通过BIM模拟管线搬迁、道路翻交是将市政管线、道路、围护结构、主体结构和周边环境模型相结合，分阶段模拟市政管线搬迁和交通疏解的过程，以直观的形式辅助检查管线搬迁和道路翻交方案的可行性，并以动态方式表现实施方案。基于BIM的管线搬迁、道路翻交的优化方法，可发挥BIM的可视化交互价值，减少管线搬迁和道路翻交方案的不确定性，克服传统管线搬迁、道路翻交的缺点。通过BIM软件的三维可视化操作及碰撞检测，可对市政道路管线不断地进行调整，实现管线搬迁、道路翻交方案的优化。
图1通过BIM模型分析管线搬迁合理性
案例现状背景
北虹路立交作为上海市北横通道的一个节点，施工总体划分为3个阶段。
1）第1阶段：将长宁路中心绿化以南约20m范围设置围挡，划为施工区域，长宁路保证双向5～6车道交通，围挡外新建宽3.5～4.0m人非混行道。施工主线S、WEX匝道、地面道路及排水。
2）第2阶段：将长宁路中心绿化以北至苏州河岸范围设置围挡，划为施工区域，长宁路仍保证双向5～6车道交通。施工主线N、主线S、EWS匝道、EN匝道、NE匝道、EE匝道、FEI人非桥、防汛墙改建、桥面系及附属、地面道路及排水。
3）第3阶段：施工中环立交范围主线S、ES匝道、SE匝道、EE匝道、桥面系及附属、地面道路及排水。
北虹路立交为北横通道与中环线的互通立交，包括主线高架、7条匝道和FEI人非桥。立交跨越苏州河、中环线及现有北翟路立交，为3～4层立交。桩基采用钢管桩及钻孔桩，承台现浇，墩柱、盖梁少量采用现浇，其余均为预制结构。上部结构少量采用预制小箱梁、空心板梁，其余均采用钢箱梁结构。钢结构范围采用钢防撞墙，混凝土结构范围采用混凝土防撞墙。
图2通过BIM模拟分析围挡与交通、围挡与设备之间的合理性
跨中环桥梁为新建4层立交构造，毗邻中环及北翟路立交，交通环境复杂，交通组织难度大，并且周边建筑和货运通道较为紧凑。工程采用无障碍施工具有极大的难度。
工程所需要跨越苏州河主桥跨度极大，斜交角度不超过30°，并且桥梁结构为双幅桥，因此常规工艺无法正常施工，需要新的工艺创新方式。墩柱构件最高可达30m，并划分为2～3节拼装，墩柱构件的安装拼接定位困难，无法达到标准精度。水中墩属于深基坑，基坑所需安全等级较高，施工安全性上有一定的挑战。工程的一些墩柱施工区域邻近地铁线路，施工时需要确保地铁正常运行，且施工所受到的制约因素较多，外部协调工作量巨大。
3案例解决优化方式
3.1前期调查
对北横通道一段车流量、人流量、沿线建筑、构筑物、单位和居民的出入口等情况进行全面调查，并对道路管线搬迁范围、数量等进行调查。
3.2建立BIM现状模型
通过GIS、无人机、物探、测量、原始竣工图等多方数据信息，以最真实的方式还原现状情况，再利用BIM现状模型对施工周边建筑模型、地面信息、拆迁、受影响建筑等数据进行比对分析。
3.3建立管线BIM模型
根据前期数据和模型分析，对BIM现状模型、规划管线及道路图纸拟定初步管线搬迁和道路翻交方案，其中管线搬迁和道路翻交须维持原有交通，保证沿线单位和居民出入方便。根据图纸、初步管线搬迁和道路翻交方案，在三维软件中建立各专业和各阶段管线BIM模型；通过图纸、初步管线搬迁和道路翻交方案，在三维软件中建立各阶段道路、围护结构、主体结构BIM模型；将各阶段管线、道路、围护结构、主体结构BIM模型整合到周边环境三维模型中，形成各阶段工程整体的BIM模型。
图3通过BIM模拟分析交通流量合理性
3.4冲突点分析
利用BIM可视化、可模拟的特性，复现复杂的地下空间，可更直观且有效地对管线搬迁及道路翻交方案作出准确判断；采用BIM建模的碰撞检查算法检查各种管线间、管线与结构间的碰撞情况。同时，通过BIM模型实现多专业相互协调，对整合的数据模型进行冲突检测，可以轻而易举地发现传统二维图纸或其他独立数据中难以发现的冲突点，再对冲突点进行可视化的分析优化，从而解决项目过程中潜在的风险点。
3.5模拟方案
1）判断围挡与机械设备的碰撞关系。
2）根据各阶段交通组织判断车流量、人流量与场地施工的关系。
3）形成各阶段环境、管线、交通的BIM模型。
4）根据各阶段环境、管线、交通的BIM模型，优化初步管线搬迁和道路翻交方案。
5）根据优化方案再次制作管线搬迁和道路翻交方案。
6）通过再次制作的管线搬迁和道路翻交方案，模拟验证方案的可行性，形成最终的管线搬迁和道路翻交方案。
北横通道工程使用BIM技术改进的管道搬迁和道路翻交优化方案，很大程度上解决了施工中遇到的各种复杂危险的冲突点，改进了施工方式方法，并提高了施工效率。因此，针对市政工程等环境交通极为复杂的施工工程，优化方案能够带来较好的施工效果（图1～图3）。
3.6各阶段模型
各阶段模型可划分为现状保留模型、现状拆除模型、新建模型、管线搬迁模型、主体结构模型，具体如下：
1）现状保留模型包括场地、周边永久建筑、构筑物、围墙和台阶、永久人行地道出入口、永久绿化带、树木、永久水域、永久车道、永久人行道、永久斑马线、永久隔离墩/护栏、永久护栏、永久指示牌和永久电线杆等。
2）现状拆除模型包括拆除建筑物、构筑物，拆除人行地道出入口、拆除围墙和台阶（根据拆迁阶段细分）、拆除绿化带、移除树木、拆除车道、拆除人行道、拆除斑马线、拆除隔离墩/护栏、拆除护栏、拆除窨井盖、拆除路灯、拆除指示牌和拆除电线杆。
3）新建模型包括新建斑马线、新建隔离墩/护栏、新建护栏、新建窨井盖、新建电线杆和变化水域等。
4）管线搬迁模型包括红/绿/蓝/紫/黑/黄/橙线、永久市政管线、拆除市政管线、新建市政管线、围挡、翻交后车道和翻交人行道。
5）主体结构模型包括主体结构和围护结构。
4优化方案具体操作流程与注意事项
首先，需准备相关资料、数据，包括管线搬迁方案、交通疏解方案、物探资料、初步设计资料、施工筹划资料。然后创建模型，开始实施流程（图4）。
图4 实施流程
注意事项为：
1）需对集合进行划分。集合划分可由设计人员通过Revit软件阶段化、过滤器、工作集和Navisworks软件中的集合功能进行统筹使用。
2）需制定建模规范。为保证各参与方最终模型的一致性，需制定模型创建方式及说明、颜色、透明度等规定。
3）需制定交付要求、成果输出格式、动画输出要求等。根据实际施工计划完成动画模拟，动画视点方向保持为大致的上北下南。
4）管线搬迁和道路翻交方案拟定应遵循以下原则：工程实施期间原则上不突破道路红线，尽量减少沿线建（构）筑物动拆迁量，局部因交通组织及管线搬迁需要的，可进行红线外借地；管线搬迁尽量考虑一次搬迁到位，局部区域采用临搬后复位；尽量维持原有交通，保证沿线单位和居民出入方便。
作者：陈燕 上海建工集团工程研究总院
仅供学习交流 版权归原作者所有
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