BIM技术在地下综合管廊施工中的应用

BIM技术在地下综合管廊施工中的应用

彭湃

湖南省第六工程有限公司   湖南 长沙   410000

作者简介：彭湃（1988-），男，湖南岳阳人，工程师，硕士研究生，工作方向：

公路桥梁与隧道。

摘要：地下综合管廊建设可集约利用地下空间，同时保障管线安全，提升片区景观品质和宜居度。然而地下综合管廊施工涉及到多个单位的交叉工作，施工现场人员众多、环境复杂、空间有限，引入BIM技术的应用具有重要作用。本文首先简要介绍了地下综合管廊概念，明确了其施工难点与BIM技术应用必要性；其后分别从BIM技术在地下综合管廊施工准备阶段、施工阶段的应用展开分析，以期可供参考。

关键词：BIM技术；地下综合管廊；施工准备；施工管理；工程案例

1 引言

综合管廊是重要的城市基础设施，有效保障“城市生命线”安全运行。综合管廊具有工程体量大、结构节点复杂、涉及专业多、施工周期长且施工质量要求高等特点，对设计、施工及运维均提出了较高的要求。建筑信息模型（BIM）为工程建设行业带来技术革新，基于 BIM 技术开展地下综合管廊施工作业，可有效提高施工效率、质量与安全，本文主要围绕此展开详细分析。

2 地下综合管廊概述

地下综合管廊是指城市地下管道综合走廊，通过建立地下城市隧道的形式将城市中的电力系统、燃气系统、给排水系统、通信系统的工程管线展开集中式铺设和管理，并设置专用的检修口，地下综合管廊能够维持城市正常运行的重要基础设施，能有效缓解城市交通堵塞问题，给城市市政系统的后期维护、检修提供了极大的便利，在满足民生基本需求和促进城市发展方面发挥着重要作用，如下图1所示为城市综合管廊地下空间效果图。地下综合管廊可以对城市通信、给排水、燃气等系统实施统一管理，减小了敷设和地下管线维修过程给市政交通造成的影响，同时降低了市政系统维护检修的成本，保证了市政交通的通畅性和完整性，延长了城市地下管线的使用寿命。

图1 城市综合管廊地下空间效果图

地下环境复杂、空间有限，地下综合管廊施工集约性、复杂性、综合性、系统性较强，地下环境具有不可视的特点，施工过程如果出现问题，将导致一系列连锁反应，会给施工人员的生命安全造成巨大隐患，影响施工工期和施工质量；同时，地下综合管廊施工涉及市政系统的不同管线，在施工过程中，不同的管线之间可能会出现相互碰撞、预留管道的安装不符合设计要求等情况。我国工程建设行业从 2003 年开始引进 BIM 技术，发展至今已成功地运用至诸多建筑工程中，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，解决综合管廊施工问题，本文主要从此角度出发展开分析。

3 BIM技术在地下综合管廊施工准备阶段的应用

3.1优化施工场地布置

地下综合管廊工程除了部分施工地点位于新建区域外，绝大部分施工地点位于人口与建筑物密度较高的城区，施工用地极为紧张，而综合管廊施工目前多采用预制件现场拼接工艺，大体量的预制件和超大型的起重设备加剧了临时施工场地的拥堵。设计单位通过 BIM 模型能够将传统的施工场地平面布置图转化为三维模型，从而在三维空间内将各类施工材料和施工设备按照真实尺寸进行布置，甚至可以规划各类施工材料和施工机械进出临时场地的路线，并提供给施工方来进行各类临时设施和临时堆场的布局优化，从而可以大幅降低材料的二次运输和施工机械转场的几率，为施工单位节约大量的时间和金钱。

3.2编制施工组织方案

通常情况下地下综合管廊系统的施工线路和工期较长，在施工期间使用的各类材料、机械和施工技术人员数量众多，而且不同施工阶段所涉及的施工人员、施工材料、施工机械也各不相同。因此合理地安排施工中所涉及的人员、材料、机械不仅关系到整个地下综合管廊的施工进度和施工质量，而且将对施工成本产生直接的影响。

在采用 BIM 模型后，施工人员能够结合以往类似工程的施工经验和现场情况模拟出本项目的施工进度计划，并根据该计划罗列出不同阶段所需安排的施工人员、施工材料、施工机械的种类和数量，从而形成最为优化的施工组织方案。

3.3强化施工技术交底

施工图交底是施工准备阶段最为重要的环节。交底工作的详细程度不仅影响各工种之间的配合默契度和施工进度，而且通过施工图交底环节，施工人员能结合自身施工经验对设计图纸中部分 “合规但不合理”的设计内容进行优化调整，从而进一步优化设计图。通过将 BIM 技术与 3D 打印技术融合，设计单位可以将设计图纸直接制作成 3D 模型，使综合管廊中的每一个标准件直接展现在施工人员面前，让施工人员直观地了解每一个标准件的对应型号和实际尺寸，甚至每一处焊接点和螺栓孔的位置，真正做到心中有数。如下图2、3分别为内部渲染、专业管线渲染图。

图2 内部渲染

图3 专业管线渲染

4 BIM技术在地下综合管廊施工阶段的应用

4.1施工质量管理

（1）地下综合管廊施工初期必须在施工现场开挖大体量的基坑，由于大体量的基坑对周边建筑物的稳定性影响较大，BIM 模型系统可以将基坑支护设施如拉森钢板桩、地下连续墙等直接进行数据模拟，并将整个基坑周边的地质数据加载到抗滑验算模型中一并加以验算，确保基坑支护的安全性和稳定性。同时，利用自动位移和沉降监测设备可将各个支护面上的位移和沉降数据直接导入 BIM 模型，从而对基坑及周边土体的稳定性进行实时监测。一旦发现基坑某支护面短时间内出现较大的位移沉降变化、累计位移沉降变化超过合理值，系统将直接显示出现问题的具体位置，以便施工人员及时进行应急抢修。

（2）地下综合管廊施工过程中将大量使用标准预制件，为了保证预制件质量，可采用三维激光扫描技术对预制件进行全覆盖式扫描测量，以确保其实际尺寸与设计模型保持合理的误差，从而提高现场拼接和固定工作的效率。此外，项目管理人员利用超声波扫描技术可以对预制件内部的质量进行检测，及时发现预制件内部的裂纹和细微空鼓。

（3）在地下综合管廊施工时除部分节点采用现场浇筑外，大部分管廊及内部设施主要采用预制件拼接形式进行施工，在保证预制件质量后施工现场的拼接质量就成为了影响管廊体系质量的重要因素。鉴于部分综合管廊采用螺栓进行锚固，为了保证每一处固定点所使用的紧固件满足规范要求，施工时可将预制件的二维码信息与紧固件的二维码信息绑定。如果两者之间的型号不相匹配，BIM 系统将直接进行提示，而当少数锚固点出现遗漏时，系统也将通过核对紧固件库存数量来进行校核。管廊内部的各类管线也可采用相同的监测技术进行质量监管。

4.2施工进度管理

对于地下综合管廊而言，施工进度既是保障项目按时交付实施的关键，又与降低项目安全生产隐患息息相关。通过应用 BIM 系统模型，项目管理人员可以对施工进度进行标记，甚至可以细化到每一处预制件或每一段内部管线的施工时间，从而使得整个管廊系统施工所需时间一目了然，有利于及时发现施工环节中进度落后的工序，以便及时予以调整优化。同时，项目管理人员可以利用模型数据及结合施工进度情况，合理安排后续施工所需的人员、材料、机械等，尤其是地下综合管廊施工所需的预制件需要提前定制，进而避免了施工期间因等工、等料等引发的怠工问题，确保了施工进度符合计划要求。

4.3施工安全管理

由于地下综合管廊大量工程设施位于地下，施工时需要进行土方开挖作业，尤其是在我国南方地区，施工易受到降雨的影响，致使基坑围护出现透水、坍塌等安全生产事故。此外，地下施工现场条件较为复杂，各类现有地下管线如同蜘蛛网般横亘在管廊施工面上，而地下空间较为封闭的施工环境也容易引发管涌、气体中毒等事故。为确保施工安全，可以采取以下措施。

（1）在项目施工期间除了调阅现场区域内各类管线的竣工图纸外，还可以利用超声波探测装置或金属探测仪对基坑四周的现有管线进行细致的勘察，并通过实时差分 （Real-time Kinematic，RTK）定位网络对所探得的管线进行定位信息的融合，随后将管道直径、走向、深度等相关信息统一录入BIM 系统中，便可得到十分完整的施工区域管线分布模型。项目管理人员在得到管线分布模型后逐一与管道的管理单位进行对接，并提前按要求做好管线改迁或现场保护工作。

（2）针对综合管廊施工期间容易出现高强度降雨的情况，项目管理人员可以提前在基坑或集水井内布设水位探测仪，从而获取基坑内积水量信息。随后将上述设备所收集的水位数据统一显示在 BIM模型中，同时将集水井内排水泵的运行信息一并进行显示，从而方便管理人员决策是采取排水理念来控制水位上升，还是及时撤出人员和机械以免出现人员伤亡。

5 结语

综上所述，现代城市发展中，地下综合管廊的应用可避免因管线敷设和维修反复开挖路面而导致的马路拉链，减少道路两侧线杆对城市景观的影响，推动片区开发和土地价值提升，具有显著综合效益。此项工程属于地下施工，开展难度较大，施工过程不易控制，利用 BIM 技术可以有效解决地下综合管廊施工中存在的诸多问题，对施工全过程进行把控，有助于提高整体施工质量，推动地下综合管廊进一步发展。

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