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探讨综合管廊交付施工BIM技术方案的应用

2021-11-08 116 上传者：管理员

摘要：运用BIM技术指导综合管廊设计施工是颇具前景的发展趋势,国内对于管廊BIM技术在施工管理中的具体实施方案仍没有一套成熟的标准。文章结合某综合管廊BIM技术应用项目,探讨了针对管廊施工阶段交付的BIM具体技术实施方案。项目实践表明,构建BIM施工管理平台能较好的实现BIM技术在施工管理中的运用;建模过程中需满足一定的标准,如统一的文件和构件命名规范,保证模型的LOD精细度等级等;交付到施工管理阶段的BIM模型应尽量做到轻量化,以便于平台之间的传输与使用;最后采用B/S形式配合Navisworks二次开发搭建了BIM施工管理平台,为BIM技术在综合管廊施工中的运用提供了思路。

关键词：
BIM技术
交付方案
施工管理
管理平台
综合管廊
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城市综合管廊是建于城市地下，且能够容纳两类及以上市政工程管线的构筑物及附属设施[1]。地下空间的规划与建设往往反映了城市的经济实力与综合发展水平。相较于地下管线及结构的杂乱敷设，城市综合管廊虽然造价较高，施工更为复杂，但能实现对供水、电力、通信等多专业管线的集约化管理，节省空间同时便于后期改造，具有极高应用价值，成为目前现代化城市的发展重点。

综合管廊的建设涉及专业广泛，管线众多且敷设密度大，传统二维图纸设计模式在设计过程中突显出设计冲突，设计管理无序、施工图出图效率低等难题[2]。我国工程建设行业从2003年开始引进BIM技术[3],发展至今已成功地运用至诸多建筑工程的设计甚至全生命期的管理中。BIM技术能够提供综合管廊的建模、管线冲突检测、施工模拟等应用，解决综合管廊设计问题。针对管廊的施工阶段，BIM技术相关的应用研究则较少，陈岱[4]总结了BIM技术在地下综合管廊施工阶段的应用现状；韩诗雨[5]分析了管廊施工存在的问题，结合BIM技术特点提出了城市地下综合管廊应用管理方案；邹前[6]从施工图深化设计阶段到施工准备、实施阶段全过程的角度提出了BIM技术在管廊工程中的应用建议。我国对于BIM技术在地下管廊施工中方面研究应用总体处于探索起步阶段，部分地区颁布了一些推荐标准，但未在工程中得到广泛适用。

为深化BIM技术在综合管廊施工阶段的运用研究，本文依托南京市某EPC项目综合管廊BIM技术应用，配合后期BIM施工管理平台的建立，分析了服务于施工阶段的综合管廊BIM技术交付方案，以期为今后该领域的发展提供思路。

1、基于BIM的综合管廊施工管理目标

城市综合管廊的施工方法有暗挖法、明挖现浇法、明挖预制拼装法等。其中，明挖现浇法为国内现行最常用的施工方法。为研究综合管廊BIM技术交付施工管理的方案，首先必须确定综合管廊的BIM施工管理目标。对于项目工程，施工管理的主体是“人(Man)、材料(Material)、机械(Machine)、方法(Method)及环境(Environment)”,即4M1E。控制好这五大因素，即保证了建设工程施工的进度、质量、安全及成本等。传统的施工管理中，对于4M1E的掌控存在协同效率不高，信息获取不及时，文件存储冗杂或丢失等缺陷。利用BIM技术建立项目施工管理的一体化平台可以有效地解决如上问题。

1.1 人员管理

施工管理中的“人”,不仅包括直接参与施工的作业者，还包括管理者和决策者。在施工管理中，人的因素起决定性的作用。在BIM施工管理平台中，通过考勤管理、工日计量等功能提升对人员管理的效率。

1.2 材料管理

材料包括工程材料和施工用料，又包括原材料、半成品、成品、构配件和周转材料等。在BIM施工管理平台中，通过物料统计模块功能，能够对各类工程材料进行精准及时的统计，有利于项目工程的成本管控。同时，也可对施工用料的生产信息及进场实验报告等进行电子存档，极大地降低了纸质文件的繁琐与丢失风险。

1.3 设备管理

施工各类机械设备是工程项目的重要组成部分，其质量的优劣，直接影响到工程师用更能的发挥。因此，及时的记录各设备的健康及运行状态也是施工管理的一大目标。

1.4 方法管理

在施工方案阶段，运用BIM技术可以提供施工模拟动画，实现在正式施工前的方案直观评选。随着施工阶段的深化，BIM技术还能够提供碰撞检查等报告，及时的发现设计错误，改正施工方案，避免造成损失。

1.5 环境管理

环境的因素包括施工现场自然环境、施工质量管理环境以及施工作业环境等。在BIM施工管理平台中，利用视频监控、危险源登记等功能能够实现对施工环境及安全的实时掌控，有效地预防事故的发生。

上述施工管理目标对交付施工管理的BIM技术方案提出了要求。虽然我国现已相继颁布BIM建模及交付规范，但针对城市综合管廊具体项目BIM应用仍无标准的方案。本文现就参与项目探讨相关方案的实施，以期为相关领域项目工程应用提供指导。

2、交付施工管理的BIM技术方案

2.1 项目概况

南京市红花-机场地区位于秦淮区南端，作为南部新城核心区重要的一个板块，目标建设成为创意街区和城市客厅。项目分设为道路、桥梁、隧道、海绵城市等专业，确定南部新城基础设施项目采用EPC的建设模式，并采用BIM技术为该工程项目各专业、各阶段进行三维模拟、方案优化、专业协调、施工指导、运维管理等。其中，机场四路地下综合管廊BIM技术运用是隧道工程专业重要的一部分。综合管廊全长1.86km,工程范围起点桩号K1+352.35,终点桩号K3+220.78。管廊顶板埋深为3.0m,采用双舱结构，包含端部井、通风口、投料口、人员出入口等节点，设有电力、供水、通信、燃气等管线，施工方法采用明挖现浇法。其标准横断面CAD图如图1所示。

2.2 模型系统与构件拆分

由于项目建模工程量较大，需对综合管廊各节点结构及不同长度的标准断面分开建模后再进行整合，同时也涉及管线等多专业建模，因此必须采用多人协同工作。将项目模型分解为建筑、结构、MEP专业由不同人员进行分开建模。同时，对于同一专业的模型，也采取分标段或节点的多人建模再整合。为保证建模的协调与一致，先对整体模型的各个构件进行分类，同时规定建模人员在创建构件时采用统一的命名规则。目前，我国尚未发布综合管廊BIM模型构件分类的统一标准，因此可参照委托方提供的二维CAD图纸中构件的名称以及管廊的结构特点对模型进行拆分。由此确定本项目的构件分类方法为“项目级—功能级—构件级”的逐步细化拆分原则。具体分类方法如表1所示。

由于建模过程是按照标准段、通风口等节点进行独立建模，因此对于模型文件的命名，其标识应精确至功能级，同时，配以相应的描述，以区分该模型所在的专业、位置等信息，如图2所示。“SDGC”即“隧道工程”,用以区分模型专业；“机场四路”确定了模型所在分区；“GL”即“管廊”;由于同一个节点(如投料口)在不同的位置其结构也可能不相同，因此最后的里程桩号用以区分模型位置。

对于构件的命名，由于BIM构件包含着大量的参数信息，理论上所有参数均可以用来设置类型，因此构件类型的命名无法形成一个固定长度的标准格式。一般设置构件类型的常见参数是构件的尺寸规格、材质、负荷等，同时配以构件所在结构或区段加以区分。依据如上命名规范，在Revit中绘制结构时构件命名如图3所示。

构件命名规范的建立，使得大型项目多人合作建模的协调和对接效率极大提升，同时能对构件进行批量管理，如删除、修改、添加材质等，避免了各自随意命名带来的不便。如图4所示，虽然采用分开建模，但由于采用的同一个命名，在整合的模型中直接修改一项内容，如标准段的侧墙材质，则整体模型的材质将同时改变。

2.3 模型精细度LOD

BIM模型的细致程度，英文称作LevelofDetails,是信息模型中所容纳的模型单元的丰富程度的衡量指标，简称LOD。GB/T51235-2017《建筑信息模型施工应用标准》中规定的施工阶段模型细度等级要求如表2所示。

此外，针对设计各阶段BIM交付标准的不同，方案设计阶段BIM模型的交付内容及深度为LOD100级，初步设计阶段BIM模型的交付内容及深度等级为LOD200等级。模型的精细度并不只模型图像的精细程度，还应包括非几何信息深度，需要在建模过程中进行添加，例如混凝土的强度等级、构件的编码等，如图5所示。

在满足需求的情况下，为兼顾其他因素如建模效率、计算机运行能力以及模型轻量化的需求等，也不可盲目追求过高的精细度等级。本项目在委托方交与图纸时已进展至施工图设计阶段，并利用BIM技术对项目进行深化设计指导。根据建模结果，本项目的主体结构建模在交付施工阶段时模型精细度等级达到LOD350级，并已能满足施工阶段指导需求，如图6所示。

综合管线的建模中管道及支架的模型较为复杂，涉及到管线的剪切、钢筋形状的选取与设计等，可以首先对综合管线模型单独建模，再编辑成组添加到主体结构中，如图7所示。

对于管线颜色的选取，也宜规定使用标准。如在本项目中涉及的部分管线色号选取如表3所示。

若在全部管廊结构中添加，模型的复杂程度将过高，软件运行出现卡顿甚至崩溃现象。因此，为满足向业主方提供展示的需求，可截选模型的一部分进行综合管线的添加，并赋予材质，最终以图片或漫游视频的形式进行交付，其渲染结果如图8～图10所示。

2.4 轻量化输出

通过AutodeskRevit建立完整的综合管廊模型，其文件大小已达到数百兆，在导入BIM施工管理平台过程中会带来流畅性和操作性的困难。因此，在保证模型关键信息不丢失的情况下，需尽量对模型文件进行轻量化。同为Autodesk公司旗下的Navisworks软件在对.rvt文件的图形、属性、三维、时间等重要信息保留的情况下，能大幅压缩模型的量级。二者交互操作也非常简便，用户在Revit中直接将模型导出为Navisworks支持的NWC或IFC等格式就能在Navisworks中打开。轻量化的模型大小约为15MB,此时模型运行流畅，根据本项目不同量级模型在平台在运行情况实测结果，建议以不超过50MB为准。

此外，Navisworks还能很好的进行三维漫游、施工模拟、动画输出等模型应用。鉴于Navisworks在模型应用层的优势，施工阶段的BIM管理平台也将采取基于.NETAPI接口对Navisworks进行二次开发的形式建立。

2.5BIM施工管理平台

针对前述施工管理目标诉求，搭建BIM施工管理平台。平台基于B/S架构，结合云存储、云计算等相关云服务，配合Navisworks二次开发搭建。整体架构自顶向下分为访问层、应用层、信息层、基础层，如图11所示，各层次之间相互进行信息流和指令流的传递，共同实现综合管廊建设的信息化管理。

在这种层次化架构下，工程信息存放在信息层的云存储服务器中，导入轻量化后的BIM模型文件，应用层的模型管理调用基础层服务器中Navisworks软件，即可实现基于WEB端或APP端的综合管廊BIM模型管理，如图12所示。其中，模型导入的主要实现方式是依据设计阶段对项目各分项工程及模型的拆分结果，建立WBS和PBS体系，构建完整的工程信息库，随后将其与轻量化的模型文件建立双向的链接，实现将实际施工情况反映至BIM模型中，如图12所示，施工完成部分借助管理平台进行工程进度的可视化管理。

3、结束语

综合上述分析，交付施工管理的综合管廊BIM技术方案应满足如下要求：

(1)构建BIM施工管理平台，是BIM技术交付施工管理的关键性工作，能改善传统手段对“人机料法环”管理的缺陷，真正实现BIM技术对施工的指导作用。

(2)模型在建立过程中应满足一定的标准，如使用统一的文件和构件命名规范，达到国家规定的LOD精细度等级，不仅能提高协同工作的效率，减少不必要的修改，也是交付至施工阶段时为施工提供指导的保证。

(3)运用格式转换或分部加载等方式，使模型尽量轻量化，这样能提升在其他专业或管理平台中使用的便捷性，满足网页端和移动端的模型展示、访问需求，但要保证不丢失重要的属性信息。

(4)BIM施工管理平台的开发宜采用浏览器/服务器模式，该模式下对用户使用及操作更为便捷。同时，通过建立模型构件与项目工程PBS分解等的双向链接，实现BIM模型在施工管理中的运用。

参考文献:

[1]上海市城乡建设和交通委员会.城市综合管廊工程技术规范[S].中国计划出版社,2012.

[2]朱记伟,郑思龙,刘建林,等.基于BIM技术的城市综合管廊工程协同设计应用[J].给水排水,2016,42(11):131-135.

[3]何清华,钱丽丽,段运峰,等.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报,2012,26(1):12-16.

[4]陈岱.BIM技术在地下综合管廊施工阶段的应用分析[J].城市建设理论研究:电子版,2017(34).

[5]韩诗雨,郭秀娟.基于BIM技术在城市地下综合管廊施工中的应用[J].北方建筑,2021,6(1):67-71.