文｜ 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 楊光 陸劍駿 何冬凌

上海隧道工程股份有限公司 劉立慧

1 引言

近年來，為解決城市地下市政公用事業(yè)管線總量不足、標(biāo)準(zhǔn)不高、管理運(yùn)行不完善等問題，全國各大中城市已全面啟動(dòng)建設(shè)地下綜合管廊試點(diǎn)工程。為了響應(yīng)國務(wù)院號(hào)召，服務(wù)上海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)，合理開發(fā)利用城市地下空間資源，上海擬定在臨港新城主城區(qū)試行建設(shè)綜合管廊，實(shí)施范圍包括北島西路綜合管廊及圍繞水蕓路、云鵑路形成的“雙O 型”地下綜合管廊。由于項(xiàng)目體量大、工期緊、集約化程度高，涉及業(yè)主方、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位、管線權(quán)屬單位、材料供應(yīng)商、運(yùn)營商等眾多參與方，傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理方式顯然有些力不從心。為解決綜合管廊建設(shè)運(yùn)維過程中碰到的一系列問題，首次在項(xiàng)目中引入BIM 技術(shù)，建立BIM 模型，通過信息化的方式提高建設(shè)效率，降低溝通成本，輔助工程平穩(wěn)推進(jìn)，并為后期運(yùn)維養(yǎng)護(hù)提供詳實(shí)的信息，提升工程建設(shè)管理水平。本文以北島西路綜合管廊工程為背景，探索BIM 技術(shù)在項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)維全壽命期的應(yīng)用，為今后諸多類似工程提供參考。

圖1 項(xiàng)目概況

2 工程概況

北島西路綜合管廊位于上海臨港新城滴水湖區(qū)域內(nèi)，全長951m，總投資約1.2 億元。管廊平均斷面尺寸為B×H=5m×4.2m，采用綜合艙+燃?xì)馀撾p艙布置。入廊管線涵蓋給水、中水、污水、生活垃圾、電力、通信、燃?xì)獾人惺姓芫€。北島西路綜合管廊創(chuàng)下上海市多個(gè)“首次”，即首次在平原地區(qū)將重力流污水管納入綜合管廊、首次采用無人巡檢技術(shù)、首次在綜合管廊中納入燃?xì)夤艿?、首次利用BIM 技術(shù)進(jìn)行管廊全壽命周期的應(yīng)用、首次采用綜合管理決策平臺(tái)、首次采用預(yù)埋式成品支橋架系統(tǒng)，可以說是上海市第一條“現(xiàn)代化”綜合管廊。

具體目標(biāo)：（1）無人機(jī)結(jié)合GIS，方案更細(xì)致全面，提升決策水平；（2）BIM結(jié)合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息化管理，提升管理水平；（3）將過程數(shù)據(jù)與模型結(jié)合，對(duì)接運(yùn)維，提升運(yùn)維水平；（4）編制綜合管廊BIM 標(biāo)準(zhǔn)，示范應(yīng)用，形成地方標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用特色：本項(xiàng)目采用EPC 管理模式，BIM 應(yīng)用貫穿設(shè)計(jì)、施工、采購、現(xiàn)場(chǎng)管理等環(huán)節(jié)。在項(xiàng)目實(shí)施的過程中，專門設(shè)立管廊BIM 聯(lián)合小組，BIM 設(shè)計(jì)小組與BIM 施工小組通過數(shù)據(jù)平臺(tái)協(xié)同工作。結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，本項(xiàng)目引入了無人機(jī)傾斜攝影、虛擬現(xiàn)實(shí)、云服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，圍繞BIM 模型開展設(shè)計(jì)優(yōu)化、虛擬漫游、三維打印、工程量統(tǒng)計(jì)、施工模擬等應(yīng)用，使設(shè)計(jì)效率與精細(xì)化程度得到了提高。打通三維打印、虛擬現(xiàn)實(shí)VR 等應(yīng)用與BIM 的數(shù)據(jù)接口，直觀反映設(shè)計(jì)意圖并輔助決策。研究與應(yīng)用過程中積累了大量設(shè)施、設(shè)備構(gòu)件族，并與設(shè)備供應(yīng)商合作，完善了構(gòu)建庫建設(shè)，可以更好地服務(wù)后續(xù)工程。通過BIM 模型統(tǒng)計(jì)工程量，輔助精細(xì)化加工生產(chǎn)，節(jié)省項(xiàng)目成本。在施工過程中持續(xù)跟蹤，將BIM 技術(shù)與施工管理相結(jié)合，從進(jìn)度、質(zhì)量、成本以及溝通協(xié)調(diào)等方面，提升施工管理成效。探索運(yùn)維管理研究，對(duì)運(yùn)維系統(tǒng)開展研究與頂層設(shè)計(jì)，將不同的子系統(tǒng)，業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行集成，初步形成適合綜合管廊日常運(yùn)維管理的系統(tǒng)平臺(tái)，便于統(tǒng)一高效的管理和數(shù)據(jù)調(diào)用與匯總。

3 BIM 應(yīng)用目標(biāo)及特色

總體目標(biāo)：立足于國內(nèi)BIM 應(yīng)用現(xiàn)狀，圍繞北島西路綜合管廊示范工程的建設(shè)，探索適合一般綜合管廊項(xiàng)目建設(shè)的BIM 關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的管理，為類似綜合管廊工程的BIM 應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

4 BIM 主要應(yīng)用點(diǎn)

4.1 設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

4.1.1 場(chǎng)地現(xiàn)狀仿真

圖2 場(chǎng)地模型創(chuàng)建

周邊環(huán)境模型的建立方式可以有多種技術(shù)手段，例如無人機(jī)傾斜攝影建模、現(xiàn)場(chǎng)激光掃描建模、購買三維測(cè)繪數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)繪結(jié)果手工建模等等方法?？紤]到北島西路區(qū)域生態(tài)原始，場(chǎng)地植被較多，現(xiàn)狀地形數(shù)據(jù)不夠詳實(shí)，數(shù)據(jù)測(cè)量工作量大，通過三維激光掃描與無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)結(jié)合，快速建立較為精確的大范圍場(chǎng)地模型，真實(shí)還原北島原始地貌。

4.1.2 三維協(xié)同設(shè)計(jì)

通過三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，采用“由整體到局部”的定位方法與“由零件到構(gòu)件”的組裝方法，設(shè)計(jì)工作可以分解為標(biāo)準(zhǔn)段與各類節(jié)點(diǎn)，將標(biāo)準(zhǔn)與參數(shù)化族塊集成于模型中，各類構(gòu)件相互組合與關(guān)聯(lián)，通過參數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)模型的靈活修改、組合。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，各專業(yè)設(shè)計(jì)師基于同一模型進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，能有效地提高不同專業(yè)間信息的傳遞效率和質(zhì)量；同時(shí)，不同工作地點(diǎn)、不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員利用基于廣域網(wǎng)的協(xié)同設(shè)計(jì)云平臺(tái)可有效降低傳統(tǒng)設(shè)計(jì)溝通成本，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提資。

4.1.3 虛擬漫游

圖3 綜合管廊BIM 模型

在施工前，組合設(shè)計(jì)模型以及設(shè)備供應(yīng)商模型，對(duì)內(nèi)部設(shè)施進(jìn)行漫游，通過漫游更好地表達(dá)設(shè)計(jì)方案，通過可視化表現(xiàn)，使設(shè)計(jì)意圖傳達(dá)更清晰，提高了項(xiàng)目組成員之間的溝通效率。采用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）技術(shù)，在設(shè)計(jì)中、施工前對(duì)管廊內(nèi)部結(jié)構(gòu)及細(xì)部構(gòu)造布局做沉浸式檢查，大大減少了設(shè)計(jì)中存在的差錯(cuò)，進(jìn)一步提升管線排布的合理性，顯著提升工程質(zhì)量，有利于實(shí)現(xiàn)管廊工程百年大計(jì)的目標(biāo)。

4.1.4 三維打印

通過采集海量的工程數(shù)據(jù)，將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)模型通過3D 激光打印的方式以實(shí)物的形式展現(xiàn)在人們的眼前，形成工程縮影，讓項(xiàng)目決策者、建造施工者等有一個(gè)直觀清晰的認(rèn)識(shí)（如圖4）。

4.1.5 工程量復(fù)核

根據(jù)投資監(jiān)理招標(biāo)開項(xiàng)表，分節(jié)段統(tǒng)計(jì)滿足招標(biāo)要求的土建、機(jī)電、管線工程量，包括標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、預(yù)埋件、支吊架及典型結(jié)構(gòu)的鋼筋用量，將造價(jià)人員手工算量結(jié)果與BIM 模型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作對(duì)比，輔助核對(duì)采購清單，提高預(yù)算的準(zhǔn)確度，預(yù)防工程浪費(fèi)。

4.1.6 綜合支吊架優(yōu)化

通過BIM 技術(shù)融合給排水、電氣等多專業(yè)技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電各專業(yè)支吊架設(shè)計(jì)與校核可視化。通過數(shù)字化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)施工技術(shù)人員能夠簡(jiǎn)便快鍵、準(zhǔn)確地完成復(fù)雜的支吊架設(shè)計(jì)（如圖5）。

4.2 施工階段應(yīng)用

4.2.1 數(shù)字化交底

選擇標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行模型深化，作為樣板段指導(dǎo)其余部分的深化。在標(biāo)準(zhǔn)段中協(xié)調(diào)解決沖突，輔助業(yè)主或施工單位對(duì)施工圖紙與施工方案進(jìn)行分析審核，充分發(fā)揮出BIM 技術(shù)的價(jià)值，提升施工人員對(duì)設(shè)計(jì)意圖理解的準(zhǔn)確性，有效減少返工。

4.2.2 進(jìn)度模擬

圖4 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)三維打印模型

圖5 綜合支吊架優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖6 輔助施工溝通交底

圖7 施工進(jìn)度漫游展示

在施工準(zhǔn)備階段，基于設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)模型的延用，編制合理的進(jìn)度控制表，利用BIM 做到事先控制，將進(jìn)度計(jì)劃與模型中的組件關(guān)聯(lián)，可以讓模型隨著時(shí)間的推移而展示出逐步建造的過程，提前計(jì)劃工程整體進(jìn)展。施工時(shí)定期更新實(shí)際進(jìn)度，虛實(shí)對(duì)比，通過計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比和事中調(diào)控，及時(shí)把控工程進(jìn)展情況，科學(xué)有效進(jìn)行施工組織（如圖7）。

4.2.3 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)精細(xì)化模擬

在施工階段，根據(jù)制定的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)專項(xiàng)方案清單，在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)施工前開展專項(xiàng)方案的精細(xì)化模擬、優(yōu)化和技術(shù)交底工作。在項(xiàng)目例會(huì)、專題會(huì)、匯報(bào)會(huì)、評(píng)審會(huì)等場(chǎng)合基于BIM 模型開展溝通、協(xié)調(diào)和匯報(bào)工作（如圖8）。

4.2.4 竣工模型

完成土建施工及機(jī)電安裝后，在竣工階段，BIM 工作人員開展與現(xiàn)場(chǎng)的核對(duì)工作，查漏補(bǔ)缺，形成最終竣工模型，作為綜合管廊運(yùn)維階段的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)移交給運(yùn)營單位。

4.3 運(yùn)維階段應(yīng)用

為克服目前管廊運(yùn)維中涉及單位雜、專業(yè)多的困難，實(shí)現(xiàn)多單位多專業(yè)的可視化協(xié)同管理。本項(xiàng)目首次從全生命周期的視角進(jìn)行管廊設(shè)施設(shè)備運(yùn)維管理，為管廊隱患診斷和處理奠定基礎(chǔ)。

4.3.1 管廊狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)

圖8 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)精細(xì)化模擬

將管廊傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合BIM 模型展示，各傳感器在管廊的位置按實(shí)際反映在管廊模型上。當(dāng)探測(cè)到某個(gè)傳感器溫度異常時(shí)，能夠通過在模型上點(diǎn)擊，及時(shí)調(diào)出附近攝像頭數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以點(diǎn)擊異常的設(shè)備，讀取設(shè)備功能、維保等信息，便于第一時(shí)間做出判斷。

4.3.2 入廊設(shè)施管理

根據(jù)設(shè)計(jì)管線排布方案建立管線排布模型，對(duì)入廊管線進(jìn)行過碰撞檢測(cè)，并能直觀顯示。根據(jù)模型對(duì)管線入廊施工指導(dǎo)和驗(yàn)收，避免先進(jìn)廊管線隨意施工，導(dǎo)致后進(jìn)管線無法操作的問題（如圖11）。

4.3.3 應(yīng)急預(yù)案模擬

將文字版應(yīng)急預(yù)案通過模型和動(dòng)畫進(jìn)行展示，直觀顯示搶修路線、工作流程等信息（如圖12）。

4.3.4 資料電子歸檔

所有管廊相關(guān)的圖紙、模型均在平臺(tái)上電子化保存，方便隨時(shí)調(diào)取資料。在后期周邊開發(fā)時(shí)，可以提供精確的三維模型給相關(guān)開發(fā)單位，方便周邊開發(fā)施工過程中避開管廊。

4.3.5 日程養(yǎng)護(hù)管理

用可視化的手段，對(duì)日程養(yǎng)護(hù)過程進(jìn)行跟蹤和管理，并對(duì)養(yǎng)護(hù)過程和結(jié)果進(jìn)行記錄和歸檔。

5 總結(jié)

本項(xiàng)目作為上海市第一條在建的現(xiàn)代化綜合管廊項(xiàng)目，借力BIM 技術(shù)，將BIM融入日常工作中，結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新，提升項(xiàng)目整體水準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了BIM 瀏覽直觀形象，施工模擬清晰可靠，進(jìn)度跟蹤持續(xù)及時(shí)，航拍采集快速全面。BIM 模型精細(xì)準(zhǔn)確的驕人成果在綜合管廊工程建設(shè)中起到了示范作用，項(xiàng)目取得的成效如下：

（1）采用BIM 技術(shù)在項(xiàng)目前期場(chǎng)地分析中節(jié)省測(cè)量時(shí)間約3 周；

（2）設(shè)計(jì)過程中借助BIM 碰撞檢查功能，提前解決沖突40 余處，節(jié)省變更約20萬元；

（3）采用BIM 用于道路翻交方案匯報(bào)，交通組織方案一次通過評(píng)審；

圖9 竣工模型與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比

圖10 管廊狀態(tài)檢測(cè)

圖11 管廊狀態(tài)檢測(cè)

圖12 應(yīng)急預(yù)案管理