BIM技術(shù)在綜合管廊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
——以蘇州城北路綜合管廊為例

張琪峰

（悉地（蘇州）勘察設(shè)計(jì)顧問有限公司，江蘇 蘇州 215123）

0 引言

綜合管廊是一種將城市管線進(jìn)行集中敷設(shè)的結(jié)構(gòu)物，可避免路面的反復(fù)開挖，同時(shí)有利于對(duì)管線進(jìn)行運(yùn)營(yíng)維護(hù)[1]。BIM（建筑信息模型的簡(jiǎn)稱）技術(shù)是將一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目在整個(gè)生命周期內(nèi)的所有幾何特性、功能要求與構(gòu)件的性能信息綜合到一個(gè)單一的模型中。同時(shí)這個(gè)單一模型的信息中還包括了施工進(jìn)度、建造過程的過程控制信息。

BIM技術(shù)可廣泛應(yīng)用于綜合管廊的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維[2]，其可視性、優(yōu)化性、協(xié)同性、模擬性等特點(diǎn)可優(yōu)化管廊設(shè)計(jì)成果，有效控制管廊建造，降低成本、縮短工期，并為管廊運(yùn)維提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能化管理。據(jù)美國(guó)斯坦福大學(xué)的設(shè)施工程整合中心對(duì)32個(gè)采用BIM的項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)分析[3]，得出BIM效益有下列五項(xiàng)：將未列在預(yù)算中的變更量減少達(dá)40%以上；建造成本估算的準(zhǔn)確度在3%以內(nèi)；成本估算所需時(shí)間縮短了80%；因事先進(jìn)行沖突檢查而節(jié)省了10%的合同金額；平均工期縮短超過7%。

本文主要研究BIM技術(shù)在綜合管廊設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，以蘇州城北路管廊為例，通過BIM正向建模直觀展現(xiàn)管廊構(gòu)造、校驗(yàn)二維設(shè)計(jì)成果，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升設(shè)計(jì)效率[4]。

1 BIM應(yīng)用特點(diǎn)與目標(biāo)

1.1 BIM應(yīng)用特點(diǎn)

在BIM應(yīng)用領(lǐng)域，通常可將工程分為兩大類：節(jié)點(diǎn)工程和線路工程。節(jié)點(diǎn)工程（如單體建筑、車站等）的特點(diǎn)是通過軸網(wǎng)和標(biāo)高定位，單個(gè)項(xiàng)目的占地面積往往不是很大。與之相比，線路工程（如城市道路、公路、鐵路等）的定位方式是里程和縱斷面，項(xiàng)目范圍通常覆蓋數(shù)千米，與地形的關(guān)系緊密。

綜合管廊工程是包含標(biāo)準(zhǔn)段和各類功能節(jié)點(diǎn)（通風(fēng)口、吊裝口、人員出入口、管線分支口、交叉口、端部井等）的組合體[5]，如圖1所示。它兼具了節(jié)點(diǎn)工程和線路工程的特點(diǎn)[6]，它總體上跟線路工程相似，通過里程和縱斷面定位，占地范圍大，同時(shí)其功能節(jié)點(diǎn)又與節(jié)點(diǎn)工程很相似。因此將BIM技術(shù)應(yīng)用于綜合管廊設(shè)計(jì)必須綜合處理好它的線路特性和節(jié)點(diǎn)特性。

圖1 綜合管廊BIM模型示例

1.2 BIM應(yīng)用目標(biāo)

本文的研究實(shí)踐是以蘇州城北路管廊為項(xiàng)目背景，BIM建模和應(yīng)用過程緊跟設(shè)計(jì)過程，對(duì)二維設(shè)計(jì)成果快速更新和反饋，并及時(shí)向有關(guān)專業(yè)發(fā)布問題和建議。

該項(xiàng)目中制定的BIM應(yīng)用目標(biāo)是：在探索BIM技術(shù)于綜合管廊設(shè)計(jì)全過程應(yīng)用的框架下，重點(diǎn)解決BIM設(shè)計(jì)流程、BIM建模和設(shè)計(jì)優(yōu)化的問題[7]。

2 BIM應(yīng)用成果

2.1 BIM建模應(yīng)用一般流程

將管廊工程的BIM設(shè)計(jì)分成總體設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)兩部分，如圖2所示。總體設(shè)計(jì)由于涉及到平、縱、橫，需要用路線軟件Civil 3D進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，而節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)可直接在Revit項(xiàng)目文件中設(shè)計(jì)建模。然后用一個(gè)Revit組裝項(xiàng)目文件來整合標(biāo)準(zhǔn)段模型和節(jié)點(diǎn)模型，形成綜合管廊的BIM模型文件，作為BIM應(yīng)用的基礎(chǔ)模型。

圖2 BIM建模與應(yīng)用一般流程

場(chǎng)地模型建模，本文建議采用Roadleader，因它對(duì)水系、建筑物建模更加高效。場(chǎng)地模型可以整合到Revit，也可根據(jù)應(yīng)用需求直接在其他BIM應(yīng)用軟件中整合。

2.2 BIM設(shè)計(jì)建模

如前所述，管廊工程分為標(biāo)準(zhǔn)段和節(jié)點(diǎn)段，考慮到節(jié)點(diǎn)需要單獨(dú)出構(gòu)造圖、鋼筋圖，因此節(jié)點(diǎn)往往按照平的建模，而實(shí)際上管廊處處有坡度，這就導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)段與標(biāo)準(zhǔn)段在接縫處會(huì)有高差。本文采用的方法是將標(biāo)準(zhǔn)段在與節(jié)點(diǎn)的接縫處微調(diào)標(biāo)高，使其與節(jié)點(diǎn)標(biāo)高一致。Civil 3D模型可以作為全線管廊的標(biāo)高參照模型，但是不能用作管廊結(jié)構(gòu)模型，標(biāo)準(zhǔn)段模型需要另外創(chuàng)建。

管廊全專業(yè)整合模型通過工作集中心文件的方式進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)建模，如圖3所示。

圖3 工作集方式協(xié)同設(shè)計(jì)建模

場(chǎng)地模型采用Roadleader進(jìn)行建模，包括地形、水系、建筑、市政道路、影像圖等，如圖4所示。

圖4 場(chǎng)地模型

2.3 拓展應(yīng)用

本文針對(duì)綜合管廊BIM設(shè)計(jì)的應(yīng)用主要有BIM出圖與算量、圖紙檢查與優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工工序模擬、可視化技術(shù)交底等。

2.3.1 BIM輔助出圖與算量

Revit可直接對(duì)模型進(jìn)行剖切出圖，目前已能實(shí)現(xiàn)全部模板圖和部分鋼筋圖的繪制，如圖5所示，滿足行業(yè)出圖規(guī)范要求；同時(shí)也能通過生成三維視圖，完善圖紙表達(dá)內(nèi)容，增強(qiáng)圖紙可讀性。

圖5 BIM出圖

在模型創(chuàng)建準(zhǔn)確的前提下，Revit的自動(dòng)算量精確度很高，可以滿足工程算量和造價(jià)計(jì)算的要求，如圖6所示。

圖6 BIM算量

2.3.2 圖紙檢查與優(yōu)化設(shè)計(jì)

在根據(jù)圖紙建模的過程中，需要參考各專業(yè)的圖紙，當(dāng)把各專業(yè)內(nèi)容整合到同一模型中，很容易發(fā)現(xiàn)各專業(yè)矛盾的地方。常見問題的類型有缺少關(guān)鍵標(biāo)注數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)之間相互矛盾、模型碰撞、圖紙繪制有誤等。

在城北路管廊項(xiàng)目的設(shè)計(jì)建模過程中，就發(fā)現(xiàn)了諸多錯(cuò)誤，部分問題如圖7所示。通過發(fā)現(xiàn)并修改這些問題，提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

圖7 圖紙問題檢查

2.3.3 施工工序模擬

蘇州城北路管廊上跨穿越軌道2、4號(hào)線，為控制在管廊施工期間對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵的影響，工程采用分基坑開挖的施工方案。利用已有BIM結(jié)構(gòu)模型，并創(chuàng)建基坑模型，對(duì)施工方案進(jìn)行全過程模擬，為方案的順利論證通過提供了有效依據(jù)，如圖8所示。

圖8 跨越軌道施工方案模擬

2.3.4 可視化技術(shù)交底

當(dāng)管廊艙室較多時(shí)，管廊節(jié)點(diǎn)較為復(fù)雜，單看二維圖紙很難理解節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，難以制定全面、完善的施工方案，也不容易發(fā)現(xiàn)問題。當(dāng)有BIM模型作為技術(shù)交底文件，施工單位可以很快理解結(jié)構(gòu)構(gòu)造，快速制定施工方案，如圖9所示。

圖9 管廊節(jié)點(diǎn)模型可視化技術(shù)交底

2.4 二次開發(fā)

Revit軟件的自帶功能主要針對(duì)房建領(lǐng)域，對(duì)于綜合管廊沒有特殊考慮，通過二次開發(fā)使得Autodesk Revit能更加貼合綜合管廊的特點(diǎn)進(jìn)行使用。在Revit現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合管廊設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，開發(fā)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段和各類功能節(jié)點(diǎn)的快速參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)效率。

該插件功能分為四大模塊：通用功能、標(biāo)準(zhǔn)段、管廊節(jié)點(diǎn)和附屬設(shè)施（見圖10）。通用功能模塊主要解決管廊基本單元的常規(guī)模型處理，如“應(yīng)用剪切”，就是處理梁、板、柱、墻的相互剪切關(guān)系；標(biāo)準(zhǔn)段模塊主要階段管廊標(biāo)準(zhǔn)段的創(chuàng)建，既能在Revit中直接創(chuàng)建，也能通過讀取Civil 3D的數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)建；管廊節(jié)點(diǎn)模塊按照艙室數(shù)量的不同，目前包含單艙、雙艙和三艙的主要功能節(jié)點(diǎn)；附屬設(shè)施模塊用于創(chuàng)建管廊內(nèi)的支吊架、支墩等。

圖10 二次開發(fā)插件功能概覽

3 結(jié)語

本文以蘇州城北路管廊為例，全面研究BIM技術(shù)在綜合管廊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，主要成果如下：

（1）提出了綜合管廊BIM設(shè)計(jì)建模一般流程，對(duì)模型的創(chuàng)建方法和使用軟件給出了建議。

（2）以正向建模的方式完善傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，對(duì)二維設(shè)計(jì)成果進(jìn)行校核并提出優(yōu)化建議。

（3）經(jīng)實(shí)踐，BIM技術(shù)在出圖算量、圖紙檢查與優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工工序模擬、可視化技術(shù)交底等方面可以提高設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。

（4）通過二次開發(fā)，完善Revit軟件現(xiàn)有功能，提升綜合管廊BIM設(shè)計(jì)建模的效率。