BIM技術在海綿城市建設中的應用研究

曹業強

（淄博市規劃設計研究院有限公司）

1 引言

海綿城市要求建成的城市要像“海綿”一樣，在適應環境變化、應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，如下雨時，可實現蓄水、吸水、凈水等功能，并可按需將存儲的水釋放加以利用。海綿城市是我國城市化進程發展的重要任務，也是促進城市生態系統不斷完善，強化社會功能的重要技術措施，在市政給排水領域研究中具備重要地位。

2 BIM數字化設計平臺建設的相關案例

2.1 玉溪海綿城市整體改造工程

玉溪海綿城市整體改造工程包括建筑、城市道路、廣場公園海綿化改造和排水管網分流改造等。總施工11.02km2。以BIM技術為核心，結合玉溪海綿城市建設構建立體三維模型和智慧工地平臺，結合地形建模分析，虛擬AR樣板，綜合應用三維場布、苗木三維還原等先進技術。

①模型的分析和建立。通過整合點→線→面各個監測數據，對數據進行二次還原，將數據導入相關設備，建立模型。

②模型優化、圖紙的繪制。

③三維模型的運用。選擇試點區，運用BIM技術和三維立體技術，對試點區進行模擬和優化。與原來的模式相比，出圖快，觀測直觀。

④AR技術。工程的改造中主要包括路面植被、雨水排放設施，通過AR技術建立模型，居民可以看到改造后的效果圖。

⑤智慧工地。該項目將現場施工工作內容、管理內容和智慧平臺相結合，對現場實行全方位的管理和監測。

2.2 老港再生能源利用中心

應用BIM技術使項目節約了9個月的工期，并通過對模型的深化設計，節約數百萬成本，實現了節能減排、綠色環保。

①三維建模。在項目前期，BIM小組采用MagiCAD進行BIM三維設計。建模初期，依據專業分為暖通、電氣、給排水、熱機等小組，先進行專業間的初步綜合，排定各專業的標高范圍，然后利用Magi-CAD分別進行建模，最后用MagiCAD協同工作的方式將模型整合并進行檢查。

②碰撞檢測。在MagiCAD軟件中，可通過本圖內部碰撞、外部參照碰撞和與AutoCAD實體碰撞的選項，一鍵獲得檢測報告；根據碰撞檢測結果對原設計進行綜合管線調整，并進行人工審核，得到修改意見，提升了BIM小組的模型質量。

③解決主要問題。得到碰撞檢測結果后，便可得出碰撞檢測報告。BIM小組針對碰撞檢測報告進行小組討論、人工審核，得到匯總結果。由于模型中大小管道交叉，MagiCAD的碰撞檢測提供了水系統管徑過濾的功能，可借助該功能，對碰撞位置按重要性進行分級，第一時間抓住主要矛盾，解決主要問題。

BIM在海綿城市建設中的創新有三點。

①海量模型輕量化整合。可解決市政工程中施工現場管理不規范的問題，實現遠程監控與管理，加快了BIM模型輕量化管理，促進瀏覽速度的加快處理。

②“BIM+GIS+項目管控”深度融合。平臺基于BIM技術，將GIS的場景管理模式應用其中，BIM模型與項目管控之間實現數據相互聯通，為提升項目過程控制與管理，實現精細化管理奠定了堅實基礎。

③全生命周期的多專業協同管控。為優化項目設計思路，實現了施工、設計各個過程的協同化辦公作業；開展審批意見的集中化、定制化分析，提高溝通效率，加強管理精度和深度[2]。

3 國內海綿城市建設存在的問題

目前，很多研究學者集中探討海綿城市建設施工中所使用的透水材料及新技術，而對海綿城市多學科的交叉性、互融性缺乏認知，還需對不同地域環境下，長期承擔地下水補給、功能性蓄水及自然滲水等功能植被的品種及適應性進行研究。

忽視了海綿城市建設的關鍵是構建LID。海綿城市不僅僅是市政工程中開挖、園林再造的機械性與單一性的人類主體活動，而是要充分結合雨水綜合性的治理模式，實現功能更加完備的生態型城市，為滿足社會經濟的可持續發展，完善生態環境打下堅實的理論與技術基礎。

海綿城市建設的復雜性需要構建一個有機、秩序、完善的平臺進行運作和控制，但目前看，國內外并沒有針對海綿城市建設而設計的獨立銜接溝通管理平臺，無法實現對海綿城市建設中風險的提前管控和預測，也無法跨學科、跨領域開展協同研究，對地表徑流模擬、雨洪管理科學目標及功能的實現產生了阻礙。因此，基于BIM技術，實現海綿城市建設與管理一體化平臺是關鍵，也是海綿城市建設與發展的核心[3]。

4 BIM技術在海綿城市建設中的實踐應用

4.1 項目概況

某城市新區海綿城市作為本地區最大的示范類項目，建設類型以EPC為主，合同總價65億元，建設周期32個月，建設的主要內容包含城市市政基礎設施、市政配套設施、觀景公園、山體綠道、附屬海綿設施等。

4.2 數字化設計平臺

本項目海綿城市建設工程類型多，項目復雜，涉及市政地下管線的改造、綠地綠化建設、綜合管廊設計與建設、地下調蓄設施的建設等，在項目設計過程中，存在協同作業困難、交流溝通復雜等特征，因此需要借助于BIM技術，構建多專業、多層次的協同數字化設計平臺，將所有數據信息按照規范要求，錄入數字化設計平臺，以實現多專業的信息共享，提升設計內容和設計流程的協同化。

4.3 數字化施工平臺

借助BIM技術、物聯網及大數據技術，構建本項目城市數字化施工建設平臺，不僅可實現施工數據的采集，還能對采集的數據進行處理、表達、分析，并為施工技術方案的實施提供支撐。基于BIM設計平臺，不僅能進行本項目的施工模擬，同時還能對設計擬定多類型的施工方案，并開展動態化數字式模擬，對多種使用和設計方案進行對比，評價可實現性，保證施工方案的優化能夠為該項目的建設打下堅實基礎。此外，本平臺需要充分結合BIM技術，對項目施工流程中的施工技術內容進行優化，可實現4D、5D數字化模擬，基于數字化模型，優化施工過程，制定可行的施工規范，確保施工現場資源和施工場地能夠滿足施工需求，從而達到施工資源合理配置，避免施工現場施工器械、場地等使用沖突，該平臺在實踐中的應用，能夠有效改善和促進工程施工技術應用的標準化、規范化，提高本項目海綿城市建設管理的信息化水平，為海綿城市項目施工現場提供先進的技術支持。

4.4 智慧運維管控平臺

以本項目為例，按照海綿城市建設及運營管理的基本需求，結合物聯網、BIM、大數據及地理信息系統優化等技術，打造海綿城市智慧運營與管理平臺，全面、細致地記錄和分析該運營管理平臺所呈現的所有數據，支持對海綿城市建設過程中各項管理過程和管理目標的管控，為本項目海綿城市的建設和實踐提供可靠技術和數據支持。本項目運營及管理平臺可實現在線監測、預警預報及考核管理等流程及功能，不僅能夠選取優質的數據處理信息，同時能夠及時完善地實現對信息的收集、處理和決策，具備一體化、智能化、網絡化和可視化等功能特征，最終構建基于BIM技術的海綿城市建設運營規劃與考核機制[4]。

4.4.1 在線監測子系統

基于BIM技術、互聯網和大數據技術，可實現在線監測控制平臺的有效管控，對城市各個區域的雨量、雨情開展同步監視，包含對設備、儀表、雨量及水質等的監測，可實現全方位分類管理，優化智能監測管理流程，提升人工采集復核指標，優化各項管理規定和管理方案等。

4.4.2 考核管理子系統

考核評估子系統主要基于在線數字化監測技術、優化填報數據準確評估、對系統采集數據進行全面考評，支持海綿城市全方位、全流程地管控，可實現精細化、目標化分析。例如，構建海綿城市建設各個參數，如水質檢測、水生態和環境多方面的考核等。

4.4.3 預警預報子系統

預警預報子系統包含內澇預警、水質檢測預警、水位預警等，還包含各個設備的故障預警，例如，泵站故障預警，可結合預警信息和數據反饋，實現多點、多端監測，自動處理預警信息，實現事故處理的自動執行。

4.4.4 應急處置子系統

應急處理子系統主要針對應急處置方案、調度記錄信息及系統調度的操作信息等處置與管護，可調取詳細的排水系統調度管理信息，便于實現跟蹤操作，提高對災情等的精確預判能力，避免和盡量減少人員傷亡現象。

5 結語

綜上所述，基于BIM技術的海綿城市建設不僅需要互聯網技術的支撐，同時也需要多學科的交叉融合，將給排水技術與城市規劃、園林景觀、地質勘察等各個學科進行相互協同，才能體現出BIM技術應用的優勢。總之，可視化管理、動態模型的搭建及對數據信息的一體化構建是海綿城市建設質量提升所不可或缺的要素。