论文部分内容阅读
摘要：初步探索了BIM技术在综合管廊项目设计中的应用，包含了各专业间互提条件、碰撞检查、保证各设计图中信息一致性、展现管廊与沿途障碍物间复杂位置关系、工程量统计等内容，以期探讨发掘BIM技术在管廊项目中更多应用点，从而提高设计质量。
关键词： BIM技术、协同设计、可视化、碰撞检查、信息一致性
0 引言
建筑信息模型（Building Information Modeling）或者建筑信息管理（Building Information Management）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、 可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。
城市地下综合管廊建设符合新型城镇化要求，是我国经济和城市发展到一定阶段的必然结果。
2015 年全国 69 个城市启动了地下综合管廊建设，开工建设规模约1 000 km。今年3月李克强总理在政府工作报告上提出了加强城市规划建设管理，开工建设地下综合管廊2 000 km以上的明确目标，可以预见，城市地下综合管廊将成为未来一个时期内我国城市基础设施建设的重要内容，因此如何利用BIM技术进行综合管廊类项目的设计以提高设计质量，保证项目的顺利进行，是目前急需研究的课题。
1. 综合管廊基本概念
综合管廊是建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施[]。并设投料口、进风排风井、人员出入口、通风、监控等附属系统。由于实施统一规划、设计、建设和管理，综合管廊避免了由于敷设或维修地下管线而反复挖掘道路，减少对道路交通和居民出行造成的影响和干扰，保持路面的完整和美观;提高了市政管线的耐久性和安全性;便于对各种管线的敷设、增设、维修和管理;有效利用了地下空间，节约了城市用地;减少了道路的杆柱和架空线等，保证了城市的整体景观，提升了城市品位[2]。
2. 综合管廊项目常规设计方法及流程
目前综合管廊项目常规的设计流程如下：工艺专业根据项目区域的可研资料、专项规划等资料
确定入廊管线种类及管径，并根据管线排布形式确定管廊的标准横断面，同时进行管廊节点井的布局设计以及节点井内各专业管线排布方式的设计，再根据规划道路或现况地形设计管廊本身的纵断;之后将优化确定后的管廊标准断面、平面、纵断及特殊节点的条件提供给结构、电气、暖通等专业;各专业间相互配合，开展设计工作，最后完成图纸的设计。
3. 常规设计方法中存在的问题
3.1 各專业间互提条件较为困难
由于综合管廊内管线众多，还包含出线井、投料口、人员进出口及三通、四通井等一系列特殊节点井，管线在特殊节点井处的排布尤为复杂，利用二维图纸较难表现清楚，各专业间只能通过图纸加设计条件提供单的形式互提条件（如图一所示），收到条件单后再将节点井的二维条件图在脑中还原成三维空间形象开展设计，此过程较为困难，还存在对于二维图纸及条件单内容理解有偏差的风险，造成设计上的错误。
3.2 各专业间设计对象存在碰撞的可能
由于综合管廊项目所涉及的专业众多，如果按照常规设计流程，在提条件及返条件时沟通不畅或使用图纸的版本不统一，则可能会造成不同专业间设计对象发生碰撞，为今后的施工及运维管理造成麻烦。
以某综合管廊工程通风井节点为例，如下图所示，在暖通专业设计图中防火门位置如箭头所指：
而在下图所示的工艺设计图中，此处为综合管廊排水井，图中圆圈位置为管廊排水渠进水孔洞，也就是说本应该是密闭的防火门下方与排水井盖板及孔洞位置重合，即不满足防火规范要求，也会影响排水井盖开闭，为今后运维管理留下隐患。
3.3 各设计图中可能出现数据不一致的问题
按照常规方法进行设计时，由于综合管廊节点井的平面图及剖面图均为单独绘制，很有可能造成在画图时因为设计人员的疏漏造成平面与剖面相对应的数据不一致，为给其他专业提条件或施工配合时带来困难。
以某综合管廊工程投料口井为例，如下图圆圈中所示，由于设计人员疏漏，造成了该节点井顶板高程数据在平面图与剖面图中不一致。
3.4 管廊与沿途障碍物间复杂的位置关系较难体现
由于综合管廊大多随规划或现况道路铺设，沿途可能会经过大量障碍物（如河道、地铁、立交桥基础等），也可能存在管廊外轮廓与周边建构筑物基础过近的情况，这些情况在方案阶段受设计深度局限很难暴露出来，但会为下一阶段的初步设计埋下隐患，比如在与障碍物发生冲突的位置对管廊路由进行调整或局部进行特殊处理，造成的设计工作量的增加以及设计难度。
3.5 工程量统计不精确
按照常规设计方法，综合管廊内入廊管线只进行平面线位及纵断的设计，管道长度及管件可以较为准确地进行统计，但如支墩、管支架、照明设备这类按每延米定额进行算量的设备材料则很难做到精确统计，有可能造成实际施工时的浪费。
4. 综合管廊项目BIM设计方法及流程
理想的BIM实施组织形式应为设计人员直接利用BIM软件进行综合管廊设计，各专业间完全按照BIM协同模式进行配合，具体流程如下：
初始阶段与常规设计思路相同，同样是工艺专业根据项目区域的可研资料、专项规划等资料确定入廊管线种类及管径，并根据管线排布形式确定管廊的标准横断面，之后由工艺专业建立管廊的中心模型后提供给其他专业，各专业在共同的中心文件上完成相关管线模型后进行碰撞检查，根据规范要求及管线避让原则，对发生碰撞的管线进行调整后再次进行整合，确认没有问题后完成设计。
5. BIM设计的优点
5.1 模型的可视化减少了各专业互提条件的难度 BIM最为直观的优越性就是为设计人提供了全程可视化的模型，通过对综合管廊模型的建立，可以为方案评审、决策工作等提供更为直观的方案展示途径，也可以给各专业提供较二维图纸更为直观的三维模型，很大程度上减少了出错的机率。
以某综合管廊项目为例，下面几张图展示了三通节点井的BIM模型：
5.2 协同设计解决了各专业间设计对象碰撞问题
由于各专业在同一中心文件上协同设计，可以有效解决各专业间设计对象的碰撞问题，减少了图纸版本不统一的风险，有效减少今后的设计变更以及施工及运维管理的麻烦。
同样以上述某综合管廊工程中发生碰撞问题的通风井节点为例，如下图所示，如果利用BIM设计在前期即可直观地发现问题，避免碰撞的发生：
5.3 保证各设计图中数据一致，提高出图质量
基于我国国情，目前大部分项目最终报出时仍以二维蓝图作为最终设计成果，因此可以利用BIM技术对管廊模型进行任意方向的剖切并将剖切面导出为CAD二维图纸，由于各剖切面均来源于同一个BIM模型，因为可以保证数据的统一性及准确性，不会出现二维设计时平面及剖面数据不一致的现象，可大大提高出图的质量。如下图所示，各剖切面均可以保证其数据的统一性。
5.4 可准确表达管廊与沿途障碍物间复杂的位置关系
在项目初始阶段就利用BIM技术进行综合管廊设计，按照实际几何信息搭建管廊及沿途障碍物模型，可以通过BIM模型准确地反映管廊与沿途障碍物间的位置关系，根据模型，可以对障碍物进行准确避让，减少后续设计变更风险。
如下图所示，以某综合管廊项目为例，根据河道规划建立了与管廊交叉的河道模型，根据规范要求的河底与管廊顶板距离，设置控制间距进行软性碰撞检查以判断是否满足规范要求。
5.5 精确统计工程量
BIM软件中的“统计工程量”功能，其優势在于利用常规设计方法时按照“个数/每延米”单位来统计的工程量在模型中可以更为便捷而准确地进行统计，不会出现人工统计时的漏项，概算更为准确。
6 结论
目前，随着我国综合管廊试点省和试点城市的确定，我国综合管廊的建设进入了高速发展期，城市地下综合管廊必将成为未来一个时期内我国城市基础设施建设的重要内容，而由于传统二维设计图纸的局限性，利用常规设计方法必然会出现上述的种种问题，既影响设计质量也影响设计效率，从而会拖慢整个综合管廊工程的建设进度。
而BIM技术的种种优点决定了其早晚会替代目前的设计方式，全面利用BIM技术进行设计一定是未来的发展趋势，就如同CAD制图技术代替传统图板绘图一样，随着各界对BIM技术关注的逐渐增强，无论业主还是设计单位内部对于BIM的需求都在不断增长，国家对BIM技术的推广力度也逐渐加大，住建部印发的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中更是把推进BIM技术列为今后工程项目信息化发展的主要任务，大力发展BIM技术已迫在眉睫，利用BIM技术的优点，可以大大提高综合管廊项目的设计质量及设计效率，也完全符合目前综合管廊高速建设、安全运行、智能化管理的要求，因此如何利用BIM技术进行综合管廊类项目的设计，将是今后长时间研究课题，本文对此方面仅做了较为初级的探索，还需各方进行更深入地探讨以发掘BIM技术在管廊项目中更多应用点。
参考文献
[1].《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838-2015）.
[2]. 侯文俊，蒋海军，孙伟，宋丽丽·城市地下管线共同沟建设与发展，市政技术，2005（23），229-232.
[3].《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T51212-2016）.
作者简介，姓名：李宁 出生年月：1981年4月 性别：男 民族：汉族 籍贯：北京 学历：大学本科 现工作单位：北京市市政工程设计研究总院有限公司 职称：高级工程师 研究方向：给水排水设计
北京市市政工程设计研究总院有限公司
关键词： BIM技术、协同设计、可视化、碰撞检查、信息一致性
0 引言
建筑信息模型（Building Information Modeling）或者建筑信息管理（Building Information Management）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、 可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。
城市地下综合管廊建设符合新型城镇化要求，是我国经济和城市发展到一定阶段的必然结果。
2015 年全国 69 个城市启动了地下综合管廊建设，开工建设规模约1 000 km。今年3月李克强总理在政府工作报告上提出了加强城市规划建设管理，开工建设地下综合管廊2 000 km以上的明确目标，可以预见，城市地下综合管廊将成为未来一个时期内我国城市基础设施建设的重要内容，因此如何利用BIM技术进行综合管廊类项目的设计以提高设计质量，保证项目的顺利进行，是目前急需研究的课题。
1. 综合管廊基本概念
综合管廊是建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施[]。并设投料口、进风排风井、人员出入口、通风、监控等附属系统。由于实施统一规划、设计、建设和管理，综合管廊避免了由于敷设或维修地下管线而反复挖掘道路，减少对道路交通和居民出行造成的影响和干扰，保持路面的完整和美观;提高了市政管线的耐久性和安全性;便于对各种管线的敷设、增设、维修和管理;有效利用了地下空间，节约了城市用地;减少了道路的杆柱和架空线等，保证了城市的整体景观，提升了城市品位[2]。
2. 综合管廊项目常规设计方法及流程
目前综合管廊项目常规的设计流程如下：工艺专业根据项目区域的可研资料、专项规划等资料
确定入廊管线种类及管径，并根据管线排布形式确定管廊的标准横断面，同时进行管廊节点井的布局设计以及节点井内各专业管线排布方式的设计，再根据规划道路或现况地形设计管廊本身的纵断;之后将优化确定后的管廊标准断面、平面、纵断及特殊节点的条件提供给结构、电气、暖通等专业;各专业间相互配合，开展设计工作，最后完成图纸的设计。
3. 常规设计方法中存在的问题
3.1 各專业间互提条件较为困难
由于综合管廊内管线众多，还包含出线井、投料口、人员进出口及三通、四通井等一系列特殊节点井，管线在特殊节点井处的排布尤为复杂，利用二维图纸较难表现清楚，各专业间只能通过图纸加设计条件提供单的形式互提条件（如图一所示），收到条件单后再将节点井的二维条件图在脑中还原成三维空间形象开展设计，此过程较为困难，还存在对于二维图纸及条件单内容理解有偏差的风险，造成设计上的错误。
3.2 各专业间设计对象存在碰撞的可能
由于综合管廊项目所涉及的专业众多，如果按照常规设计流程，在提条件及返条件时沟通不畅或使用图纸的版本不统一，则可能会造成不同专业间设计对象发生碰撞，为今后的施工及运维管理造成麻烦。
以某综合管廊工程通风井节点为例，如下图所示，在暖通专业设计图中防火门位置如箭头所指：
而在下图所示的工艺设计图中，此处为综合管廊排水井，图中圆圈位置为管廊排水渠进水孔洞，也就是说本应该是密闭的防火门下方与排水井盖板及孔洞位置重合，即不满足防火规范要求，也会影响排水井盖开闭，为今后运维管理留下隐患。
3.3 各设计图中可能出现数据不一致的问题
按照常规方法进行设计时，由于综合管廊节点井的平面图及剖面图均为单独绘制，很有可能造成在画图时因为设计人员的疏漏造成平面与剖面相对应的数据不一致，为给其他专业提条件或施工配合时带来困难。
以某综合管廊工程投料口井为例，如下图圆圈中所示，由于设计人员疏漏，造成了该节点井顶板高程数据在平面图与剖面图中不一致。
3.4 管廊与沿途障碍物间复杂的位置关系较难体现
由于综合管廊大多随规划或现况道路铺设，沿途可能会经过大量障碍物（如河道、地铁、立交桥基础等），也可能存在管廊外轮廓与周边建构筑物基础过近的情况，这些情况在方案阶段受设计深度局限很难暴露出来，但会为下一阶段的初步设计埋下隐患，比如在与障碍物发生冲突的位置对管廊路由进行调整或局部进行特殊处理，造成的设计工作量的增加以及设计难度。
3.5 工程量统计不精确
按照常规设计方法，综合管廊内入廊管线只进行平面线位及纵断的设计，管道长度及管件可以较为准确地进行统计，但如支墩、管支架、照明设备这类按每延米定额进行算量的设备材料则很难做到精确统计，有可能造成实际施工时的浪费。
4. 综合管廊项目BIM设计方法及流程
理想的BIM实施组织形式应为设计人员直接利用BIM软件进行综合管廊设计，各专业间完全按照BIM协同模式进行配合，具体流程如下：
初始阶段与常规设计思路相同，同样是工艺专业根据项目区域的可研资料、专项规划等资料确定入廊管线种类及管径，并根据管线排布形式确定管廊的标准横断面，之后由工艺专业建立管廊的中心模型后提供给其他专业，各专业在共同的中心文件上完成相关管线模型后进行碰撞检查，根据规范要求及管线避让原则，对发生碰撞的管线进行调整后再次进行整合，确认没有问题后完成设计。
5. BIM设计的优点
5.1 模型的可视化减少了各专业互提条件的难度 BIM最为直观的优越性就是为设计人提供了全程可视化的模型，通过对综合管廊模型的建立，可以为方案评审、决策工作等提供更为直观的方案展示途径，也可以给各专业提供较二维图纸更为直观的三维模型，很大程度上减少了出错的机率。
以某综合管廊项目为例，下面几张图展示了三通节点井的BIM模型：
5.2 协同设计解决了各专业间设计对象碰撞问题
由于各专业在同一中心文件上协同设计，可以有效解决各专业间设计对象的碰撞问题，减少了图纸版本不统一的风险，有效减少今后的设计变更以及施工及运维管理的麻烦。
同样以上述某综合管廊工程中发生碰撞问题的通风井节点为例，如下图所示，如果利用BIM设计在前期即可直观地发现问题，避免碰撞的发生：
5.3 保证各设计图中数据一致，提高出图质量
基于我国国情，目前大部分项目最终报出时仍以二维蓝图作为最终设计成果，因此可以利用BIM技术对管廊模型进行任意方向的剖切并将剖切面导出为CAD二维图纸，由于各剖切面均来源于同一个BIM模型，因为可以保证数据的统一性及准确性，不会出现二维设计时平面及剖面数据不一致的现象，可大大提高出图的质量。如下图所示，各剖切面均可以保证其数据的统一性。
5.4 可准确表达管廊与沿途障碍物间复杂的位置关系
在项目初始阶段就利用BIM技术进行综合管廊设计，按照实际几何信息搭建管廊及沿途障碍物模型，可以通过BIM模型准确地反映管廊与沿途障碍物间的位置关系，根据模型，可以对障碍物进行准确避让，减少后续设计变更风险。
如下图所示，以某综合管廊项目为例，根据河道规划建立了与管廊交叉的河道模型，根据规范要求的河底与管廊顶板距离，设置控制间距进行软性碰撞检查以判断是否满足规范要求。
5.5 精确统计工程量
BIM软件中的“统计工程量”功能，其優势在于利用常规设计方法时按照“个数/每延米”单位来统计的工程量在模型中可以更为便捷而准确地进行统计，不会出现人工统计时的漏项，概算更为准确。
6 结论
目前，随着我国综合管廊试点省和试点城市的确定，我国综合管廊的建设进入了高速发展期，城市地下综合管廊必将成为未来一个时期内我国城市基础设施建设的重要内容，而由于传统二维设计图纸的局限性，利用常规设计方法必然会出现上述的种种问题，既影响设计质量也影响设计效率，从而会拖慢整个综合管廊工程的建设进度。
而BIM技术的种种优点决定了其早晚会替代目前的设计方式，全面利用BIM技术进行设计一定是未来的发展趋势，就如同CAD制图技术代替传统图板绘图一样，随着各界对BIM技术关注的逐渐增强，无论业主还是设计单位内部对于BIM的需求都在不断增长，国家对BIM技术的推广力度也逐渐加大，住建部印发的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中更是把推进BIM技术列为今后工程项目信息化发展的主要任务，大力发展BIM技术已迫在眉睫，利用BIM技术的优点，可以大大提高综合管廊项目的设计质量及设计效率，也完全符合目前综合管廊高速建设、安全运行、智能化管理的要求，因此如何利用BIM技术进行综合管廊类项目的设计，将是今后长时间研究课题，本文对此方面仅做了较为初级的探索，还需各方进行更深入地探讨以发掘BIM技术在管廊项目中更多应用点。
参考文献
[1].《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838-2015）.
[2]. 侯文俊，蒋海军，孙伟，宋丽丽·城市地下管线共同沟建设与发展，市政技术，2005（23），229-232.
[3].《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T51212-2016）.
作者简介，姓名：李宁 出生年月：1981年4月 性别：男 民族：汉族 籍贯：北京 学历：大学本科 现工作单位：北京市市政工程设计研究总院有限公司 职称：高级工程师 研究方向：给水排水设计
北京市市政工程设计研究总院有限公司