BIM技術(shù)在市政綜合管廊PPP項目中的應(yīng)用

文/中建五局土木工程有限公司 李 智 朱訓超 黃 仁 周志強 趙 鑫

0 引言

云南作為中建五局土木工程有限公司西南片區(qū)的重要發(fā)展戰(zhàn)略省份，近年來隨著PPP項目模式的愈發(fā)成熟，也開始利用PPP模式快速發(fā)展，并在大理成立了BIM工作站，探索PPP項目BIM工作模式。在信息化技術(shù)逐漸成熟的今天，如何運用BIM技術(shù)，高效且合理地解決大理綜合管廊PPP工程中存在的問題，是本文探討的重點。

1 工程概況

大理市中心城區(qū)綜合管廊PPP項目是財政部確定的第三批示范項目，由中國建筑第五工程局有限公司投資建設(shè)，合同工期3年，總投資約22.4億元，其中建安費13.42億元，由于政府取消3條道路施工，剩余建安費約7.63億元。項目建設(shè)內(nèi)容包括綜合管廊、市政道路兩部分，其中綜合管廊約6.6km，分布在大理市下關(guān)區(qū)和經(jīng)開區(qū)的3條道路上；同步建設(shè)經(jīng)開區(qū)綜合管廊對應(yīng)市政道路約7.0km，其中漾濞路為路面改造工程，關(guān)賓路為舊路擴建工程，工業(yè)大道為新建道路工程。

玉江大道道路總長26.039km，項目管廊工程K0+040—K4+360段為兩艙管廊，K22+120—K26+039段為三艙管廊，三艙管廊外尺寸（B×H）為7.6m×3.4m，兩艙管廊外尺寸（B×H）為5.4m×3.0m。江川路網(wǎng)項目主打龍泉大道：擬新建路1.506km，按城市次干道路標準改造，設(shè)計速度30km/h，道路交通配套設(shè)施全線1.506km，地下綜合管廊1.467km，兩艙，斷面尺寸4.6m×2.8m。

2 工程難點

在施工過程中，主要問題存在于設(shè)計、施工和后期運營階段。

1）設(shè)計階段 設(shè)計單位雖已招標，但3家設(shè)計院設(shè)計成果均無定稿，多數(shù)方案僅為初步方案，無評審，對于設(shè)計的合理性研究迫在眉睫。

2）施工階段 由于大理州靠近洱海，本工程場地區(qū)域?qū)贋憸娼刀Ａ饔?。區(qū)域內(nèi)大氣降水匯入洱海，經(jīng)西洱河流入瀾滄江。地下水主要為第四系松散堆積層中的孔隙型潛水，地下水與洱海地表水體存在相互補給關(guān)系。地下水較豐富，混合穩(wěn)定水位一般埋深為0.5～8.7m，絕對標高1964.520～1993.930m。因此，SMW工法樁的施工質(zhì)量決定了大理綜合管廊項目的成敗。

3）運營階段 大理當?shù)毓芾冗\營還處在探索階段，如何提出一套切實可行的綜合管廊BIM運營方案，關(guān)系到項目后期的成敗。

3 BIM技術(shù)在質(zhì)量方面的應(yīng)用

3.1 項目臨建布置

前期策劃過程中，項目臨建存在場地狹小、車輛轉(zhuǎn)運進出難度大等問題，需合理規(guī)劃臨建建設(shè)，在滿足項目部日常運作的同時，最大限度提高項目駐地功能使用價值。

面對這種問題，入場前根據(jù)項目自身特性、駐地區(qū)域面積、辦公與生活等需求，合理布置項目部駐地規(guī)劃、辦公區(qū)和生活區(qū)板房配置、照明及電力等管線，最終形成BIM模型文件與項目駐地漫游效果，供項目部決策層參考（見圖1，2）。

3.2 場地臨建質(zhì)量

項目部管廊施工面臨場地狹小，進出場道路擁堵等問題；如何保證在滿足場地布置的同時，滿足場內(nèi)材料轉(zhuǎn)運及機械設(shè)備進出場要求，以及滿足場區(qū)內(nèi)生產(chǎn)需求，CI需求及成品、半成品加工需求，是這一階段的問題。

通過采用BIM技術(shù)，對即將圍閉的施工場地進行合理化布置，包括外側(cè)圍擋位置、高度、施工場地大門參數(shù)、員工安全通道位置、九牌一圖擺放、鋼筋加工棚位置和設(shè)計規(guī)格、出土車輛進出通道等，以確定項目的臨建布置方案最優(yōu)（見圖3，4）。

3.3 優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量

由于項目工期緊，且綜合管廊結(jié)構(gòu)圖和設(shè)計圖協(xié)調(diào)難度大，項目前期，在設(shè)計精度不高的情況下，利用BIM技術(shù)建模，更加直觀地發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題，同時對結(jié)構(gòu)進行反向設(shè)計，并導(dǎo)出相應(yīng)CAD圖紙；通過與建設(shè)單位及設(shè)計單位溝通，盡早發(fā)現(xiàn)圖紙中存在問題。同時通過BIM技術(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和機電設(shè)計，減少設(shè)計沖突，為后續(xù)施工提供便利。

根據(jù)模型導(dǎo)出CAD圖，對重要的尺寸和位置進行標注，用以指導(dǎo)施工（見圖5，6）；優(yōu)化后的管廊入口模型如圖7所示。

圖1 項目臨建辦公區(qū)布置

圖2 項目臨建生活區(qū)布置

圖3 場地大門布置及圍擋

圖4 場內(nèi)加工區(qū)及臨時圍護布置

圖5 優(yōu)化CAD斷面

圖6 優(yōu)化管廊斷面

原施工圖設(shè)計中未明確管廊內(nèi)部桁架、吊架管線及管座等構(gòu)造設(shè)施。通過預(yù)先設(shè)計，確定排水溝蓋板、給水管線基座、電力通信橋架及燃氣管線吊架等，協(xié)助設(shè)計優(yōu)化其工作，以促進項目進程（見圖8，9）。

3.4 機電管線內(nèi)部沖突

將結(jié)構(gòu)/機電模型導(dǎo)入Naswork進行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中管線和分艙門、管線與支吊架的沖突，及時進行更正。圖10為在Revit建模之后導(dǎo)入Naswork中進行碰撞檢測操作；圖11為導(dǎo)出的碰撞檢測成果文件。通過Lumion軟件，繪制360°全景模型，導(dǎo)入720云中，形成全景漫游，以更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工作業(yè)，如圖12，13所示。

3.5 SMW工法樁施工

由于大理地區(qū)特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)層，綜合管廊圍護結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁進行施工。SMW工法樁是以多軸型鉆掘攪拌機在現(xiàn)場向一定深度鉆掘，同時在鉆頭處噴出水泥系強化劑與地基土反復(fù)混合攪拌，在各施工單元之間則采取重疊搭接施工，然后在水泥土混合體未硬結(jié)前插入H型鋼或鋼板作為應(yīng)力補強材料，至水泥硬結(jié)，形成一道具有一定強度和剛度且連續(xù)完整無接縫的地下墻體。

由于SMW工法樁屬于新興工藝，項目管理人員及施工作業(yè)班組人員對工藝了解不深，對工藝程序缺乏直觀了解和認識，前期給現(xiàn)場推進帶來壓力。

通過BIM技術(shù)對SMW工法樁進行更直觀和可視化的三維模擬（見圖14），可更好地對項目施工管理人員及勞務(wù)作業(yè)人員進行交底，使其快速掌握該項工法的作業(yè)難點和施工注意事項，并可在提高項目SMW工法樁施工質(zhì)量的同時，減少因質(zhì)量不合格造成的安全隱患等問題。

3.6 綜合管廊后期運營管控

由于大理為旅游城市，信息化技術(shù)暫時未能在大理普及，因此，如何運用三維技術(shù)模擬后期運營過程，找出可能存在的問題及遇到突發(fā)事件時的應(yīng)對措施，是這一階段BIM應(yīng)用的主要目的。

圖7 優(yōu)化后管廊入口三維效果

圖8 原設(shè)計管廊斷面

圖9 優(yōu)化后管廊斷面

圖10 碰撞檢查

圖11 碰撞檢查結(jié)論導(dǎo)出

利用Fuzor軟件對管廊內(nèi)部燈照參數(shù)，包括燈光數(shù)量、間距、光照強度等合理選擇最優(yōu)方案（見圖15）；火災(zāi)預(yù)警進行模擬控制，在檢修人員遇到管廊突發(fā)性火災(zāi)時，確定最優(yōu)逃生方案及應(yīng)急處理方案（見圖16），以提高綜合管廊的后期運營質(zhì)量。

4 BIM技術(shù)在安全方面的應(yīng)用

4.1 安全過程管控

現(xiàn)場施工安全存在2個主要問題：①不能有效且直觀地提出切實可行的安全防護方案；②安全管控不可追溯，不能通過數(shù)據(jù)分析出可能存在的安全事故爆發(fā)趨勢。

安全是工程施工主控項目，是開展一切工作的根本出發(fā)點，通過引入BIM技術(shù)，可提前對安全質(zhì)量控制重點、施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)、重大危險源等進行模擬演示，制定并采取安全質(zhì)量防范措施，有效規(guī)避風險，減少不必要的返工、窩工或停工，杜絕安全質(zhì)量事故，為項目的安全生產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效保駕護航。

同時將現(xiàn)場管理內(nèi)容在云端平臺上進行整合管理，協(xié)助項目日常管理工作，以更好地為項目管理提供決策。通過分析日常管控中的安全數(shù)據(jù)等，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患，盡早提出整改措施。

4.2 垂直運輸安全管理

由于受場地及施工工期等因素限制，場地內(nèi)H型鋼、鋼支撐、鋼筋和模板等材料的垂直運輸問題更為重要，在滿足安全施工的要求上經(jīng)濟合理是這一階段的需求。通過運用BIM技術(shù)對管廊的鋼支撐安裝與拆除施工方案分別進行龍門式起重機和汽車式起重機的方案比選，最終確定適合項目的垂直運輸方案（見圖17）。

5 取得的成果

本項目獲得省級發(fā)明專利1項，《提高綜合管廊主體預(yù)埋件》QC成果獲得省二等獎。在BIM應(yīng)用方面，獲得第一屆“市政杯”BIM應(yīng)用技能大賽二等獎；第七屆“龍圖杯”全國BIM大賽三等獎；2018“優(yōu)路杯”全國BIM技術(shù)大賽優(yōu)秀獎。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，本項目取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

圖12 管廊圍護結(jié)構(gòu)漫游

圖13 管廊管線內(nèi)部漫游

圖14 SMW工法樁施工模擬

圖15 模擬不同情況下燈光強度對綜合管廊的影響

圖16 模擬綜合管廊運營過程中火災(zāi)發(fā)生時的逃生路線

圖17 鋼支撐安裝與運輸方案模擬