BIM技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用及前景分析

楊峰

（福建工程學(xué)院；福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

近年來我國城市化進(jìn)程不斷加快，人口密度不斷增加，城市人口呈現(xiàn)聚集化，這對城市的規(guī)劃建設(shè)和管理提出了更高的要求。但是由于當(dāng)前的城市空間規(guī)劃不夠合理，尤其是地下空間的利用規(guī)劃較混亂，導(dǎo)致城市地下空間發(fā)展利用不合理。城市綜合管廊是集合多種管道、線路為一體，綜合布線建設(shè)的構(gòu)筑物。其特點(diǎn)是可以收納管線種類多，開挖次數(shù)少，方便運(yùn)營維護(hù)。西方國家在上世紀(jì)就已經(jīng)大范圍建設(shè)應(yīng)用。為解決城市建設(shè)這一現(xiàn)象，國家大力支持綜合管廊建設(shè)，掀起綜合管廊建設(shè)熱潮。在此種背景下，BIM 技術(shù)也迎來了發(fā)揮其特長的機(jī)會(huì)。早在2014 年，國家發(fā)布了《關(guān)于開展中央財(cái)政支持地下綜合管廊試點(diǎn)工作的通知》，提出了在25 個(gè)城市建設(shè)綜合管廊[1]。2015 年8 月，國家又提出到2020 年建成并運(yùn)營一批城市綜合管廊，其水平達(dá)到國際先進(jìn)水準(zhǔn)[2]。2016 年，國家發(fā)布《2016～2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，提出要不斷提高建筑業(yè)信息化水平，促進(jìn)BIM技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[3]。

1 綜合管廊建設(shè)現(xiàn)狀

近年來，城市建設(shè)發(fā)展速度突飛猛進(jìn)，但是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，尤其是地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)跟不上步伐。例如，一些城區(qū)被復(fù)雜的架空線路密集覆蓋，影響了城市容貌；管道、管線因維護(hù)更新而不斷開挖，影響居民生活。城市綜合管廊可以同時(shí)容納多種管線，可以改善此類“拉鏈道路”問題，能夠改善城市容貌，提高城市美化程度[4]。因此，越來越多的城市開始建設(shè)城市綜合管廊。

1.1 建設(shè)特點(diǎn)與意義

綜合管廊也稱“綜合管道”、“綜合管線箱廊”，是城市地下管道的綜合走廊，它將給排水、熱力、電信電纜等敷設(shè)在同一條隧道內(nèi)，并集中進(jìn)行管理的市政基礎(chǔ)設(shè)施。現(xiàn)代城市綜合管廊對于城市正常運(yùn)行具有重要意義[5]。

近年來城市發(fā)展迅速，城市新型城鎮(zhèn)化不斷加快。城市綜合管廊能夠提高城鎮(zhèn)化質(zhì)量，通過承載城市綜合管線，保證城市的血液流轉(zhuǎn)，這對現(xiàn)代城市建設(shè)具有重要意義。綜合管廊真正能做到既重視地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，又兼顧地上建筑物使用和發(fā)展，更能處理好長遠(yuǎn)期城市規(guī)劃和工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)一次投資，長期受益的效果。城市綜合管廊的建設(shè)，有利于更好的拓展和利用地下空間。我國城鎮(zhèn)化提高的過程中，大量人口聚集到主要城市，其配套的城市基礎(chǔ)設(shè)施需求越來越高。通過綜合管廊集中敷設(shè)各種管道線路，可以有效緩解城市發(fā)展給基礎(chǔ)設(shè)施帶來的壓力。綜合管廊有助于城市設(shè)施正常運(yùn)行。城市綜合管廊集合給排水、熱力、燃?xì)狻㈦娦烹娎|等管線為一身，同時(shí)方便運(yùn)營、監(jiān)測、維修，可以有效提高基礎(chǔ)管線設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，減少突發(fā)災(zāi)害和人為的破壞。一旦發(fā)生突發(fā)災(zāi)害，又可以降低基礎(chǔ)設(shè)施的維修難度[6]。城市綜合管廊建設(shè)，能夠拉動(dòng)城市建設(shè)資本投入，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有推動(dòng)作用。

1.2 綜合管廊建設(shè)歷程

城市綜合管廊技術(shù)最早開始于1833 年的法國，隨后英國、德國、瑞典、西班牙、俄羅斯、日本等國家陸續(xù)開始建設(shè)，綜合管廊的斷面尺寸和里程也不斷增長。1963年，日本制訂了《有關(guān)修建共同溝的特別措施法》，到1992年即完成了300多公里的綜合管廊。

1958 年，北京建設(shè)了第一條長度為1000 米的市政綜合管廊。1994 年上海在浦東新區(qū)建設(shè)了長度為11.125km的綜合管廊[7]。2015年，我國規(guī)劃了第一批綜合管廊建設(shè)試點(diǎn)城市名單，主要有包頭、沈陽、哈爾濱、蘇州、廈門、十堰、長沙、?？凇⒘P水、白銀等。2016年，國家公布了第二批綜合管廊試點(diǎn)城市，其中有鄭州、廣州、石家莊、四平、青島、威海、杭州、保山、南寧、銀川、平潭、景德鎮(zhèn)、成都、合肥、海東等15 個(gè)。建設(shè)綜合管廊的城市不僅有以上25 個(gè)城市，國內(nèi)其他城市也陸續(xù)進(jìn)行城市綜合管廊設(shè)計(jì)和施工。截止到2022年6月，國內(nèi)有279個(gè)城市、104個(gè)縣，開工建設(shè)的城市綜合管廊項(xiàng)目有1647個(gè)、總計(jì)長度5902公里。

綜合管廊投資屬于市政公用設(shè)施行業(yè)，2016 年起，我國地下綜合管廊投資完成額逐年下降，但是2021 投資金額為538.9億元，首次恢復(fù)增長，漲幅為18.8%。地下綜合管廊的建設(shè)，減少了“馬路拉鏈”問題，提高了城市應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力既促進(jìn)了就業(yè)，也促進(jìn)了城市基建改革。2017年-2021年地下綜合管廊投資情況見圖1。

圖1 2017～2021年地下綜合管廊投資完成額度

1.3 城市綜合管廊前景

十三五期間，我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，綜合管廊建設(shè)也不斷推進(jìn)。2022 年，住建部和國家發(fā)改委發(fā)布《“十四五”全國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》。規(guī)劃中計(jì)劃將大力建設(shè)地下綜合管廊系統(tǒng)，并提高管線建設(shè)和運(yùn)營能力，推進(jìn)老舊城市管網(wǎng)改造。隨后，多項(xiàng)關(guān)于未來地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的文件中都提出了“數(shù)字化、智能化”的要求。僅在2022年上半年，全國就有68個(gè)綜合管廊項(xiàng)目在建設(shè)，計(jì)劃規(guī)模285千米，總預(yù)算294億元。

管廊建設(shè)是城市發(fā)展的內(nèi)在需要，推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)是改進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要環(huán)節(jié)。綜合管廊的建設(shè)在我國發(fā)起較晚，發(fā)展時(shí)間較短，尚有較大的發(fā)展空間。因此，預(yù)計(jì)在2022 年后我國管廊建設(shè)將進(jìn)入一個(gè)更加平穩(wěn)的階段。作為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè)重要措施，政府也將持續(xù)推進(jìn)綜合管廊建設(shè)。

綜合管廊試點(diǎn)城市、城市新開發(fā)片區(qū)的地區(qū)市場需求較為旺盛。各地城市新區(qū)開發(fā)和城市更新建設(shè)，不斷嘗試綜合管廊建設(shè)，來提高城市地下空間利用率。例如，南京江北新區(qū)“十四五”規(guī)劃中提出“加強(qiáng)城市地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完善地下綜合管廊體系，提升地下基礎(chǔ)設(shè)施智慧化水平”。重慶綜合管廊建設(shè)“十四五”規(guī)劃中提到，在規(guī)劃期內(nèi)，要建設(shè)815 公里綜合管廊，新區(qū)道路綜合管廊配建率不小于百分之三十。

2 BIM技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在我國的“十三五”建設(shè)時(shí)期，相關(guān)部門促進(jìn)建筑行業(yè)發(fā)展，提高工程信息化程度。2017 年2 月，我國發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》，文件要求推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，推廣BIM 技術(shù)。截至到2020 年9 月，國內(nèi)共發(fā)布了百余項(xiàng)促進(jìn)、引導(dǎo)和規(guī)范BIM政策。

當(dāng)前，諸多國內(nèi)外優(yōu)秀工程與BIM 技術(shù)結(jié)合，發(fā)揮出了BIM 技術(shù)的先進(jìn)性。新時(shí)期，國家發(fā)布《推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》，明確促進(jìn)在建筑行業(yè)應(yīng)用BIM，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力提升。為了適應(yīng)當(dāng)前BIM 的飛速發(fā)展，國內(nèi)各高校逐漸重視BIM 人才的培養(yǎng)，陸續(xù)開設(shè)BIM相關(guān)課程，培養(yǎng)了很多BIM軟件開發(fā)和應(yīng)用人才，為后續(xù)BIM 技術(shù)應(yīng)用于各種專業(yè)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)[8]。

3 BIM技術(shù)在綜合管廊應(yīng)用

3.1 當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 技術(shù)在綜合管廊項(xiàng)目中的應(yīng)用起步較晚。近幾年，通過國家大力推廣，BIM 技術(shù)已在一些市政工程項(xiàng)目中應(yīng)用，其中包含多個(gè)綜合管廊項(xiàng)目。其應(yīng)用的特點(diǎn)和效果主要有以下幾個(gè)方面：

3.1.1 方案比選

在管廊施工前，通過三維建模，BIM 技術(shù)可以直觀展示現(xiàn)場情況。對于特殊部位的施工，BIM 技術(shù)可以進(jìn)行施工場景模擬，通過施工方案對比，可以確定最佳施工方案。在模擬過程中，既能提前預(yù)知管廊施工的安全隱患，又能對比施工效率，選擇物料、時(shí)間成本低的施工方案，可以實(shí)現(xiàn)縮短工期、降低成本的效果。

3.1.2 進(jìn)度控制

BIM 技術(shù)可以建立三維模型，結(jié)合施工進(jìn)度，可以實(shí)現(xiàn)綜合管廊建設(shè)的四維管理。通過BIM 技術(shù)的施工模擬，可以展示施工的整個(gè)過程，更有利于把控重點(diǎn)項(xiàng)目和難點(diǎn)項(xiàng)目。針對管廊項(xiàng)目各部分施工特點(diǎn)，調(diào)整人力物力和施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)時(shí)間和資源合理分配，能夠優(yōu)化施工進(jìn)度[9]。

3.1.3 管理監(jiān)控

BIM 軟件平臺(tái)可以有效監(jiān)控管廊建設(shè)過程。道路和管道工程建設(shè)的管理，通常是粗放式管理，應(yīng)用BIM技術(shù)的模擬施工與檢測平臺(tái)，可以提前發(fā)現(xiàn)問題，并在施工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)進(jìn)行分析和糾正。通過地面相關(guān)傳感器和激光掃描采樣，BIM 施工監(jiān)控平臺(tái)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以有效避免管廊的錯(cuò)位、偏移等情況。對于有難度的施工部位，施工演示和監(jiān)測功能可以讓施工人員更容易理解施工的步驟與過程。

3.1.4 多方協(xié)調(diào)

綜合管廊的建設(shè)涉及業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、監(jiān)督部門等，各管線單位、運(yùn)輸部門和相關(guān)施工單位等相互間溝通協(xié)調(diào)。采用BIM 技術(shù)進(jìn)行可視化虛擬建造、風(fēng)險(xiǎn)分析和協(xié)同管理，在項(xiàng)目實(shí)施中，創(chuàng)建BIM 協(xié)同平臺(tái)，通過組織BIM 專題例會(huì)進(jìn)行交流，各參建方能積極融入到BIM 協(xié)同平臺(tái)體系中去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，避免返工，有效地控制建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，協(xié)調(diào)各方也更加快捷方便。

3.2 應(yīng)用中存在的問題

3.2.1 BIM軟件普及力度不夠

我國BIM 技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短，軟件應(yīng)用帶來的效益較小，BIM 技術(shù)廣泛推廣應(yīng)用難度較大。BIM 技術(shù)應(yīng)用在綜合管廊等項(xiàng)目規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，需要統(tǒng)一的BIM 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，用于數(shù)據(jù)共享，但當(dāng)前我國的標(biāo)準(zhǔn)不能滿足使用要求。

我國目前的建設(shè)項(xiàng)目，都存在著施工工期緊的難題，在這樣的情況下，急促應(yīng)用BIM 軟件，有可能發(fā)生誤工問題。所以，設(shè)計(jì)企業(yè)、施工企業(yè)應(yīng)用BIM 技術(shù)的動(dòng)力不足。

3.2.2 綜合管廊BIM軟件不足

我國的BIM 技術(shù)發(fā)展碎片化，不認(rèn)同的專業(yè)無法協(xié)同，模型也很難通用。BIM 技術(shù)應(yīng)用于綜合管廊，需要項(xiàng)目各方的協(xié)同配合。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工模式不能滿足管廊建設(shè)的建設(shè)全過程需要，故現(xiàn)階段BIM 不能全滿足綜合管廊的建設(shè)需求。

城市綜合管廊屬于地下構(gòu)造物，在設(shè)計(jì)階段，需要對項(xiàng)目的地質(zhì)情況及地下的工程結(jié)構(gòu)物有較為準(zhǔn)確的了解。但是實(shí)際工程當(dāng)中，通常缺少對線路涉及區(qū)域有較為完整的地質(zhì)和地下建筑物資料，所以應(yīng)用BIM 軟件在設(shè)計(jì)階段用BIM 軟件時(shí)有很大難度。以上原因造成BIM技術(shù)在綜合管廊建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用率較低。

3.3 推廣應(yīng)用的策略

3.3.1 大力推廣BIM軟件應(yīng)用

推廣使用BIM 技術(shù)，需要從政策支持、資金支持和市場調(diào)控來進(jìn)行。政府指導(dǎo)行業(yè)完善BIM 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。教育相關(guān)部門要積極與行業(yè)接軌，培養(yǎng)基礎(chǔ)軟件人才，擴(kuò)大BIM軟件的受眾基礎(chǔ)。

3.3.2 推進(jìn)管廊BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

我國綜合管廊建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展期，推進(jìn)管廊BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。國家先后發(fā)布了綜合管廊相關(guān)規(guī)范，例如《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》、《綜合管廊工程總體設(shè)計(jì)及圖示》、《現(xiàn)澆混凝土綜合管廊》、《綜合管廊纜線敷設(shè)與安裝》、《綜合管廊供配電及照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工》、《綜合管廊監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工》等，但是在BIM 應(yīng)用方面，還缺少較多有效通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。只有加大力度推進(jìn)綜合管廊的BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，才能使綜合管廊建設(shè)與BIM 技術(shù)的推廣結(jié)合起來，起到互相促進(jìn)的作用。

4 BIM技術(shù)在綜合管廊中應(yīng)用前景分析

4.1 城市發(fā)展需求

近年來，城市發(fā)展迅速，2021 年全國城市建成區(qū)面積6.24 萬平方公里，同比增長2.80%，如圖2 所示。2021年，全國市政設(shè)施固定資產(chǎn)投資2.75萬億元，同比增長4.93%，如圖3所示。其中，道路橋梁占城市市政設(shè)施固定資產(chǎn)投資的比重最大，為36.8%；軌道交通、排水和園林綠化投資分別占23.1%、9.9%和7.3%；地下綜合管廊投資占比不斷增長，2021 年為2.1%，如圖4 所示。城市的快速發(fā)展，綜合管廊的建設(shè)需求進(jìn)一步提高。應(yīng)用BIM技術(shù)可以使綜合管廊建設(shè)更加高效。

圖2 2012～2021年城市建成區(qū)面積及同比變化

圖3 2012～2021年全國市政設(shè)施固定資產(chǎn)投資及同比變化

圖4 2021年全國市政設(shè)施固定資產(chǎn)投資構(gòu)成情況

4.2 技術(shù)特點(diǎn)及效益

現(xiàn)代城市建設(shè)過程中，需要將各類市政管線整合，才能更有效地利用地下空間。應(yīng)用BIM 技術(shù)建設(shè)綜合管廊，可以建成城市地下智能化管道網(wǎng)絡(luò)，更好的在城市服務(wù)中發(fā)揮作用。綜合管廊建成后，其特有的結(jié)構(gòu)形式，能夠保證較長的使用壽命，一次投資，長期使用。在漫長的使用期間，BIM 技術(shù)將為綜合管廊的運(yùn)營提供方便。通過BIM 管理檢測平臺(tái)，可以更高效地監(jiān)控管理管廊運(yùn)營，確保管廊得到實(shí)時(shí)維護(hù)，大幅提高管廊的運(yùn)營維保效率。

市政管廊通過其政策支持，可以拓展其投資方式，引入多方投資，提高各方積極性，加快城市現(xiàn)代化進(jìn)程。在此過程中，不同的參建單位都可以使用BIM 技術(shù)，這將更有利于建設(shè)數(shù)字化城市，推廣BIM 在工程中的應(yīng)用，進(jìn)而能夠起到互相促進(jìn)的作用。

綜合管廊中應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以大大縮短管廊的建設(shè)周期,加快城市建設(shè)步伐。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，綜合管廊的建設(shè),可以更合理更方便地安排給水管道、熱力管道、電力電纜、通信電纜等管線線路。綜合管廊等配套設(shè)施建設(shè)完善的地區(qū)，可以更好地維護(hù)管道，保持管線線路的穩(wěn)定性和可靠性。

4.3 BIM技術(shù)在綜合管廊中應(yīng)用前景

綜上所述，在“十四五”開局之際，BIM 技術(shù)在綜合管廊建設(shè)中具有廣闊前景。從管廊投資的效益看，管廊建設(shè)應(yīng)成網(wǎng)成片才能更好發(fā)揮其效益。引用BIM 技術(shù)，可以使軟件發(fā)展與管廊建設(shè)起到相互促進(jìn)的作用。更能推進(jìn)管廊、道路、軌道和其他市政設(shè)施共同發(fā)展；綜合管廊項(xiàng)目投資較大，BIM 技術(shù)可以利用其自身優(yōu)勢，拓展資金來源，促進(jìn)管廊健康發(fā)展。在綜合管廊運(yùn)營管理方面，BIM 技術(shù)更能將涉及的多個(gè)部門聯(lián)系起來，對管廊進(jìn)行更好的運(yùn)營、維保。

新時(shí)期的城市綜合管廊建設(shè)與智慧城市、海綿城市等主題緊密相關(guān),應(yīng)充分考慮城市發(fā)展愿景，滿足城市地下空間戰(zhàn)略規(guī)劃，鼓勵(lì)采用新技術(shù)、新工藝，這對BIM技術(shù)的發(fā)展推廣是一個(gè)難得的契機(jī)[10]。

5 結(jié)束語

在“十四五”建設(shè)期間，國家大力發(fā)展BIM 技術(shù)和綜合管廊施工技術(shù)，這是兩者相輔相成、充分結(jié)合發(fā)展的契機(jī)。社會(huì)各界從設(shè)計(jì)單位到施工企業(yè)，都緊缺BIM 專業(yè)人才，城市綜合管廊的建設(shè)者對BIM 了解和應(yīng)用較少，這就影響了BIM 技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用。一方面，BIM 技術(shù)要不斷優(yōu)化，從高校和設(shè)計(jì)單位抓起，提高其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用成熟度，才能為其在綜合管廊中更好的應(yīng)用打下基礎(chǔ)；另一方面，綜合管廊建設(shè)從規(guī)劃設(shè)計(jì)到施工建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)等不同的階段考慮，BIM 技術(shù)都具有重要使用價(jià)值，建設(shè)綜合管廊，BIM 是能夠提高工作效率的實(shí)用工具。BIM 技術(shù)與城市綜合管廊結(jié)合發(fā)展，會(huì)更加促進(jìn)綜合管廊的發(fā)展，同時(shí)提高了BIM 的推廣。綜上所述，在“十四五”建設(shè)期間，BIM 技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用具有廣闊的前景。