智慧城市建設背景下地下空間信息化技術及應用

劉常濤, 林 嵐

(1.福州理工學院,福建 福州 350001； 2.福州建筑工程職業中專學校,福建 福州 350001)

1 前言

目前,我國正在進行大規模地下空間建設,如地鐵、地下室、地下管廊等,然而在建設過程中面臨已建地下空間資料記錄不全、手工管理數據方式笨拙等問題,這些問題增加工程建設及運營維護難度,在這種情況下,信息化建設被提上日程,城市的發展推動著地下空間的信息化建設,計算機技術及相關領域應用技術的不斷進步和完善使得實現地下空間信息化成為可能。

從實際工程來看,我國建筑行業各企業在工程實踐中經常遇到地下空間信息不齊全、在建工程周邊建構筑物地下空間信息缺失、工程后期運營維護難等實際問題,在此背景下,采取地下空間+“BIM”等信息化手段成為解決這些問題的途徑。

2 國內外研究動態

關于地下空間信息化的研究很早就被世界各國所重視,特別是歐美發達國家在這方面已經建立了比較完善的數據庫。發展情況簡述如下：

20世紀80年代,荷蘭阿姆斯特丹建成了大型數據庫管理系統(INGEO-BASE)[1]。

1998年,美國前副總統A. Gore提出“數字地球”[2]概念,引起了各國政府的高度重視。

2001年,英國地質調查局開展數字地學空間信息DGSM( Digital Geoscience Spatial Model)[3]研究,歷時5年建立了三維地學信息系統框架。

2003年,弗吉尼亞理工大學開展AMADEUS(adaptive real-time geologic mapping,analysis and design of underground space)[4]研究計劃,運用三維數字變形測量技術,對隧道開挖和支護進行模擬分析。

李曉軍,劉雨芃[5]從管理體系構建、信息化平臺建設、基礎資料信息化、工程應用四個方面系統地闡述了城市地下空間信息化管理的內容,其中考慮了不同城市地下空間信息化現狀和特點。

吳寒[6]等以重慶市地下空間數據管理系統建設為例探討了數據的信息化管理。

李曉軍等[7]拓展現有數據標準在城市地下空間中的應用;數據結構化與XML交互;元數據標準化;原始數據和全過程數據標準化。

綜上,目前地下空間信息化研究還有很多事情要做,運用BIM技術、物聯網技術參與信息化建設大有可為。

3 工程應用

該地鐵站點位于福州市,是福州市地鐵車站中比較重要的一站,車站周邊有已經建好的學校、房屋等建筑物,車站周邊還有道路,道路下放埋設有各種地下管線,有：給排水管、雨水管、電力電信管道等等,該車站情況較為復雜,應用BIM技術對該項目進行地質建模、管線建模、車站建模、復雜節點建模、人流規劃,通過模型的建立及應用可以達到優化設計、指導施工的目的。

3.1 地鐵車站周邊地質建模

福州地質情況復雜,而且大部分區域土質較差,特別是在市區內,主要以淤泥為主,大部分地段地下2m范圍內以粘土為主,該層成為福州大部分多層建筑的地基部分,繼續往下10m范圍內以淤泥為主,且該淤泥層含水量較高,局部可以達到70-80%,屬高壓縮性的軟弱淤泥,該層淤泥也是做大部分地下工程施工時比較難對付的地質情況,由于含水量高,在施工過程中要特別注意淤泥層的監測,再往下30-35m屬于砂層和軟土淤泥交互出現的情況,該層也是福州大部分小高層住宅建筑的樁基持力層。

運用建模軟件進行地質模型設計(見圖1),在地鐵施工過程中,可以結合地質模型對每個地質斷面進行分析,指導地鐵施工,避免施工事故。

圖1 地質模型

3.2 地鐵車站附近管線建模

該車站施工現場狹小,情況復雜,周邊地下管線較多,在施工過程中可能出現破壞管線的情況,為了避免這種情況發生,將收集到的地下管線圖紙、竣工資料等信息進行建模(見圖2),與車站模型形成一個整體,指導施工。

圖2 地下管線模型

3.3 整體模型建立

將結構、建筑、機電模型在BIM軟件中進行組合,得到地鐵車站的整體模型(見圖3)。運用該模型可以進行碰撞檢查、裝修細部展示、鋼筋下料表生成等。

圖3 地鐵車站模型

3.4 復雜節點鋼筋布置

圖4 復雜鋼筋節點模型

地鐵主體結構復雜,鋼筋布置密集,特別是在復雜節點處會出現大量鋼筋縱橫交錯的情況,在技術交底時很難用二維圖紙交代清楚,借用BIM技術進行建模(見圖4),通過3D模型進行技術交底,可以讓工人更直觀的了解節點情況,避免鋼筋錯漏。

3.5 人流規劃

地鐵車站按人流規劃用途,一般分為非付費區與付費區,通過模擬人流狀態,建議設計上應當考慮在付費區重新布置單向人流方案,避免在車站使用過程中采用放置欄桿的方式解決人流疏導,影響通行效率(見圖5)。

圖5 模擬人流

4 總結

通過運用上述信息化手段,進行地鐵車站周邊地質建模、地鐵車站附近管線建模、整體模型建立、復雜節點鋼筋布置、人流規劃運用,在工程施工過程中起到了優化設計、指導施工的作用,得到各參見單位好評。