BIM技術在管廊工程施工中的應用

鄒前, 吳剛剛, 孫輝, 陳孝強, 唐雁云

(1.廣西交通投資集團有限公司， 廣西 南寧 530011； 2.廣西路橋工程集團有限公司)

國家“十三五”規劃將城市地下綜合管廊列為重點民生工程，其已成為建設智慧城市的重要部分，在提升城市綜合承載力、完善城市功能等方面發揮著重要作用。針對城市地下現有的機電、通信、廣播電視等管線錯綜復雜以及管線的排遷和土方開挖難度大等問題，基于傳統CAD的設計模式和施工管理方法已不能滿足管廊工程的建設需求，且由于地下通道、地下鐵路等地下空間的開發，建設過程中必須考慮地下綜合管廊的具體布置位置，建設前期需要進行全面的規劃，以確保工程項目的經濟合理及安全使用。相比美日等發達國家已經完善的綜合管廊標準及應用，中國綜合管廊的發展還有許多欠缺，BIM技術作為現今建筑、公路、橋梁、隧道等行業的熱門技術，也可應用于地下綜合管廊工程中，包括管廊的規劃設計、施工和運維，使管廊設計三維可視化，對提升管廊施工質量、降低成本、縮短工期有著較大幫助，同時為管廊后期運維提供數據，便于管廊的全生命周期智能化管理。該文結合南寧市某管廓工程，探討BIM技術在施工圖設計、施工準備和施工實施階段的使用情況，并對存在的問題提出解決方案和建議。

1 工程概況

某道路工程路線走向為東西向，現維持主車道八車道保持不變，結合遠期快速路向南、北兩側各新建寬度為30 m道路的規劃，即由現階段路幅寬60 m拓改至120 m施工，長度為1.6 km。施工內容主要包含：道路的路基、路面、地下管廊、排水及海綿專項工程、照明工程，該項目的合同工期為360 d，項目合同價為2.29億元。項目特點：項目結構工程為雙艙斷面的地下綜合管廊結構，總長1 604 m，其中采用預制拼裝法施工的管廊長度為1 162.5 m，分為775個標準節段，是目前廣西區內首個裝配式地下管廊項目，項目技術含量高、工期要求緊、施工難度大。預制管廊尺寸大、重量大、運輸吊裝難。預制管廊節段多、接頭多，對防水抗滲要求較高，防水施工難度大。綜合管廊基坑采用明挖方式，開挖深度約為9 m，危險性較大。施工場地受限，規劃紅線區域即為該項目的施工區域，兩側可利用的空間狹小，施工空間受多方面限制。

2 BIM技術在管廊工程中的應用分析

主要對BIM技術應用于管廊工程的施工圖深化設計階段、施工準備階段和施工實施階段進行分析。

2.1 施工圖深化設計階段

(1) 各專業模型構建

以傳統二維施工圖紙為基礎，通過Autodesk平臺搭建專業模型，為后續施工圖深化設計階段提供模型基礎，并通過平臺使各專業間采用“中心文件”的方式進行協同工作，按照施工設計圖在同一平臺上構建模型，施工圖BIM模型成果滿足規范及該階段各專業模型內容及精度要求，如表1所示。

(2) 碰撞檢測及優化

基于管廊施工圖設計階段中各專業的BIM模型，在Navisworks軟件中檢查機電管線與管廊內部其他構件之間的碰撞沖突問題，通過優化各專業的布置方案，從而深化設計，提高設計質量，避免因設計問題造成的施工返工。檢查內容包含構件沖突檢測和三維管線優化檢測，根據碰撞情況進行調整優化，最后形成詳細的檢測報告，報告中應記錄節點位置、碰撞內容、碰撞構件ID號、優化建議等，優化后的各專業模型應符合施工圖階段BIM模型精度要求。

表1 施工BIM模型精度

(3) 空間凈高檢測優化

基于各專業BIM模型，通過凈空分析優化管廊結構及機電管線的布線方案，得到最優的凈空高度。檢查內容包括設備用房區域、管廊主要通道、機電管道、結構預留孔洞位置、人行通道是否滿足相關標準等，最終提交凈高分析報告，報告內容包含出現凈高不滿足要求的具體位置、不滿足的原因及優化建議，優化后的BIM模型應符合施工圖階段模型精度要求。

(4) 虛擬仿真漫游

利用BIM軟件，對建筑物進行三維漫游，通過VR漫游體驗或生成動畫模擬的方式，直觀查看建筑物各部位的設計效果，及時排查設計上的缺陷或問題，從而輔助相關負責人對設計方案進行優化，減少由于事先考慮不周全而造成的損失。主要實施過程為：將BIM模型導入Fuzor軟件中，通過賦予模型能夠反映建筑物真實情況的材質，在重點部位設定視點和漫游路徑，以呈現設計意圖，輸出常用格式的視頻，同時保留原始文件，以備調整和修改，最終提交給相應單位動畫視頻文件。

2.2 施工準備階段

(1) 施工場地布置

利用BIM技術，將傳統的二維場地布置轉換為三維的BIM模型，再在模型上進一步完善場地布局，從而指導臨時建設設施的布置或安裝，為減少材料的二次搬運、制定科學的材料運輸計劃提供參考依據，達到提高臨時用地的使用率，減少臨時設施的投入，提高運輸效率。主要過程包括收集現場場地基本情況以及辦公、生活等各個區域的布置要求，按照要求建立場地布置BIM模型，再根據BIM模型對場地設施、設備、道路、管線等進行對比優化調整，最終向相關方提交根據現場實際情況制作的、符合相應規范的場地布置BIM模型，并生成場地布置平面圖及材料明細表。

(2) 施工組織與方案模擬

利用BIM技術將施工方案制作成施工動畫，再導入進度計劃，即可直觀地向管理人員展示出工程進度安排或項目的實施過程，關聯相關價格信息后，生成人、機、料、資金的需求曲線，動態顯示施工期間不同階段對各類資源的需求量，為后期項目管理提供便利。主要實施過程包括按照實際施工工序制作施工動畫，再關聯人、機、料、資金等配置計劃，模擬動態運行調整實際的施工組織與方案，向相關方提交分析報告和優化方案，最后提交相關視頻。

(3) 深化設計模型生成施工圖

深化設計包括各專業之間的碰撞檢測協調設計以及單專業的深化設計，主要是通過充分考慮施工過程中可能遇到的各種問題，判斷設計的可行性，再進行設計優化，確保工程具有可實施性，主要實施過程包括依據工程實施計劃或施工方案精細化建模，得到包含工程實體信息的施工LOD350級BIM模型，設計人員根據國標或行業標準結合施工經驗對模型進行調整和優化，參建各方對BIM模型進行審核，最終生成可用于指導施工的二維深化施工圖，并向相關方提交其他相應的成果。

2.3 施工實施階段

(1) 施工計劃模擬

利用BIM軟件將施工計劃與BIM模型結合，以4D的形式直觀地將整個工程進度安排及重點、難點反饋給項目管理人員，輔助管理人員完善施工計劃，確保項目在實施過程中不會出現窩工現象，保證人、機、料的合理安排。主要實施過程為：按施工工序設置工作內容，將工程進度安排和資源配置計劃導入軟件關聯模型，分析模擬計劃的可行性，并將分析結果與項目的經營管理目標進行比對，若偏離項目的經營管理目標，則逆向修改施工計劃及資源配置計劃，直至符合預期目標，最終向相關方提交施工計劃模擬演示文件和施工進度控制報告。

(2) 3D打印技術

在管廊標準節段首節段的試制過程中，利用3D打印技術將BIM模型打印成實體指導施工，極大地提高了裝配式管廊的試制效率，并使用打印出來的管廊模型校驗成型的預制節段是否正確，設計方案是否合理。

(3) 點云+BIM制造誤差校核技術

對在堆放區的成品預制構件進行制造誤差校核，并生成誤差分析報告，保證構件精細制造，確保吊裝時精準安裝。采用徠卡三維激光掃描技術，對成型預制管廊標準段進行掃描，獲取管廊的三維點云數據，運用軟件進行逆向建模，結合Revit三維模型進行分析，得到構件加工模型與設計模型的偏差，根據問題研究出解決方案，服務現場施工。

管廊基坑為明挖方式，開挖深度為9 m左右，土石方量大，傳統量測方式難以保證土石方量的準確性，這是該項目工程量控制的重點。采用徠卡三維激光掃描技術，建立基坑實際開挖三維模型，可精準求出土石方實際收方，輔助工程計量及精確制定回填調配調運方案。

(4) AR技術

運用AR技術增強構件交底，針對管廊的節點位置結構復雜，預制構件配筋結構圖難以理解的問題，運用AR技術實現精準交底，大幅減少了返工率。

(5) 質量與安全管理

基于模型關聯質量、安全相關的法律法規，實現對工程各部位的質量、安全的動態管理，通過在現場使用移動端手機相關數據，與施工模型進行對比，及時發出預警和調整通知。主要實施過程為：在BIM模型上關聯施工安全手冊；管理人員通過移動終端及時獲取施工過程需要管控的元素，識別危險源和重難點，保證作業人員操作正確無誤、可控；通過移動終端及時將現場的實際情況以及出現的質量、安全等隱患傳遞到BIM模型上或平臺上，最終向相關方提交施工安全設施配置模型和施工質量檢查與安全分析報告及解決方案。質量與安全管理實施流程如圖1所示。

圖1 質量與安全管理實施流程

(6) 工程量統計

利用施工BIM模型統計各構件的工程量清單，提高施工階段工程造價的計算效率與準確性。主要實施過程包括在參數化模型的基礎上，根據相關計量、計價規范要求加入構件特征及相關描述性信息，完善BIM模型中各構件的成本信息，使施工過程BIM模型達到LOD400；再利用BIM軟件直接生成工程量清單，即可為工程招投標以及施工圖預算提供依據。最后施工單位根據優化后的動態模型實時獲取成本或產值信息，合理地安排資源配置計劃，同時向業主方提供符合預結算編制要求但不包含相應損耗的工程量清單?；贐IM的實施工程量管理流程圖如圖2所示。

(7) 二維碼技術

使用二維碼技術關聯構件信息，保證施工的進度和質量，將BIM模型中構件所包含的各類信息及生產過程中的施工信息通過二維碼的形式直接粘貼到預制構件中，實現責任明確到人。同時也實現了利用BIM模型信息直接指導構件生產，提高裝配式管廊生產過程的自動化程度和生產效率。采用自主研發的PIP物料追蹤系統，通過云平臺對預制構件模塊、機電管線等設備設施進行管控，將圖紙信息、構件信息、復雜節點三維圖、剖面圖等融入二維碼中，指導現場施工。

3 BIM技術在管廊工程中的應用建議

隨著中國經濟水平的提高和城市基礎設施建設水平的提升，地下管廊工程已經成為城市化建設的重要發展方向，國家先后下發了一系列政策來推動綜合管廊的建設，但中國城市地下綜合管廊建設起步較晚，在工程的長遠規劃和管理體制上還不完善，工程依據和標準相對較少，對工程中特殊結構的施工還沒有統一的方法，缺乏經驗和完善的法律法規；而且在綜合管廊工程的建設中，工程建設前期投資大，總體投資高，投資與收益不成比例，短期投資融資壓力大，資金投入不足。在城市綜合管廊工程建設中采用BIM技術，搭建工程管理協同工作平臺已勢在必行，這將是未來管廊工程的重要發展趨勢。

圖2 基于BIM的實施工程量管理流程

現有市場上同時掌握BIM技術和擁有豐富綜合管廊工程建設經驗的綜合型人才相對匱乏，掌握BIM技術的人員可能工程經驗欠缺，而在項目一線有豐富工程經驗的施工人才對BIM技術又了解不夠，因此需要事先建設BIM技術團隊，并在項目設計、施工過程、工程計量、深化設計等方面全面推廣BIM技術，加強BIM技術宣傳和技術交流探討，改變傳統施工思維，更好地利用現有的工程信息管理平臺進行協同工作，將項目信息及時上傳共享，及時發現問題解決問題，在充分了解各個時期重難點工程的基礎上，把控工程進度，有針對性地調整施工計劃，更好地發揮BIM技術的應用優勢。

另外，市場上BIM軟件功能單一，集成性高的BIM應用系統很少，更是缺少能對項目各方面進行整體管理的系統，且不同軟件之間存在技術壁壘,數據傳輸困難，會造成數據孤島，制約了BIM技術的應用和發展。為優化BIM技術應用，提高工程項目BIM技術應用情況，國家和企業需要加大資金投入，積極研發BIM應用軟件和工程應用集成系統，加強設計單位、施工單位、運營單位等不同專業軟件間的信息交流和共享，積極學習國外先進理念、標準，堅持引進消化吸收，去其糟粕取其精華，開發出更多適合中國工程建設的BIM軟件和集成系統，促進中國BIM技術的發展和工程建設，同時積極培養優秀人才，組建BIM攻關技術團隊，并展開團隊針對性培訓，打造懂理念、懂技術、懂服務的專業型復合人才，提升團隊協作水平。

最后，由于中國在地下綜合管廊中BIM技術的應用還處于探索階段，技術人員缺乏相應的工程應用經驗，BIM標準也都還在研究和制定階段，還未形成成熟且具有法律依據的國家統一標準和行業標準，需要國家對特殊結構施工、施工圖設計、審核交付等方面制定不同的管理標準和實施標準，使工程能夠更規劃化和標準化，方便管理和實施，確保施工質量。

4 結語

探討了BIM技術在城市綜合管廊工程建設中施工圖深化設計、施工準備、施工實施3個階段的應用效果和實施情況，總結了現階段城市綜合管廊工程BIM應用中存在的問題，并提出了相應的建議。目前中國BIM技術在管廊工程中的應用還處于探索階段，工程建設經驗匱乏，為更好地在管廊項目中推廣應用BIM技術，實現工程建設信息化和數字化管理，應積極探索和推廣成功經驗、早日建立健全相應規范標準。