基于BIM 技术在城市地下综合管廊施工中的应用

韩诗雨，郭秀娟

（吉林建筑大学，吉林 长春 130118）

0 引言

随着我国城市现代化进程的加快，地下综合管廊成为创新智慧城市中市政基础设施的重要组成部分，我国大部分城市已经进行地下综合管廊的投资建设工作。城市地下综合管廊可以有效解决路面重复开挖、空中搭线、雨天内涝等常见问题，这些问题严重影响了人们的日常生活和交通状况，极易引起各种管线事故。同时，城市地下综合管廊可以美化城市形象、改善交通拥堵、增加公共产品的有效投资、提高市政的能源供给率。推动城市地下综合管廊的投资建设工作，是建立创新智慧城市的重要举措。

1 城市地下综合管廊的概述

城市地下综合管廊是指城市地下集中敷设电力、通信、给水、排水、热力、燃气等管线的公共隧道[1]。城市综合管廊还包括消防、照明、通风、监控等自身设备。城市地下综合管廊的主要功能就是承担整个城市的电力、热力及通信的供应。

法国在1833 年为了解决管线敷设的问题兴建了世界上第一条地下综合管廊，随后许多发达国家也相继展开地下综合管廊的建设工作，例如英国、德国等。1926 年，日本、西班牙也加入建设地下综合管廊的行列。我国的地下综合管廊建设起步较晚，但随着经济的快速发展和信息化时代的来临，加快了地下综合管廊在我国的发展速度。

目前，我国在地下综合管廊建设工作中取得了一定的成绩，但仍然存在诸多问题，据《中国城市建设统计年鉴》称，截至2011 年底，我国仅供热、排水、供水、燃气4 种地下管线就已经超过148 km。我国大部分城市地下管廊已经进入超负荷状态，这些地下管网由于设施陈旧，缺乏监控报警等设备，对周围环境构成潜在的威胁。

2 城市地下综合管廊施工存在的问题

城市地下综合管廊具有高度的集约性、科学性和综合性，地下内部空间有限、不可视化和复杂化等特点，导致施工难度大。一旦发生故障和遭遇灾害，容易引起一系列反应，造成巨大的人员和财产损失。城市地下综合管廊的建设属于地下作业（见图1），施工设计难度大、工期紧张，对技术要求很高，且不同地区有着巨大的差异性，施工前需要做好地质勘察准备工作。在具体施工中还存在管线分配容易碰撞、预留套管能否准确安装等问题。因此，对城市地下综合管廊的施工阶段提出了更高的技术要求。

图1 地下管廊施工现场

城市地下综合管廊存在施工现场环境复杂、地下光线昏暗、通风不畅、入廊管线多样且密集、参与单位过多、项目时间长、施工过程难以监督等问题，对施工人员和设备都有潜在的风险，有效结合BIM技术的特点，为地下综合管廊制定合理的施工方案并实时监控施工现场可以有效解决城市地下综合管廊施工阶段存在的问题，有助于降低城市地下综合管廊的施工难度，从源头上降低发生危险的概率。

3 BIM 技术的特点

BIM（Building Information Modeling）常被翻译为建筑信息模型，适用于项目的全生命周期中，是包含建设项目各项相关信息数据的三维数字化模型，包括所有构件或元素的物理、功能、行为等全生命周期内全部信息[2]。BIM 可以将各项数据作为基础，建立3D 立体建筑模型，并在建设的过程中不断更新信息，提高了信息的准确性，也为各个参与方提供了有效的合作平台。①可视化，构成一种3D 立体模型，构件之间可以相互反馈，地下综合管廊的设计、施工、运维管理阶段都能实现可视化；②可协调性，可在施工之前进行模拟施工对其中的碰撞问题进行有效的解决，减少变更，协调各单位的关系；③可模拟性，可模拟地下管廊模型，在施工阶段可进行模拟实际施工，确定最优施工方案；④可优化性，利用BIM 模型提供的几何、物理、规则信息等，对项目的全生命周期进行优化；⑤可出图性，BIM 可以绘制建筑图纸，构件加工图纸，还能绘制管廊管线图纸、预留洞结构图纸等。

4 BIM 技术在城市地下综合管廊施工中的应用

4.1 专业协同设计

利用BIM 技术协调设计和施工等单位，有效地打破了信息孤岛的现象。地下综合管廊的建设参与方众多，各单位分配责任错综复杂，难以协同，缺乏统一的管理制度。基于BIM 技术可以将整个项目全生命周期所产生的信息和数据在各单位之间信息互通，也可以直接传递，有效减少了信息传递的次数。

在设计阶段，设计方利用BIM 模型进行设计，将最终成果交给施工方，并组织各单位进行交底工作，通过3D 视图（见图2），能够让施工方清晰地了解设计方的设计理念，使设计和施工无缝对接，并及时找出设计存在的问题，将各项信息上传到BIM管廊模型中，调整修改后，由设计方创建BIM 地下综合管廊跟踪模型[3]，实现动态化的管理，对实际施工现场出现的问题及时掌握，全方位掌握施工现场的情况，及时处理施工中的问题。在施工阶段，对设计阶段中存在的设计缺陷和与现场不符合的现象，施工单位利用BIM 技术及时作出反馈和纠正。在竣工阶段，基于BIM 地下综合管廊模型作为验收依据，提高验收效率。

BIM 技术中的资源共享功能，有效加强了施工和设计的双向衔接，使得各专业之间能够在相互协同的过程中对工程项目有了全新的合作和连接，在协同合作的管理下，加快了施工的进度和质量，提升了设计施工的协同效率。

图2 地下管廊3D 模拟视图

4.2 管线综合应用

城市地下综合管廊具有结构复杂、设计难度大、管线多样等难点，对技术要求较高，地下综合管廊在施工过程中需要安装大量的管线，既包括给水、排水、通信等功能管道，还包括消防、电力、通风等自身设备。利用BIM 技术的信息整合，可以将各单位的所有数据模型导入软件中，进行碰撞检查、净空分析、布置规划等，及时对发现的问题进行整改，提高图纸的复核率，减少了设计变更，使管线的分布更加合理化，保证了地下综合管廊的质量。

城市地下综合管廊施工中，对大直径管线加工时，基于BIM 技术可以提高精确度。在BIM 模型中，可以获取地下综合管廊的相关信息，明确管线的加工要求，例如：材质、位置、尺寸等信息，避免造成材料浪费。

4.3 模拟施工作业

在招投标过程中，应用BIM 技术进行施工现场的动画展示和施工演示，可以直观、动态地看到施工过程，合理地展示施工方案的优势和可行性，有效的进行施工单位的比较和选择。在施工过程中，地下综合管廊在管线汇合处常产生复杂的结点，针对工程中较为复杂的施工节点，通过传统的二维图纸很难理解管线的走向，然而通过BIM 技术进行模拟施工可以直观浏览复杂结点的结构，寻找有效的解决办法，从而提高了施工的精准度。对于重要位置或专用构件的施工，基于BIM 技术模拟多种形式的施工方案，比较这些方案的可操作性，为最终施工方案的选择提供依据。基于BIM 技术的4D 模型模拟施工现场，制定合理的施工进度计划和资源分配，避免施工场地和机械的冲突。

4.4 现场实时监控

通过BIM 技术创建地下综合管廊施工现场实时监控平台，包括2 个部分：①机房集中监控系统平台；②智能移动终端。各单位可以通过智能移动终端实时查看综合管廊施工过程（见图3）。如若发生危险，有4 种报警方式：声光、电话、短信、邮件报警，使管理人员可以及时收到报警信息，做出应急措施，保证施工人员和管廊设备、设施的安全。

在施工中，现场施工人员可以将地下综合管廊的信息数据及时上传到BIM 平台，以便各负责人对项目情况及时掌握，若发现问题，各参与方可以及时作出处理，更有效的对一线施工人员进行指导，对施工方案进行更深入、细致的调整。地下综合管廊属于地下作业，容易发生土层不均匀下沉，会改变地下综合管廊的高程和坡度，且管线交接处可能发生错位、渗漏、腐蚀等现象[4]。利用BIM 技术对现场情况进行实时监控，可以及时应对各种突发情况，避免发生更严重的施工事故。

图3 地下综合管廊施工现场实时监控平台

4.5 施工质安管理

城市地下综合管廊的施工，是多个单位相互合作的过程，不仅人员众多，而且现场机械设备多，施工条件复杂，存在许多安全隐患。基于BIM 技术创建地下综合管廊施工质安管理平台，一方面通过模拟施工现场，合理分配人员、材料、机械等，提升空间利用率，避免浪费资源和发生安全问题。另一方面，利用RFID 技术，对地下综合管廊各个施工节点进行实时监控，实时上传数据到BIM 模型中，将实际质量情况与模型质量情况相比，如果质量不达标，施工单位及时作出调整和改善[5]，更有效的控制地下综合管廊的质量问题。对于现浇或是预制结构，在施工中都要进行质量控制。基于BIM 技术可将各构件的具体信息录入模型中，现场施工人员可以根据模型中的信息与实际部件对比，及时改正，保证施工的质量。当实际施工过程中出现安全隐患时，现场施工人员及时将隐患信息上传至BIM 质安管理平台，负责人收到隐患信息及时作出预警，避免发生安全事故，保证施工的质量安全。

4.6 施工成本管理

利用BIM 软件进行建模，并在建立模型时将所有管廊数据信息录入，可以通过工程量搭配定额等数据计算成本信息。利用BIM 技术模拟施工比较不同方案的成本预算，选择最合理的方案，在满足要求的情况下尽量避免成本浪费。在地下综合管廊施工中若出现设计变更时，将所有变更信息录入BIM模型中，可以计算出工程量及造价的改变，使各单位可以直接掌握设计变更对工程造价的影响，及时作出合理的调整计划。相比传统的模式，利用BIM技术可以实现更精准的成本管理，减少成本的浪费，还可以对比预算成本与实际消耗成本，使各单位明确资金动向，便于投资方调整后期资金投入。基于BIM 技术对成本动向进行可视化管理，可以降低因设计变更造成的经济损失。

4.7 施工进度管理

城市地下综合管廊全线长，呈线状分布，主要集中敷设在公路下，为避免给居民的生活造成不便，对工期要求相对严格。基于BIM 技术施工管理人员可以将预计工程进度导入模型中，并在施工过程中将实际的工程进度导入模型中进行对比，各参与方也可以随时查看进度信息，及时调整施工进度，提高施工的工作效率，保证如期完工。

5 结语

随着我国城市经济的快速发展，现存的城市市政设施已经不能满足人们的日常生活需求，超负荷的市政设施也会给城市埋下巨大的安全隐患，因此城市地下综合管廊得到了越来越广泛的应用。但我国的城市地下综合管廊还处于起步阶段，我们还需要积极探索更好的技术手段，实现集约和可持续发展的市政设施。由于BIM 技术的特点，在城市地下综合管廊建设中有着良好的应用前景。利用BIM 技术可以有效地解决城市地下综合管廊施工中存在的问题，提高地下综合管廊的施工质量，同时降低经济成本，优化和提升环境效益，有助于城市地下综合管廊的发展。