“华春杯”优秀作品展 | 西安市地下综合管廊工程II标段
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作品名称：西安市地下综合管廊工程II标段BIM设计与施工联合应用
参赛单位：中国十七冶集团有限公司
参赛成员：马军、张石磊、王莎莎
一、项目概况与难点
1.项目概况
西安地下综合管廊建设工程由中冶集团、中国十七冶、中冶京诚、建信信托组成联合体，中标项目Ⅱ标段；
项目建设范围包括：未央区、经开区、临潼区、阎良区、国际港务区等区域，入廊管线包括：电力、燃气、电讯、热水、给水、再生水、蒸汽、污水等；
建设干支线管廊共计约70km、缆线管廊共计约180km。
2.工程概况
项目位置：
西安市渭北工业园区临潼现代工业组团
项目简介：
临潼现代工业组团规划综合管廊总里程约17.8km，一期建设渭水二路约2.35km。
建设地址：
西起秦王一路，起点坐标（X=30147.856，Y=33940.488），管廊内底标高350.083m；东至秦王二路，终点坐标（X=30147.856，Y=36290.488），管廊内底标高348.027m。
建设规模：
管廊为矩形三舱结构，包括水电舱、水热舱和燃气舱。管廊位于道路北侧人行道及红线外绿化带中，定位线距离渭水二路道路中线26.3m。
建设内容：
（1）管廊主体——工艺、结构
（2）管廊附属设施——照明、供电、消防、排水、通风、监控、通信、火灾报警
（3）入廊管线
二、工程重点难点亮点
1.工程难点
1.1 排水管线管径大，埋深深
秦王一路已有最大管径DN1800的雨水管，埋深约7.7m；
秦王二路已有3.8m*2.9m 雨水箱涵，埋深约7.6m；
渭水二路雨水、污水北侧支管经管廊上方汇入干管。
1.2 管廊交叉节点设计
渭水二路综合管廊与远秦路综合管廊呈“T”字形交叉；
利用BIM技术的可视化、模拟功能，优化设计方案。
1.3 容纳管线众多，管径大
管廊截面管线最多达66根；
最大给水管为DN1000球墨铸铁管，两根DN600的热力管。
1.4 廊内空间安全、功能设计
廊体内支吊架，防火区间和通风区间二次砌筑的分隔墙，大型管道的吊装、检修，对BIM管线排布、方案模拟提出更高要求。
2.工程重点
2.1 质量要求高，专业性强
本工程主要为地下结构，线形布置，因此土方工程、基坑支护、主体结构和管廊防水为本工程的关键质量控制点，质量要求高；利用BIM技术的虚拟建造功能，结合原有设计和走向，对各专业施工进行优化。
2.2 施工线路长，工期紧
本工程地下综合管廊施工长，协调难度大，工期紧张，需要利用BIM技术优化施工进度，协调施工。
2.3 土方及基坑，支护方式多样
管廊基坑开挖较深，施工范围大，现场及地质情况复杂，处理方式多样，需严格按设计要求和相关规范处理；运用BIM进行施工方案模拟，比较多种方案的可实施性与便捷性，为施工方案的择优提供依据。
3.工程亮点
本项目是全国较早在管廊“投标+规划+设计+施工+运维”阶段系统性应用BIM+GIS技术，实现管廊建设的项目。
三、BIM实施组织
1.BIM应用标准
1.1 发布建模规范、成果深度规定
针对建模、分析、校验、导出视图、交付和归档等活动，项目组均制定相应的规范，以保证业务流程的顺畅。
1.2 发布建模、检查标准和实施应用标准
为更好的打造设计与施工联合应用，结合两公司BIM实施标准，制定西安管廊BIM应用意见指导书及方案。
2.软硬件配置
2.1 软件配置
2.2 硬件配置
四、BIM实施应用
1.投标阶段
方案策划决策-VR：
利用VR技术虚拟环境，分析方案的合理性与科学性。重点、难点、高风险点方案决策，BIM设计可视化分析，优化决策，降低风险，减少成本，提高竞标方案的可行性。
利用BIM技术对施工方案动态模拟，提升技术标的技术含量和竞争力。
2.规划
2.1 基于GIS技术的智慧规划
GIS将现状的空间位置与属性对应起来，可视化表达，实现信息的快速查询与分析，使管廊规划更具有科学性、提高设计与管理的工作效率。
管廊规划三大问题：
（1）管廊规划体量分析；
（2）建设区域适建性分析；
（3）管廊线位规划分析。
多规统筹，GIS缓冲区分析和叠合分析，配合因子权重和专家打分机制，空间耦合，确定合理规划方案。
2.2 协同设计分配方案
3.勘察设计
3.1 定制项目级协同平台（Project Wise）
通过PW协同平台，项目管理人员、职能部门及领导可根据相应权限随时查看相关信息，便于及时掌握设计进度、设计协调和质量把控。
3.2 设置工作空间（Work space）
对项目进行需求分析，根据项目反馈定制项目级的工作空间，将需要的定义的混凝土构件、钢结构节点、砌体、门、管道的类型逐一定义，方便建模调用。
管道元件库
3.3 定制工作环境
项目设计前期即对各专业的三维工作环境进行定制，包括习惯的二维符号库、线型、填充、图例、图签等，确保三维设计的质量，最大限度地提高三维协同设计的效率。
3.4 规范设计业务流程
基于BIM的设计模式，很多工作前置于方案、初步设计阶段，与传统二维设计相比，其弱化了设计准备环节、产生了模型的综合协调环节、增加了新的二维视图生成环节。模型与图纸可同时交付供后续使用。
成果交付质量明显提升，工艺和土建专业大大提高出图效率。
以施工图阶段流程为例
3.5 场地建模-3D实景建模、 GeoStation
将无人机航拍技术与3D实景建模结合，精准高效完成项目场地地表建模工作。
利用GeoStation ，建立地质数据管理库，分析计算、二维出图，实现工程地质勘察业务远程信息化。
航拍
3D实景建模
4.设计
4.1 道路设计-PC
将道路模型与实景建模场地相融合，精确定位管廊出地面构筑物的位置，深化、细化管廊设计方案。
道路标识标牌、路灯等元素按照道路廊道自动生成，提高设计效率。
从三维模型一键式出图，简单修改标注位置。
4.2 工艺设计-PC、ABD
利用PC模块，参数化设计管廊断面模板和纵断面。
工艺建模实现各专业提资三维化。
分模块建立廊体和节点模型，提高工作效率。
管廊纵断面设计
管廊纵断面出图
PC廊体模型
ABD节点模型
管廊分装模型
4.3 结构建模-ABD、Re Station
数据管理、结构分析计算、三维配筋高效、智能、参数化，兼具钢筋自动编号、智能统计钢筋报表及抽二维钢筋图纸，能够满足工程混凝土结构三维配筋及抽二维钢筋图的需要，极大提高工作效率和设计产品质量。
节点三维配筋
结构分析
钢筋报表
二维配筋图纸
4.4 管线建模-OpenPlant、Substation、BRCM
水、电、热、燃气各管线专业间实现系统设计、ISO图设计、生产材料清单等，不同软件之间的数据交互功能可保证工艺系统图与三维模型之间的逻辑关系一致，提高了设计的精度。
自动出ISO图
4.5 附属设施设计
依据设计条件从设备构件库自动选型，沿线布置灯具、风机、灭火设备、控制仪表、摄像头等，提高设计效率。
4.6 全专业三维协同设计
4.7 模型展示
管廊交叉节点
综合排风井
天然气舱集水坑
送风井与分支口
天然气舱排风井
4.8 虚拟现实
5.施工
5.1 施工场布策划
基于BIM技术三维可视化，对施工场地进行科学的三维立体规划，包括办公区、钢筋模板加工区、现场材料堆放场地、施工围挡、道路等布置；可以直观的反映施工现场情况，减少施工用地、方便施工人员管理，有效避免二次搬运及事故的发生。
5.2 三维可视化交底-复杂节点
5.3 三维可视化交底-管廊模板及支撑体系
本项目支撑体系采用承插式钢管支架支撑体系，利用BIM技术对支撑体系的可行性及施工工艺进行了模拟，确保施工顺利进行。
5.4 三维可视化交底-导墙模板及施工缝做法
利用BIM技术对工程细部做法进行三维可视化技术交底，使管理及施工人员更好的理解工程做法，提高工程施工质量。
5.5 钢筋节点模拟
通过BIM三维模型对钢筋施工细部构造、工艺复杂的施工区域进行三维可视化预演，通过多角度全方位对模型的查看使交底过程效率更高，更便于理解。
5.6 样板引路
5.7 净空审查
采用第三人虚拟漫游方式，提前对管廊净空进行检查。
5.8 钢筋料单审核和优化断料
利用BIM模型对钢筋料单进行审核及断料优化，合理管控钢筋用量，避免浪费，节约成本。
5.9 二维码应用
将模型构件与二维码对应，对整个工程采用信息化管理。
将现场人员、构件、材料、交底、企业文化展示等信息归集于二维码，通过移动终端扫描二维码反馈各类信息。
5.10 进度模拟
通过BIM5D进度管理模块将任务计划关联BIM模型，使项目进度计划和BIM数据有机结合，建立BIM进度数据库，同时添加现场实际进度，3D动态展示项目进度，直观反映实际进度情况，做到实际与计划有效比较。
5.11 现场质量、安全综合管理
采用移动终端采集现场数据，建立现场质量、安全、文明施工等数据资料，与BIM模型即时关联，建立基于BIM的综合管理流程，方便施工中、竣工后的质量缺陷等数据统计管理。
基于BIM的质量安全综合管理流程图
BIM手机端的应用可以实现从移动端的数据采集，到PC端的定位与追踪，再到Web端的统计分析及云平台的协同作业。
5.12 工程成本管控
5.13 BIM工程资料数据库
利用BIM 5D管理平台将项目资料与模型关联，方便现场的所有参与管理者及时的进行查阅和下载，做到信息的及时有效沟通。
5.14 项目协调管理
利用云平台技术的交流可以满足总包项目部和各施工部组织和关系协调，以及与设计单位、监理等外部单位的项目协调，显著减少信息不对称的损失，及时快速的解决问题。
6.运维
6.1 数据传导
6.2 运维管理
BIM+GIS 智慧运维：
（1）数据中心
以BIM数据库为基础，构建涵盖综合管廊全生命周期的数据中心，通过智慧管廊平台，实现与监控中心的信息联动，动态反映综合管廊的实时数据。
（2）BIM+GIS 人员、设备定位
基于三维模型的动态数据，结合GIS技术，实现对人员及故障设备位置及时、有效的掌握，便于进行巡检管理及开展事故应急处理。
（3）BIM+GIS+DMS 互动展示
基于BIM模型，结合GIS、移动互联、人体工程学等专业技术，能够将各种专业数据进行融合，实现图形化、数字化的运维管理汇报展示。
（4）BIM+VR 参观展示、仿真培训
基于三维模型，结合虚拟现实技术，实现虚拟场景下的廊内漫游，不仅可用作管廊的参观展示，更可以对管廊运维管理人员进行培训，尤其是紧急状态下的流程演练。
6.3 数据中心
6.4 人员、设备定位
设备定位：
结合BIM空间信息及GIS地理信息，精确定位管廊内设备，在三维空间中进行展示，并可查看设备属性。
人员定位：
基于BIM空间信息及GIS地理信息，并结合人员定位、防入侵装置、视频监控系统，对管廊内人员进行定位。
6.5 互动展示
基于BIM、GIS、运维数据，利用大数据信息可视化技术，结合移动互联技术、人体工程学等一系列专业技术，将海量的各种专业数据进行融合，并以图像化的形式进行展现；还具有开放的系统拓展性，能够提供使用者更加丰富的分析功能。
运维平台功能展示
数据可视化、分析图形化
规划展示
运维系统流程演示
6.6 火灾应急和管廊机器人巡检
五、BIM应用的特点及创新点
1.设计阶段
统一平台，解决文件格式转化带来的失真问题
解决多专业间的协同问题
三维设计与出图一体化
设计、计算分析、汇报演示一体化
工作人员在不同项目的重置和流动
工程数字化移交和全生命期管理的实现
2.施工阶段
BIM管理系统平台改变传统项目管理模式弊端，提升项目管理水平，为项目建设增值。
BIM信息化技术打造智慧工地，实现施工精细化管理目标，达到减少施工成本，保质保量完成工程。
设计、施工BIM联合在项目上的运用，为打造智慧化管廊奠定了坚实基础。
BIM数据库，实现各管理部门对各项目基础数据的协同和共享；为ERP提供准确基础数据，提升ERP系统价值。
3.运维阶段
设备监测数据实时管理
管廊健康诊断与安全管理
应急预警管理、能耗管理
BIM模型信息集成化，形成工程信息共享平台，为今后管廊改、扩建、修缮、更新等提供数字化资料,智慧化运维。
六、应用效益
1.设计阶段
设计过程预警解决：
土建与道路、场地冲突727处；管线与土建冲突1330处；附属设备之间冲突923处；减少后期工程损失约20%。
与CAD相比时间量节约：
为了量化BIM与传统二维设计的工作量差别，选取其他与本项目规模和建设条件类似的设计项目，统计各阶段花费的时间如下表：
社会效益：
以中冶管廊项目为契机，打造中冶市政业务在全国的品牌。项目的规划咨询设计实施运营全生命周期采用先进理念技术，结合项目特色，解决关键难题，项目创优全国示范。
2.施工阶段
（1）BIM技术在本项目上的应用，使工程项目各管理条线可以快速、准确的获取工程管理所需的各种基础数据，项目各管理条线的协同、共享、合作效率进一步提高；以前半个月的工作量，现在基本缩短到一周。
（2）在质量、安全管理上，通过广联达BIM移动端应用，发现现场质量、安全隐患照片，实时上传BIM模型，并与模型关联，为项目质量安全部门工作提供强大的抓手，项目上质量安全问题反馈渠道及时、畅通。
（3）BIM技术、云平台技术的结合使总部决策者与项目部的信息对称，可以及时、准确的确定指令，减少了沟通的成本，实现项目精细化管理，成就了企业与项目部的双赢。
（4）本项目通过应用BIM5D技术，提高了PPP项目的协同能力，加强各参与方的沟通与协调，基于网络的BIM平台至少提高了20%协同效率；有效避免了材料供应风险、技术风险、工程变更风险、竣工风险以及成本控制风险，形成一套成熟、可复制的“PPP+BIM”应用方法与流程，创造切实的经济效益，提高项目的管控能力和盈利水平。
特别说明
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