（1. 四川良友建筑咨询有限公司，四川 成都  610000；

2. 中建三局西部投资有限公司，四川 成都 610041）

   摘  要：本文结合在建项目“天府新区核心区综合管廊及市政道路（二期）项目”，围绕PPP模式下，BIM技术在综合管廊及市政道路项目中从方案设计阶段到运维阶段全生命周期的技术及管理应用，通过信息化手段对项目进行合理有效的计划、组织、监督、控制、协调，辅助实现项目投资控制、进度控制、质量控制、安全管理、合同管理、信息管理、组织协调等管理目标。同时，通过BIM技术在运维阶段的信息化管理的应用，如“设备管理查询”、“能耗信息”、“机器人巡检”、“可视化监控”等，为打造智慧城市规划提供强大助力。

   关键词：PPP模式；BIM技术；综合管廊及市政道路；全生命周期

   0 引言       

   PPP模式作为“利益最大化”的建设模式，近几年已成为重要的发展趋势。同时，为响应国务院号召《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》，PPP模式下的综合管廊建设孕育而生。2018年8月，由住建部颁发的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中明确指出，要大力推进BIM、GIS等技术在综合管廊建设中的应用，建立综合管廊集成管理信息系统，逐步提升智能化城市综合管廊运营服务能力。[1]

   成都市作为全国第二批地下综合管廊试点城市，2015年底成都天府新区编制完成《天府新区成都直管区综合管廊专项规划》，开启了打造城市地下综合管廊的百年工程。总体布局“四横、三纵、九片”，规划总里程150公里。天府新区按照试点城市要求，创新投融资体制，建立多元化资金体系，采用PPP模式加速推进管廊建设。综合管廊利用预制拼装、BIM、云计算、大数据、物联网等科技技术，助力智慧管廊的形成。

   1 BIM技术在综合管廊及市政道路项目全生命周期中的应用

   1.1 项目前期——BIM应用实施规划

   在项目前期，编写贯彻全生命周期的《BIM应用实施规划》，明确BIM应用实施目标、原则及要求，确定BIM应用的组织架构，确定各参建单位的应用实施职责及各阶段的BIM工作，并明确BIM实施的总体流程。提前合理分配BIM相关工作，在实施过程中，通过实施规划指导相关BIM工作，做到有条不紊。

  

图1 BIM实施应用纲要

 图2 BIM整体流程

   1.2 方案确定阶段——方案比选

   在方案确定阶段，利用BIM模型还原设计方案，了解建设单位建设诉求及要求。通过对不同设计方案进行设计合理性和经济性分析，对比各方案优缺点及可行性，结合建设单位需求，与设计院积极对接，达到正向设计效果，最终协助建设单位确定建设方案。力求在设计阶段辅助限额设计以保障项目的投资目标、进度目标和质量目标。 

图3 方案比选

   1.3 设计阶段

   1.3.1 图纸质量控制

   按照编制的《BIM建模标准》完成设计阶段BIM模型。在建模过程中，从净高分析、预留孔洞与管线位置分析、管线排布分析、非原则性综合专业分析、各专业标注信息分析等角度梳理图纸问题，提升图纸质量，从源头上解决设计问题。

   1.3.2 BIM技术辅助市政道路及管廊综合设计

   工程道路、市政管网的设计内容与入廊管线种类、管线规模、舱室分隔、施工方法、地形地貌等因素密切相关。针对在地下空间内，管廊、市政管线、道路、河流、桥梁交错布置的特点，本项目自设计阶段开始便采用BIM技术进行辅助设计，各专业高效协同，取得了高质量设计成果。通过模型验证设计方案的可行性，特别针对管廊施工工序、管廊防水、后期检修维护等存在的风险，优化设计方案。 

图4 BIM技术辅助管廊设计

   1.3.3 BIM模型与原始地形数据的结合应用

   在工程设计阶段，通过对原始地形数据的还原，生成原始地貌模型。再将BIM模型与原始地貌模型进行结合分析，辅助完成管廊横、纵断面的设计。同时为后续管廊及市政管网设计提供依据与参考。

  

图5 原始地形数据

   1.3.4 BIM技术辅助工程量提取

   工程量作为成本控制中最重要的组成要素，通过BIM手段验证核实后无疑更为准确。首先可通过按图纸搭建的BIM模型直接提取工程量，再与常规出量结果比较，验证过控及施工单位工程量准确性。BIM模型混凝土工程量为物体净量，不考虑其他综合因素，与现场实际对比，工程量偏小，在误差考虑值内范围。

  

 图6 工程量清单

   土方工程量在市政道路中往往是最难准确判定的，通过BIM模型与已经建成的原始地貌模型进行叠加，则可以准确得到市政道路及管廊所需要的挖方工程量。同时，对原始地貌模型进行分析，也可以直接得出道路左右两侧的边坡工程量。三方验证后，可有效避免因计量不准导致现场多方产生争议的现象，在降低人力成本的同时，为施工中成本管理提供巨大助力。 

图7 土方总量提取

   1.3.5 综合管廊净高分析及优化

   通过BIM软件对廊内管道及设备进行模型搭建，辅助分析空间及排布合理性，同时利用模型制作漫游视频，可“身临其境”地体验廊内空间关系。同时，通过BIM模型对各专业间碰撞进行检测，规避项目风险，避免大量返工的情况，有效控制、降低施工成本。通过BIM模型对净高空间进行分析，节约了所利用的地下空间，有利于高效便捷地对管道进行维护管理。BIM技术在确保道路交通功能、增强路面耐久性、降低路面维护保养费用、保护城市环境及增强城市的防灾抗灾能力等方面发挥了重要的作用。

   

  图8  BIM辅助管廊净高优化

   1.4 施工阶段 

   1.4.1 协同平台搭建

   作为全过程BIM应用的重要应用手段，系统按照“管理流程化、标准信息化、信息集成化”的思路，以计划管理为主线、以绩效考核为切入点，通过信息化手段，固化各项管理要求和工作标准，实现现场数据实时采集，达到项目管理行为统一、管理记录完整、管理过程可控、现场履约能力提升的效果。在平台搭建过程中，明确文件夹设置、文件分级及文档权限，可有效提高文件归档的合理性、保密性，实现无纸化办公，一定程度降低沟通成本、资金成本。

  

图9 平台资料管理

   1.4.2 可视化图纸会审 

   采用可视化图纸会审，在图纸会审时将三维BIM模型与二维设计平面图共同展示，协作互补，让参建各方更直观、清晰地了解图纸问题，实时在模型上做出修改，同时分析调整后的合理性与经济性，供建设单位与设计单位参考，及时确定修改方案，提高工作效率。

       

图10 施工图三维展示

   1.4.3 协同平台上的市政项目信息化管理

   市政道路项目因其特殊性，项目距离较大，因此采用协同平台进行信息化管理。平台选用广联达5D，采用三端一云的架构协同方案，主要包括PC端、手机端、Web浏览端和BIM云四部分。电脑PC端主要实现BIM模型、项目进度、质量安全等数据的集成，根据项目实际情况，可以将相关工作任务发送至相应责任人，实现多岗位、跨区域的工作协同；移动端用于现场质量、施工安全、项目进度等问题的采集，并可实时同步到Web管理仓，以及PC端模型中显示；Web浏览端属于项目管理驾驶舱，适用于BIM中心负责人和企业领导；云服务器主要实现基于互联网的数据协同。在质量安全的问题上，由问题提出者提出问题并通知直接责任人进行整改，整改完成后以照片的形式反馈整改情况发回给问题发起者，以形成闭环管理模式。在任务分配时，将平台上的模型进行流水段分期，并在平台上直接下达任务至施工班组，施工完成后由监理单位及相关单位检查通过。协同平台由参建各单位共同运作，线上沟通的模式大大提高了工作效率。

 

                      图11 施工现场进度管理

   1.4.4 BIM在装配式施工中深化加工指导

   装配式施工作为绿色建设的重要手段，在项目施工中已经应用得十分成熟。通过BIM模型的建立，还原装配式构件，并加以深化，也可以通过三维可视化手段提前模拟装配式构件现场堆放、拼接的情况。同时通过BIM模型可以清晰得出装配式构件的工程量，提前做好材料计划。 

                          图12 预制构件深化

   1.4.5 BIM施工模拟指导现场施工

   BIM技术对于现场施工也能起到举足轻重的作用。通过对施工方案的模拟，可以有效地分析方案地合理性及存在的风险，提前规避不必要的经济损失和工期损失。将通过验证的施工方案向各施工班组进行三维可视化交底，相比使用二维图纸交底的方法，三维可视化能更加清晰地了解该方案的施工工艺及重难点。同时，对于危险作业能提前提出相应的安全措施，保证方案更安全、更高质量地完成。

  

图13 施工方案模拟

   1.4.6 无人机技术在综合管廊及市政道路建设中的应用

   随着施工技术的不断提升，无人机技术在工程上的应用也是愈发成熟。在施工准备阶段，通过无人机对场地进行航拍分析，有利于进行场布安排，同时也能验证场布方案的合理性。在施工阶段，利用无人机进行倾斜摄影，可以将实景模型与Revit模型进行叠合，分析新建市政项目对周边环境的影响，提前做出迁改方案，同时也能反映项目建成后的情况。在道路项目中，关于工程量提取的工作，针对道路完成后的边坡绿化、边坡防护等相对应的边坡计量问题，建设单位与施工单位争议颇多。由于道路边坡是动态变化的，且其面积不规则，较难测量，为此本项目针对已完道路部分的边坡防护绿化进行无人机测绘建模，并通过模型提取边坡数据计算其工程量，从而解决现场计量争议。在安全管理中，通过无人机测绘快速获得道路边坡及深基坑位移变化数据，比传统人工监测更为安全可靠。

    

图14 倾斜摄影及边坡工程量提取

   1.5 运维阶段

   通过在施工阶段对各设备、构件信息的收集，形成一套可以录入运维平台的信息化模型。将运维交付模型导入至运维平台后，可以通过控制运维模型实现智能巡检、环境监测、视频监测、广播控制、消防控制、排水控制、通风控制、照明控制等功能。同时，能实时查看设备状态，查看模型内构件属性及GIS相关信息，也能对硬件设备的实测数据和运行状态进行信息储存并生成工作日志，保存记录设备更新及维护的相关信息。该项工作已测试完成，目前已配合天府新区开发完整的运维平台，后期会将规划区域内所有信息化建筑模型导入该平台，为实现智能化城市管理提供重要助力。

  

 图15 运维平台测试

 

图16 运维控制大厅

   1.5.1 漫游功能

   对于三维场景虛拟仿真模拟漫游来说，可以把需要展示的空间有目的地连接成统一的路径，制作基于该路径的漫游动画来进行空间功能的集中展示。对于工作人员来说，进行管廊设计时均会考虑到突发情况(应急、爆炸及火灾等)。

  

图17 漫游功能示意图

   以航拍路面和舱内等形式进行漫游，查看管廊内外部周边环境。具体的漫游路线可根据客户需要自由设定。 

   1.5.2 设备管理及查询

   在三维场景中可漫游查看相关设施，并可即点即查设施的相关资料和信息，通过传感装置也可实时获取和展示采集到的监控信息。系统对具体设备的BIM模型浏览是双向的，用户既可以通过在模型视图中选择相对应的设备模型构件，也可以通过输入设备名和设备型号等属性的方式进行查询浏览。无论采用何种方式，一旦选中了某一具体设备，在界面上就会出现与该设备相关的设备信息（包括设备的名称、型号、技术参数、生产厂家等）供用户查看，同时用户也可以通过点击关联标签，查看“设备说明书”、“维修保养资料”、“供应商资料”、“应急处置预案”、“历史维护信息”等与设备相关的文件及信息资料。

   在三维场景中对建筑内的各种资源进行分类管理和空间查询，点击查询结果快速定位到具体位置，并显示资源的相关属性信息和关联的图纸资料等内容，包括按关键词模糊查询、组合条件查询、空间查询、缓冲区查询、点选查询等多种查询方式及模型分类展示。

    

图18 管理及查询示意图

   根据管廊BIM模型分类进行展示，能够按需进行展示、隐藏，查看BIM模型中各类型管线及设备的分布情况、隐蔽工程等。 

   1.5.3 大屏展示

   系统采集各个管廊日常运维数据及实时监测数据，实现管廊运维管理信息基于三维GIS+BIM的综合展示与分析，同时可以叠加规划和建设数据，实现辅助优化管廊运维管理的目的。

  

图19 大屏展示示意图 

   1.5.4 管廊的分布、管廊管理片区的分布展示

   对大屏展示中各个管廊的分布运营状况和各个管廊片区的分布进行实时的现状展示定位。根据片区化的要求，对管理区进行一定的分级，通过点击导航栏的管理片区名称，可在地图上直接定位到该行政区划的位置。 

   1.5.5 收入支出概览

   智慧管廊大屏的分析板块，可对各个管廊管理片区所管辖的内容，针对设备、人工成本等统计数据提供专题展示模块。主要展示各项建设成本现状情况、运营成本情况等。具体明细数据可以链接到大屏展示查看其详细情况，一是可完成历年支出建设成本和运营数据的柱状图和饼状图展示，实现管理分区的统计表生成；二是通过设施设备的数据接口，实现设备物管系统支出的自动获取更新，完成统计数据与统计图形的关联，并录入到系统中，完成展示。 

   1.5.6 设备统计

   智慧管廊大屏的分析板块，可对各个管廊管理片区所管辖的内容，针对设备统计数据提供专题展示模块，展示各项设备现状情况等。具体明细数据可以链接到大屏展示查看其详细情况。通过设备统计数据的柱状图和饼状图展示，实现管理分区的统计表生成。同时，通过设施设备的数据接口，实现设备物管系统支出的自动获取更新，完成统计数据与统计图形的关联，并录入到系统中生成报表统计和图形统计，完成展示。 

   1.5.7 入廊管线情况

   对智慧管廊的管道设备、管线设备、监控设备、仪表设备等进行BIM三维建模后，系统将实时的展示模型。大屏系统的实时展示，可对管线的详细信息、运行现状和各设备能耗趋势进行展示。 

   1.5.8 能耗信息

   将智慧管廊的通风设备、排水设备、监控照明设备、仪表设备等能耗电力后台接入系统后台，利用大屏系统实时展示出来，可对各设备各个阶段的详细信息和能耗趋势图进行展示，为领导提供各项数据信息，对领导决策起到辅助作用。 

   1.5.9 告警信息

   在智慧管廊大屏展示管理系统中，警报子系统担任着在险情发生时及时通知大屏监管场所管理人员和决策层领导的作用，对保障管道的安全稳定起了重要作用。在智慧管廊大屏展示管理中，通过综合管理平台将报警子系统与视频监控、门禁控制等子系统集成在一起作为统一的整体，相辅相成，对各类报警进行统一管理，包括权限设置、分组管理、报警状态查询、报警联动信息展示。 

   1.5.10 机器人巡检

   智能巡检机器人采用蓝牙网关定位和GIS室内导航技术，可自主选择人为规划路径和自主规划路径，同时智能巡检机器人还能完成自主充电。结合红外热成像和高清视频技术，精确识别管廊内各类管线和仪表设备状态，能及时发现设备缺陷，实现智能检测、监控、安防和数据远程集控管理。

  

图20 机器人巡检示意图

   基于BIM模型模拟机器人在管廊内部巡检，可自由设定巡检路线，并自动弹出沿途舱内环境状况、重要监控设备的运行情况。 

   1.5.11 可视化监控

   根据选择监控路段、防火分区、管廊舱的信息，自动定位显示舱内所有设备的当前运行状态信息，即舱内的环境信息。通过远程控制的设备可以控制其运行状态，点选某个设备，自动定位闪烁显示，选择摄像设备监控时，自动弹出摄像监控画面。

    

图21 可视化监控示意图 

   1.5.12 报警管理

   系统服务程序时刻监控底层设备运行情况，有设备发生异常时，自动推送消息并在平台上显示，点击时在BIM模型上自动定位并闪烁提醒，设备监控参数及报警级别可由用户灵活配置。

  

图22 可视化监控示意图 

   1.5.13 爆管分析

   在检测到水管爆管时，显示喷水动画并自动分析需要优先关闭的水阀及影响范围，在BIM模型上定位到优先关闭的水闸，并基于GIS功能分析受此影响的区域生成通知信息。

   

 图23  爆管分析 

   1.5.14 应急处置

   在发生安全意外事故时，基于BIM和GIS智能搜索短距离的消防、医院、出警和应急办，并辅助指挥和调度舱内人员逃生方案。运营调度指挥大屏实时显示出来，方便领导决策。

   

图24  应急方案模拟

   1.5.15 租赁管理

   针对需要使用管廊内各种管线的企业，实现管线的租赁管理。添加租户时，在BIM模型上也能点选管道，可以直接绑定租户。租赁查询时，选择租户可自动定位到已经租赁的管线资源。未租赁的管道透明化显示，已租管道可以查看租户的详细信息和租赁情况。

         

图25 租赁信息管理

   1.5.16 运维管理

   针对需要维护的设备，管理员可以生成运维计划，计划生成后自动将维护计划推送给相关人员。任务分配后，自动推送消息给相关处理人员进行任务提醒。

   

图26 运维数据管理

   巡检时发现设备故障，可以通过手机APP扫描设备二维码后报修。管廊管理员则可以在Web平台上查看所有任务的处理情况，也可以在APP上查看并进行任务分配。运维人员进行设备报警处理或定期运维处理时，可以通过手机APP填写维修情况，拍照上传维修结果。 

   2 BIM辅助PPP模式下的管理模式

    PPP作为建筑行业的新型模式，相对于常规模式不可避免存在一些弊端，但在BIM技术的帮助下，通过BIM技术可建立数据平台协同工作，共享数据，借助BIM可视化优势可帮助设计、施工尽早发现并控制项目中可能出现的各类技术风险和建设风险；运营单位可利用共享数据对项目进行更好的商业智能预测，达到风险识别与控制作用；在数据量化和监管上，项目前期以BIM技术引入三维模型的参数化表达为基础，可以为政府提供进行评估量化风险成本的基本数据，同时在施工阶段加强政府对项目的监管和把控；通过BIM技术建立的数据信息化平台也可以面向公众和企业开放部分信息，提高PPP项目的透明度和认可满意度。同时，在线上办公明确组织架构后，也可以避免PPP项目多头管理的弊端，使各个组织部门成为一个有机整体，共同决策、信息共享。在BIM工作实施的过程中，设立有效的考核办法，对参见各单位进行考核，形成奖惩制度，提高工作的积极性。

  

图27 BIM管理考核

   3 结语

   在科技高速发展的今天，BIM技术已经成为建设项目的标准配置，信息化智能城市规划在BIM的介入下已经初具雏形，PPP模式中的BIM技术更是成为一剂特效药，助力智慧管廊的形成，构建智慧城市的管理体系，让宜居更宜人，让现代高端产业更聚集，助推综合管廊价值实现最大化。

 

   参考文献：

   [1] 钟善桐.钢管混凝土结构[M].北京:清华大学出版社,2003.

   [2] 岑仪梅,王军武.综合管廊PPP项目全生命周期绩效评价体系研究[J].建筑经济,2019.