BIM技術(shù)在城市地下空間管理中的應(yīng)用研究

文｜奧格科技股份有限公司 蔡明豪

1.BIM技術(shù)的簡述

1.1 BIM技術(shù)的簡介

1.1.1 BIM技術(shù)的概念

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種應(yīng)用于工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理的數(shù)據(jù)化工具。美國 Chuck Eastman 博士最早提出BIM相關(guān)概念，他認(rèn)為構(gòu)建一個(gè)包括建設(shè)項(xiàng)目全生命周期中所有信息的模型，不但包含其物理特性、功能信息及構(gòu)件特性的全部信息，還有規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工管理、竣工驗(yàn)收以及運(yùn)維管理等過程信息[1]。然而國際上對BIM的定義還沒有得到一個(gè)統(tǒng)一完整的標(biāo)準(zhǔn)。美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)較為全面定義BIM的概念：BIM是一種以合作共享為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化信息模型，在建設(shè)項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)，BIM模型都可以支持各階段的協(xié)同工作，履行相應(yīng)的職責(zé)[2]。

1.1.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)應(yīng)用作為建筑工程行業(yè)的一種基于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和仿真模擬分析技術(shù)的數(shù)字化管理工具和手段。其中，BIM技術(shù)的特性包括：可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、參數(shù)化等，都能夠應(yīng)用于各類建筑專業(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目全生命周期各個(gè)階段。

1.2 BIM相關(guān)軟件

BIM應(yīng)用軟件按其功能分為：基礎(chǔ)建模軟件、分析軟件、翻模軟件和平臺軟件四大類。如表1所示。

表1 BIM相關(guān)軟件

2.城市地下空間建設(shè)的現(xiàn)狀與問題

2.1 城市地下空間建設(shè)現(xiàn)狀

隨著我國對地下空間開發(fā)需求的增大，開發(fā)規(guī)模、地下綜合體等地下空間工程的開發(fā)水平提升，初步形成了地下空間法律法規(guī)體系。未來地下空間的開發(fā)類型逐步多樣化，運(yùn)營模式不斷創(chuàng)新。然而我國大多城市地下空間建設(shè)的核心以地下交通樞紐和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為主，忽略對地下環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要性，整體開發(fā)不統(tǒng)一，缺乏計(jì)劃性[3]。

2.2 目前地下空間建設(shè)存在的問題

2.2.1 缺乏整體戰(zhàn)略規(guī)劃

城市地下空間的建設(shè)對規(guī)劃本身的研究不夠完善和深入，缺乏地面地下統(tǒng)一規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)化開發(fā)利用規(guī)劃。由于地下空間相關(guān)規(guī)劃的管理歸屬不明確，阻礙了地下空間持續(xù)性發(fā)展。最重要的是缺乏對地下資源、歷史文化資源可持續(xù)發(fā)展考慮，造成城市地面的大規(guī)模建設(shè)對未來地下空間開發(fā)利用的深遠(yuǎn)影響[4]。

2.2.2 地下空間復(fù)雜、運(yùn)營管理難度大

地下空間信息數(shù)據(jù)量大、形式多、分布廣，信息資源覆蓋范圍不全面；缺少統(tǒng)一的安全監(jiān)管協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)和機(jī)制。

2.2.3 缺乏智能化技術(shù)應(yīng)用

在城市地下空間建設(shè)和管理過程中，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能等創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用滯后，智能化技術(shù)在城市地下空間的應(yīng)用效益亟待發(fā)掘。

3.BIM技術(shù)的地下空間開發(fā)管理應(yīng)用探討

3.1 地下空間工程建設(shè)應(yīng)用

3.1.1 規(guī)劃階段

如今，地下空間工程建設(shè)在規(guī)劃階段普遍讓專家決策建議，缺乏科學(xué)性與客觀性。利用BIM技術(shù)等信息手段，提供地下空間制定規(guī)劃的科學(xué)依據(jù)，大大提高了規(guī)劃效率和科學(xué)水平[5]。地下空間的規(guī)劃與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，能夠反映擬建工程項(xiàng)目的地下空間環(huán)境，包括已有工程地下建筑物情況、地下綜合管網(wǎng)系統(tǒng)的布局和地下空間可開發(fā)資源等，利用BIM技術(shù)的強(qiáng)大建模、渲染、高仿真等進(jìn)行多方案模型預(yù)研，提前地規(guī)劃擬建工程項(xiàng)目空間布局、結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)建完善的城市地下空間規(guī)劃體系。

3.1.2 設(shè)計(jì)階段

在地下工程建設(shè)的設(shè)計(jì)階段，利用BIM技術(shù)合理設(shè)計(jì)規(guī)劃建設(shè)空間，包括空間設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，便于工程建設(shè)施工、運(yùn)營和維護(hù)。三維建模是BIM技術(shù)與地下空間工程設(shè)計(jì)有效結(jié)合的前提，集成BIM技術(shù)參數(shù)化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)全面可行的應(yīng)用流程（如圖1所示），各專業(yè)、各流程軟件的數(shù)據(jù)交互確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通過模型精確共享。

圖1 基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)流程

3.1.3 施工階段

在地下空間工程建設(shè)中，BIM技術(shù)在施工圖三維審查、施工模擬、可視化管理等方面優(yōu)勢突出。

(1)施工圖三維數(shù)字化智能審查

BIM審查數(shù)字化交付及數(shù)據(jù)資料管理、模型瀏覽、試圖管理、智能審查工具、模型數(shù)據(jù)安全管理、審查端審查意見批復(fù)及管理、報(bào)審端審查結(jié)果查詢等應(yīng)用功能。

(2)模擬施工

在工程建設(shè)整體施工環(huán)節(jié)采用BIM動(dòng)態(tài)模擬，把施工現(xiàn)場實(shí)際情況轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息并以此構(gòu)建三維模型，工程項(xiàng)目的施工技術(shù)便可通過三維模型進(jìn)行檢驗(yàn)，對校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研判，指導(dǎo)工程現(xiàn)場實(shí)施過程。

(3)可視化監(jiān)管

項(xiàng)目施工進(jìn)度通過BIM可視化技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，生成施工期間的動(dòng)態(tài)資源需求和消費(fèi)報(bào)告，分析各階段的資源配置。三維模型動(dòng)態(tài)安排施工現(xiàn)場，為各施工設(shè)施提供4D屬性信息。

3.1.4 竣工階段

在地下工程竣工階段，根據(jù)設(shè)計(jì)、施工階段的模型，工程驗(yàn)收人員直觀、可視化地掌握地下空間建筑、結(jié)構(gòu)、管線等工程設(shè)計(jì)情況。BIM技術(shù)竣工過程應(yīng)用包括竣工BIM模型登記和對比、現(xiàn)場驗(yàn)收模型瀏覽、驗(yàn)收資料模型關(guān)聯(lián)與檔案管理、驗(yàn)收報(bào)告管理等。

(1)竣工BIM模型登記和對比

工程竣工后，上傳竣工驗(yàn)收BIM模型，關(guān)聯(lián)相關(guān)信息，將施工模型與竣工模型對比，比較變更部位，生成對比結(jié)果，并且提供比對的過程中自動(dòng)提示發(fā)生變更信息，輔助檢查施工過程的變更。

(2)現(xiàn)場驗(yàn)收模型瀏覽

查看竣工模型，可進(jìn)行模型三維瀏覽，特定視點(diǎn)瀏覽；分層顯示，快速定位到驗(yàn)收樓層，查看當(dāng)前樓層模型，并查看關(guān)聯(lián)圖紙；同時(shí)單獨(dú)查看某一類構(gòu)件或單獨(dú)構(gòu)件，快速獲得構(gòu)件所有信息，現(xiàn)場查看重點(diǎn)區(qū)域與竣工驗(yàn)收模型進(jìn)行實(shí)際比對，即可查看模型之間的差異。

(3)驗(yàn)收資料模型關(guān)聯(lián)與驗(yàn)收報(bào)告、檔案管理

竣工驗(yàn)收模型與竣工圖紙、其他資料對應(yīng)關(guān)聯(lián)，依據(jù)模型關(guān)聯(lián)的圖紙和其他資料指導(dǎo)竣工驗(yàn)收查，并作為竣工驗(yàn)收依據(jù)。生成對應(yīng)驗(yàn)收報(bào)告，并與竣工模型相關(guān)聯(lián)，追溯項(xiàng)目信息及驗(yàn)收報(bào)告信息?？⒐を?yàn)收各部門的驗(yàn)收資料以電子檔案形式進(jìn)行上傳及歸檔，提供索引，以便于竣工驗(yàn)收各部門對電子檔案進(jìn)行管理。

3.2 地下空間運(yùn)維管理應(yīng)用

地下空間各類的運(yùn)維管理應(yīng)用可借助BIM運(yùn)維管理平臺來實(shí)現(xiàn)，地下空間運(yùn)維管理專業(yè)性功能設(shè)計(jì)以可視化數(shù)字模型為載體，通過記錄相關(guān)模型信息，幫助管理者分析和確定地下空間的運(yùn)行、維護(hù)、管理等內(nèi)容，以優(yōu)化地下空間的運(yùn)營成本、收益[6]。如圖2所示。

圖2 地下空間運(yùn)維管理功能應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.2.1 可視化空間管理

通過BIM分析，驗(yàn)證地下空間運(yùn)行空間設(shè)計(jì)，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果修改地下空間運(yùn)維參數(shù)或者進(jìn)行地下空間運(yùn)維空間改造，提高其空間性能。此外，維護(hù)人員還可以利用BIM三維模型，直觀、全面地掌握隱蔽、高密集等分布復(fù)雜、維護(hù)困難的工程設(shè)施信息，并可視化檢查其運(yùn)行狀態(tài)，并對維護(hù)過程進(jìn)行可視化仿真模擬。

3.2.2 地下空間運(yùn)行監(jiān)測

地下空間運(yùn)行狀況通過BIM可視化模型與傳感器相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對地下空間內(nèi)不同區(qū)域環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)，協(xié)助地下空間運(yùn)行管理，對環(huán)境異常情況進(jìn)行預(yù)警。設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測是運(yùn)用BIM、IoT、AI等技術(shù)，全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測城市地下空間內(nèi)各類設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 地下空間運(yùn)行監(jiān)測

3.2.3 地下應(yīng)急管理

在地下空間工程應(yīng)急情況管理過程中，通過綜合BIM技術(shù)和災(zāi)害模擬仿真，還原突發(fā)事件發(fā)生全過程，清晰地分析災(zāi)害事件發(fā)生原因及其危害性，制定更有針對性的災(zāi)害預(yù)防措施、災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案、能夠使人員分散方案等。

4.結(jié)論與展望

本文提出把BIM技術(shù)引入到城市地下空間建設(shè)管理中，研究BIM技術(shù)在地下工程全生命周期以及運(yùn)維管理中的應(yīng)用策略和管理方法。先是闡述了BIM技術(shù)的概念與優(yōu)勢，其次總結(jié)了傳統(tǒng)城市地下空間建設(shè)存在的主要問題，最后分析BIM技術(shù)在地下空間開發(fā)管理中的應(yīng)用可行性，包括在地下空間工程建設(shè)應(yīng)用和運(yùn)維管理。

隨著新型智慧城市的建設(shè)發(fā)展日益迅速，城市地下空間的開發(fā)利用和管理需求逐漸擴(kuò)大，與BIM等新一代信息技術(shù)的融合符合新型智慧城市發(fā)展趨勢，促使BIM技術(shù)的概念擴(kuò)大，引入如CIM等信息技術(shù)的概念，讓單體建筑走向多維度多層次的全域城市管理，城市空間建設(shè)開發(fā)將變得更加合理，帶動(dòng)智慧城市發(fā)展，滿足多方面的城市建設(shè)需求，相信BIM技術(shù)在城市地下空間等領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來越成熟，未來的發(fā)展形勢一片大好。