BIM技术在城市地下综合管廊中的研究与应用

李应来 （合肥市综合管廊投资运营有限公司，安徽 合肥 230091）

0 引言

城市地下综合管廊，又称共同沟或共同管道，是指建于城市地下用于容纳两种及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。即在城市地下建造一个隧道空间，将各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。

1 传统综合管廊工程的缺陷

1.1 管线综合设计容易出现碰撞，费时费力

在城市地下综合管廊中，存在大量的管线，避免不同的管线出现碰撞或矛盾是管线综合设计的重点。由于管线权属不同，管线数量、种类及布置等设计工作由不同设计单位负责，各专业独立设计，设计依据、需求及标准不尽相同，信息交换不对称，导致关键节点部位管线综合时经常在空间上出现碰撞，一旦在施工阶段出现这些问题，只能通过变更设计图纸或者返工解决问题，既延误了工期也增加了成本。

1.2 施工分界繁杂，工序衔接不畅

综合管廊廊体工程施工中，需要预留各种孔洞、预埋各项构件，以便于管线及设备安装与调试。廊体工程随土建一并施工，机电设备及各类管线待廊体基本完成具备条件后进场，分别由不同单位、不同专业人员在廊内施工，工程体量大、专业多、周期长、系统集成复杂、管理要求较高。各参建单位之间施工界面较多，工序交叉频繁，预埋件布置不合理导致设备无法安装、设备安装与管线安装调试工序相互矛盾等问题时有发生，急需改进项目管理措施，改善项目管理手段，提高项目管理水平。

1.3 传统的运维管理效率低，存在极大的不便

在综合管廊项目的运维阶段，因为管线专业众多，会产生越来越庞大的信息量和数据，再加上管廊项目自身就携带着大量的信息，传统的运维管理方式无法高效地处理这些信息数据，甚至很多管理文件会以纸质的形式保存，随着时间的推移，这将给后期的资料查询和信息反馈带来极大的不便。

2 BIM技术在综合管廊工程中的优势

以BIM和GIS技术为支撑，构建满足综合管廊日常维护、内部导航、路线规划以及应急管理等需求的相关定位技术，达到综合管廊内管线设备、附属设施以及人员的精准定位，实现三维可视化运维管理。

结合综合管廊本体、设施设备以及各入廊管线的专业监测数据，对综合管廊运行状态进行综合分析和评判，为运维管理平台的各项业务提供可靠的数据决策支持，实现综合管廊运维管理过程中的信息感知、储存、分析、判断，以达到智能化运营管理水平。

2.1 管线综合碰撞检测

BIM建模软件可以构建出综合管廊的三维立体模型，设计师可以通过软件查看项目模型，全方位地检查模型，并通过软件系统对不同的管线进行碰撞检测，生成碰撞检测分析报告。设计师们可以通过这份分析报告在三维模型中进行调整修改，确保最终的三维模型没有任何碰撞点，从而避免在施工阶段出现碰撞问题，影响工期和增加成本。

2.2 可视化交底

传统的工程交底一般是二维图纸加上文字说明，但是综合管廊项目的结构是非常复杂的，仅通过二维图纸和文字说明无法让技术人员充分理解图纸表达的内容，这也就势必会对技术人员理解图纸造成阻碍。通过BIM技术，将现有地下管线、建筑物及周边环境三维数字化建模，构建综合管廊三维时空数据库，利用三维数据可直观展示的特点，实现碰撞、接驳等空间分析功能，提高数据库的信息处理能力；并融入工程信息和项目信息等非空间信息，对工程项目信息进行模型化，提供数字化、可视化的工程方法，贯穿工程建设从方案到设计、建造、运营、维修、拆除的全生命周期，服务于参与工程项目的所有各方。

2.3 智能管理

BIM模型包含了项目各阶段的资料和数据，项目建成后，可以将所有BIM软件中的数据交给后期负责运维的单位。BIM模型数据库可以查看管廊网的情况，利用BIM技术可以实现对管廊的可视化检修，再结合RFID等其他技术，形成对综合管廊的智能化监测系统，提高运维管理效率。

3 BIM技术在综合管廊工程中的应用

3.1 在综合管廊设计上的应用

3.1.1 设计管廊模型

在传统施工过程中，城市地下管廊错综复杂且施工过程中考虑周围环境及设施的安全性，利用BIM技术设计出管廊模型，合理地应用空间布置，建立模拟出管廊和周边环境的模型。通过检查并收集模型数据，保证了管廊空间结构的安全性，也可以科学有效地避免后期的返工问题，确保管廊的整体性。

3.1.2 管廊构件的设计拆分

通过BIM技术的设计将地下管廊模型拆分无数分部分，并划分不同的编号，传统设计者在看平面图中划分，过程容易出错。采用BIM技术对地下城市管廊模型进行快速拆分，可以极大地提升施工效率，通过把构件空间构造信息传递给预制工厂，可以大大提高构件的产品合格率，进一步地节约成本，提高建设工程的施工进度。

3.2 在管廊施工方面的应用

3.2.1 优化施工组织设计

通过基于BIM的三维可视化施工信息展现与交互模式研究，添加周边环境要素，可以全方位展示和考量综合管廊施工全过程控制要素和实施组织方案，规避传统管理模式信息缺失、维度有限的缺陷，进而提高施工组织可行性和优越性。

3.2.2 全面提升项目管理品质

综合管廊施工管理过程中，围绕着保障施工安全、把控施工进度、控制项目投资和保证工程质量这四个核心，运用BIM技术的全生命周期管理理念，承继规划设计、施工建造阶段的各项资产信息，并结合物联网、大数据和移动网络等技术，汇聚融合各类信息，贯通闭合各项流程，联通协同各个岗位，辅助和提升管理工作，以保障综合管廊安全高质量建设。

3.3 在管廊运维方面的应用

基于BIM技术，实现对综合管廊的运维管理，对管廊内所有设备的档案、运行、维护、保养进行管理，集成从设计、施工阶段的全过程信息，可以提供一个完备的信息化管理系统，在运维管理中实现数据集成和共享、运维管理可视化。

3.3.1 BIM技术的可视化

三维可视化技术是BIM应用的重中之重，在管廊运维平台中，三维可视化应用在管廊三维模型展示、分析数据的叠加、基于三维的预警预案等方面。

通过管廊三维模型展示，将管廊大量复杂的数据通过图像的方式表达出来，更直观、更方便工作人员查看和利用这些有效数据，清晰易读、便于操作分析，同时也能为管理人员提供有效的参考。通过三维可视化技术将管廊各项数据，包括资产数据、设施设备运行状态参数、统计分析的结果叠加在管廊三维模型中，供工作人员随时随地查看。基于三维的预警预案能够保证系统三维地理信息场景与真实设施设备场景无缝融合，且实现从大场景到设施设备精细场景的无切换、无跳转、平滑推进显示。操作人员可以在三维场景中任意、快速地定位、查询、关注设备的相关信息。在三维虚拟场景中动态地模拟火灾、爆炸等事故，为工作人员提供虚拟演练的数字化环境。

3.3.2 BIM技术的集成化

BIM作为一个数据分析平台，可以将不同方面的数据进行整合，通过大数据分析，为管廊的运维提供有效的施工方案指导。管廊的三维模型，包括管廊的三维结构，管廊的进出口、台阶，管廊中供水管网、排水管网、电力线路、燃气管线等都按实际的形状、大小、安装位置建模。并将综合管廊BIM模型进行一系列线下处理，建立LOD，优化材质，通过格式转换和加密等过程，实现系统对3D管廊模型的加载。对数据信息的更新，使数据的关联同步，为运维环境管理和施工计划提供信息，减少不必要的错误。

3.3.3 BIM技术的模拟性

在工程建设中，成本投入，环境安全等问题，很难把控。使用BIM技术可以在运维阶段中形成各种模拟：施工进度的模拟，成本模拟，火灾疏散路线的模拟等。通过在不同情况下的模拟，制定出合理的方案，把不可控因素影响降到最低。

4 结语

BIM技术贯穿工程建设中设计、施工、运维三个阶段，通过BIM技术，使综合管廊项目全寿命周期中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。在前期设计过程中，BIM起着十分重要的作用，为项目决策提供了详细的设计方案；在工程施工过程中，BIM应用加强了各专业人员之间的互相沟通，使各工作之间更加协调统一；在后期运营维护时，利用BIM承载的设备各项信息，能显著提高综合管廊运维阶段中的管理效率。BIM技术与城市地下综合管廊相结合，提高了工程建设的科学有效性，是城市未来基础设施建设的发展方向。