更加精准地定位每一个问题所在，并及时解决。

3 BIM 在综合管廊施工中的具体应用

3.1 场地布置

综合管廊工程施工现场具有工作面线路长，跨度大，断面狭窄，内部结构烦琐，沿路设施复杂等特点，通过BIM 技术可以对人员进出与机械运行道路进行分流布置，使现场狭小的工作面得到充分利用，避免造成场地及道路的浪费，同时避免工期延误，成本增加。

施工现场狭窄，预制构件堆放及吊装不合理。施工构件受到现场施工条件影响，故国际上多采用预制构件进行施工。采用BIM 系列软件，可以进行现场施工模拟，选出材料最佳的堆放位置和吊装方案。

3.2 校核图纸

由于受到维度限制，传统平面设计图纸的精确度难以保证。一般而言，在施工过程中图纸问题会被发现，然后通过反馈、变更、现场整改及返工等复杂的方式，这不仅会给项目带来成本浪费和工期延误，还会破坏项目施工过程的完整性和连贯性。此时项目潜在问题就可以运用BIM 技术来解决。在综合管廊工程施工之前，对所有图纸进行规范的检查，找出图纸中的错误或者遗漏之处，把问题先期解决，这就是“未建先见”。

3.3 模型建立

城市地下管线复杂多变，包含给排水、燃气、通信、供电、暖通等管道。城市某些管道更是因为年代久远，管线图中未必会有很详尽的记录。故城市地下综合管廊施工第一阶段的重点应是解决管廊项目施工路段地下原有管线排布情况及其与道路两旁其他主体建筑结构之间相对位置关系，通过BIM 技术，将项目原有和现有的管线施工信息导入模型，使得模型更加具体，避免原有管线被破坏，同时也可以为施工企业进行管线排迁、现场土方开挖及桩体施工提供技术依据，得到更直观、全面、准确的项目信息，从而提高工程施工效率，节约施工成本。

3.4 施工方案选取

综合管廊项目多位于城市核心区域，对于综合管廊这种线状型工程，随着施工阶段的进行，工程规模不断扩大，复杂程度也会逐渐提高，因此在施工时必须要尽快完成，避免工期延误，所以科学合理的方案十分重要。但在实际施工中很难根据设计图纸将施工全过程信息完美地表达出来，使现场施工与原施工方案出现偏差。借助BIM 技术，根据施工方案使原本二维图纸转变为三维模型进行表达，可以直观呈现出整个施工过程，避免各管线间的分歧和信息的错漏，实现多种施工方案可行性与施工效率的相互对比，进而完成施工方案的优选，降低施工现场安全隐患，达到快速完成施工的目的。

3.5 施工模拟分析

传统管廊的平面图纸通常表现为项目的平、立、剖三部分，由于使用CAD 绘制的图纸各自之间关联性较差，需要人工完成图间关联，当图纸数据发生变更时，其余信息也都会发生变动，其工作量大，容易出错。再加上综合管廊地下管线复杂多变且种类丰富，管线定位麻烦、排迁困难及土方开挖难度大，且涉及许多不同专业的设计人员，设计人员相互间难以保证充分有效的协调，这就成了图纸设计中的难题，因此各类专业图纸之间出现的错漏碰撞情况难以避免。

3.6 施工管理

将地下综合管廊施工和BIM 云技术结合，能够建立更加完善、权威的管廊云管理平台。借助云平台，施工、管理及决策人员等都可以根据数据对管廊施工情况进行详尽的了解，使各种数据的统一存储、分析及判断可在后期运行周期内实现，并提供决策支持给上级管理层。

4 案例实证

（1）香港中文大学深圳校区综合管廊项目，运用BIM 技术中的Revit 软件、工作集与链接模型，将项目进行划分，在建筑信息模型中导入设计图纸信息，并进行整合，将所有数据进行整合然后输入管廊的三维模型中，实现施工设计模拟。基于施工设计模型，进行参数化实时渲染操作，可以提前观察到模拟设计的效果。在初始设计方案进行仿真模拟中运用BIM 技术，通过多种手段进行动态方案讨论、动态调整演示，从而优化设计方案。方案生成之后基于各专业施工设计模型，通过Navisworks 和Revit 软件进行碰撞检查实验和净空审查。根据检测结果及净空要求，进行管道优化。在运维阶段，根据工程实体，为了准确表达项目构件实际的各种信息，需要进行修改施工模型，并且将修改之后的模型提供给运维单位进行下一步设计。在设备发生故障时，可以及时得到相应管线信息，设备厂家及规格信息，后进行相关附件设备的采购维修，极大地缩短运维周期。此项目率先运用BIM 技术对综合管廊进行设计、施工和运维，使工程成本得到有效管控。节约工期在1 个月以上，节约造价超过50 万元。

（2）杭州市地下综合管廊的建设，对于传统的建设管理模式来说，不能满足安全建设需求。因此，需要找到能够有效、安全地进行综合管廊建设以及运维的方式。在综合管廊设计中运用BIM技术可以真实地表现排布设计，还能立体显示其效果，管廊的内部信息也能够清晰地在设计中显现。利用杭州数字规划信息，运用BIM 的数据收集和处理的能力，可以了解监管施工段地上和地下现状。BIM 系统不仅可以采集集成系统中的数据，对数据进行处理和传输，还可以整合项目建设中各个阶段所产生的全部信息到统一的数据平台中，通过模拟建筑物信息，进行数字仿真，并结合大数据平台、云计算，在项目的各个阶段提供科学合理设计支持，还为项目建设的整个周期提供了一个智慧化管理平台。

5 结论与展望

5.1 结论

管廊工程作为一次性建成的大型地下工程，涉及专业多，结构复杂，施工难度大，建设成本高，后期运维起来较难。所以传统的建设管理方式难以满足需求，这时从综合管廊工程设计、施工、运维三个阶段探索BIM 技术的应用。BIM 技术不仅解决设计、施工阶段面临的问题，还可以为后期运维提供数据信息和技术支持。BIM 技术可以解决很多的管廊工程技术，利用BIM 技术进行综合管廊施工优势明显。

5.2 展望

作为地下空间结构的新兴工程，管廊工程高效且集中，极大提高城市地下空间结构发展的容错率，有效缓解城市交通压力，提高城市综合发展力，能够抓住当今城市发展的需求。BIM 技术是一种新型的可以进行道路综合管线设计的模型，虽然在综合管廊设计中提供了诸多方便，但是还需要其完善设计流程，并确保能够符合专业设计规范，才能在后期实际施工时运用BIM 技术减少工作量并提供便利性。