基于BIM的復雜地形緊湊型管廊信息化施工技術

崔立新 蔡志宏 鄭錫波

深圳市住宅工程管理站 廣東 深圳 518000

目前，BIM在我國工程建設中的應用已經非常廣泛。在綜合管廊項目中，BIM應用方式主要針對管廊自身，用來建立模型，進行可視化交底和優化管綜布置[1-5]。但是對于復雜地形下的緊湊型管廊項目，管廊結構復雜多變，不僅內部各專業之間聯系更強，而且受外部條件的影響更大。顯然，常規的BIM應用方式在此類型項目中具有很大局限性。

本文以中山大學·深圳建設工程為例，項目管廊總長度約3.93 km（入戶段不計）。根據校園使用特點及管廊入廊種類，本項目管廊采用緊湊型管廊方案，管廊廂室內敷設有給水、中水、消防、空調補水、中低壓電力管線、智能化管線和預留管位。管廊沿途經過豬婆山、豬公山，地形復雜多變。

通過對管廊常規段結構進行參數化生成模型，管廊特殊結構精細建模，快速生成模型。利用BIM模型，一方面優化自身專業布置方案，模擬分析施工重、難點；另一方面，著重研究管廊與外部條件之間的關系，包括與其他專業的碰撞分析、工作面分析、工況分析和施工進度模擬，綜合研究基于BIM技術的復雜地形緊湊型管廊信息化施工技術。

1 BIM模型參數化生成

緊湊型管廊屬于線性結構，其三維尺度中長度方向的尺度要遠大于其他2個方向。因此管廊圖紙區別于一般的建筑單體圖紙，管廊設計信息主要由設計說明、路段逐樁坐標表、管廊斷面圖和詳圖體現。

受復雜地形影響，管廊結構多變，建模也區別于一般的建筑建模?；谶@些特性，本文梳理了一套適用于復雜地形下結構多變的管廊參數化模型建立方法，并對相關的重、難點進行了總結。

1.1 管廊模型快速生成

管廊BIM模型生成可分為資料準備和模型創建2個步驟（圖1）。

圖1 管廊建模流程

1）為保證BIM模型的準確性和實用性，在建模前，需要收集詳細的管廊CAD和PDF圖紙資料，并從圖紙資料（主要是縱、橫斷面圖和路段逐樁坐標表）中提取管廊信息，包括管廊樁號、坐標信息、管廊斷面類型、管廊特殊段類型和管廊定位信息，并繪制基準線。

2）在完成管廊圖紙信息提取工作后，進行BIM模型的創建工作。BIM模型創建分管廊主體模型創建和機電模型創建兩部分。主體模型生成時，輪廓模型和特殊段模型分別創建。依據管廊建筑結構斷面詳圖，結合基準線，在不同的管廊段創建相應的管廊輪廓模型。依據管廊建筑詳圖創建不同管廊段中集水井、投料口、進出風口、檢修口等特殊段模型（圖2），并且根據詳圖創建框架柱、框架梁、支架、吊鉤等構件。最后根據平面圖紙，將特殊段模型加入到輪廓模型中形成管廊建筑結構模型，即主體模型（圖3）。管廊主體模型創建完畢以后，根據機電圖紙，添加相應機電模型（圖4），最終完成管廊BIM模型創建。

（3）混養。放養時要充分利用湖泊水體中的天然生物餌料資源，實行多品種混養。在主養小龍蝦的同時，每畝面積搭配放養鯽魚種30尾、鳙魚種50尾，規格為每尾100.0g左右。對于水草和底棲生物豐富的湖泊，可以混養河蟹、青蝦等。

圖2 管廊特殊段模型

圖3 管廊主體模型

圖4 管廊機電模型

1.2 建模難點分析

由于地形變化，在管廊交會處，常出現不同段管廊坡度不同且坡度差別大的情況，導致在建模過程中模型銜接困難。管廊轉折處坡度多變，導致管道與管道之間的接駁角度很難掌握，橋架配件安裝存在問題。

解決方法：運用Rhino和Grasshopper數據分析和建模功能以及Revit的模型自由編輯功能，對交會段進行精細建模（圖5），保證了模型銜接的完整性以及模型信息的正確性。

圖5 管廊交會段、轉折處模型

2 模型應用點分析

在施工前，利用模型進行施工可行性分析、工程分析和施工進度模擬等，在指導施工、提高效率、降低成本等方面效果顯著。本文以中山大學·深圳建設工程為參照，對模型在工程中的應用做了總結。

2.1 施工可行性分析

2.1.1 管廊自身專業碰撞問題

緊湊型管廊設計所留的機電安裝空間極其有限。根據以往工程經驗，在實際施工中常出現機電管線安裝空間不足等問題。

例如，在中山大學·深圳建設工程中，通過BIM建模發現所有管廊的分支管廊與主管廊交會區域空間無法滿足管道及電氣橋架的相互轉位需求，且管廊交會區域最低位置為大口徑管道，水平安裝后會影響管廊內檢修通道的使用。

為滿足機電管線通過此外擴區域時的管線轉位要求，需要將交叉區域靠外側的管廊結構墻體外擴，以保證現場施工及檢修通道的暢通。

2.1.2 施工難點分析

在實際施工中，有些非常規結構和埋件安裝等施工有一定的難度。依據圖紙生成管廊內部鋼筋與管廊預埋件模型，結合管廊土建模型，可以對管廊內部預埋件施工難點區域進行施工模擬，從而設計合理的施工方案。

在本項目中，為滿足設計要求，需要在管廊中預埋雙面埋件。雙面埋件需要貫穿管廊結構，預埋時會與結構鋼筋碰撞，也會對結構防水產生影響。作為施工難點，在施工前利用BIM技術生成各類型的埋件模型，然后與管廊模型結合模擬施工，最后確定合理的施工方案。

2.1.3 管廊與其他專業碰撞問題

在復雜山地地形中，由于地形變化大，各專業之間常常會發生碰撞。而管廊由于自身的結構特性，在空間上涉及的范圍大，因此更容易與其他專業產生碰撞。

管廊為永久結構，依據與管廊碰撞的結構為臨時或永久結構，有以下2種碰撞類型：

1）與臨時結構碰撞。此碰撞是管廊專業與其他臨時專業存在碰撞，常見的是管廊與單體基坑碰撞。這種碰撞可以通過調整碰撞專業的施工時間來解決，解決這類問題時，一般遵循臨時避讓永久的原則。在本項目中，通過Navisworks軟件對比管廊模型和基坑模型發現，管廊和某單體基坑存在碰撞。綜合考慮工期和施工工序等因素，此段管廊在單體基坑回填后再進行施工，避免了因為碰撞而導致的施工困難和安全問題（圖6）。

圖6 管廊與某單體基坑碰撞

2）與永久結構碰撞。此碰撞是管廊與永久結構存在碰撞，常見的是管廊與永久邊坡碰撞。這種碰撞很難通過調整施工時間來解決，需要更改其中某一專業的空間位置來解決。在本項目中，對比管廊模型和邊坡模型發現，某樁號段管廊頂標高約為53.00 m，此處有永久邊坡，坡頂標高52.00～53.50 m，坡底標高49.00 m，管廊高于邊坡。兩者均為永久結構，在與設計溝通后，設計回復將管廊位于邊坡部分外露，位于道路部分需全埋并留有0.6 m覆土至完成面，以此解決兩者碰撞問題（圖7）。

圖7 管廊與某永久邊坡碰撞

2.1.4 工作面間距分析

結構施工時需要有足夠的空間以保證支模和工人操作，為避免因工作面間距不足導致的施工問題，可以利用模型，在施工前對工作面間距進行分析，提前做出調整。

本項目中，管廊與雨污水管走向基本一致，但是其相對位置關系并非一成不變，因此分析管廊與雨污水管兩者的工作面間距非常有必要。

運用管廊與雨污水管線的BIM模型，在Navisworks中根據現場施工搭設模板和腳手架的需求設置檢測間距。依據得到的碰撞檢測報告分析管廊施工過程中是否有合理的工作面，對于間距不滿足要求的地方，需要向設計確認如何調整。

2.2 工況分析

工程是由多個專業組合而成的整體，在實際施工中，各個專業之間需要綜合考慮。將管廊模型與雨污水管、道路、基坑、邊坡等其他專業的BIM模型結合分析，可以直觀地反映以上各單體之間的平面位置關系和高程距離，以此為基礎可以合理地安排各單體的施工工序。

以本項目為例，將管廊模型、雨污水管模型、道路模型、邊坡模型和基坑模型等統一放入Navisworks中，截取某一段標準道路處剖面圖，直觀反映各專業的相對位置關系。本標準段中，雨污水管與管廊分別分布在道路兩側，互不干涉，但是雨污水管靠近某單體基坑?？紤]以上位置關系，雨污水管和管廊可以同時施工，雨污水管施工完成后再進行基坑施工，其他部分施工完成后，最后進行道路施工（圖8）。

圖8 某標準段工況分析

2.3 施工進度模擬

基于已建模完成的山體邊坡、各單體基坑、管廊、雨污水管線等BIM模型，結合現場施工計劃，運用Synchro對整個場地進行施工模擬，把控施工進度，同時核對碰撞問題中設計方的工序調整方案，分析設計建議是否可行。

3 結語

本文結合工程實例，對基于BIM技術的復雜地形緊湊型管廊信息化施工進行了綜合性研究，對如何快速地生成管廊模型進行了梳理，并歸納整理了其中的重、難點，以及模型在工程中的各類應用實例，總結了模型的施工應用價值。

利用基于BIM技術的信息化施工方法，能直觀地反映管廊各項特征，可以提前發現并解決管廊施工中可能出現的問題，能指導現場施工，提高施工效率，減少返工，為后續類似工程提供了一種有效的BIM應用思路。