BIM在城市地下空間開發(fā)中的應(yīng)用

　　地下空間工程是指在地面以下的巖體或土層中修建地下建(構(gòu))筑物的工程，包括交通運(yùn)輸工程、工業(yè)與民用工程、市政工程及地下綜合體，在解決土地緊張、交通擁堵、能源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題中發(fā)揮了重要作用，是我國城市建設(shè)和改造的重要部分。

　　縱觀漫長的歷史，人類從來沒忽視過地下空間的開發(fā)價值，盡管不同歷史階段的文明各有特點(diǎn)，但在爭取生存的過程中，人們都不同程度地利用著地下空間。從原始“穴居”到突尼斯瑪特瑪塔的“地下村莊”，從中國西北下沉式“窯洞”到現(xiàn)在的“地下都市”，地下空間利用的深度及廣度不斷得到深化和發(fā)展。

　　突尼斯：馬特馬塔“地下村”

　　隨著城市化進(jìn)程加快，我國地下空間工程建設(shè)發(fā)展迅速，改善了城市交通環(huán)境，節(jié)約了土地資源。但由于地下工程多屬隱蔽工程，項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計、施工等存在諸多問題。

• 　　缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的規(guī)劃
• 　　協(xié)同設(shè)計體系與技術(shù)規(guī)范不完善
• 　　施工信息管理手段落后
• 　　運(yùn)營維護(hù)難度大

　　如今，BIM技術(shù)已在我國地面建筑許多項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用;在城市地下空間開發(fā)中，BIM技術(shù)的案例多集中在城市地下交通。

我國地下空間開發(fā)多為地鐵衍生項(xiàng)目

　　要充分開發(fā)利用地下空間，需通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息建模，并應(yīng)用到地下空間工程的各個階段。

　　前期規(guī)劃階段

　　BIM應(yīng)用于地下空間規(guī)劃，旨在建立一個信息模型。該模型能反映擬建工程的地下空間環(huán)境，包括地下空間資源數(shù)量、周邊已有地下建筑物以及地下管網(wǎng)系統(tǒng)布局。在此基礎(chǔ)上，分析擬建工程與已有工程的相互關(guān)系，利用BIM系列軟件強(qiáng)大的建模、渲染和動畫技術(shù)進(jìn)行多方案3D模型的預(yù)演，合理選擇擬建地下工程的空間布局、結(jié)構(gòu)形式，并構(gòu)建資源系統(tǒng)、市政系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)的城市地下空間規(guī)劃指標(biāo)體系，從而使地下空間總體規(guī)劃定性控制定量化，定量控制具體化，定位控制準(zhǔn)確，增強(qiáng)總體規(guī)劃的科學(xué)性、合理性和可行性。

中國最長地下走廊——武漢光谷中心城

　　設(shè)計階段

　　地下空間工程設(shè)計主要包括總平面設(shè)計、建筑細(xì)部設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計等。設(shè)計決定地下空間工程建成后的工程實(shí)體能否發(fā)揮其設(shè)計功能。利用BIM技術(shù)，進(jìn)行合理設(shè)計，預(yù)留維修空間，合理布置地下管線，便于后期的順利施工和運(yùn)營維護(hù)。

　　三維建模是BIM技術(shù)與地下空間工程設(shè)計有效結(jié)合的前提。整合參數(shù)化設(shè)計等BIM技術(shù)優(yōu)勢，制定全面并具有可實(shí)施性的應(yīng)用流程，構(gòu)建全生命周期的BIM設(shè)計平臺，在BIM三維環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計、分析與優(yōu)化。

基于BIM的設(shè)計流程

　　各專業(yè)、各流程軟件數(shù)據(jù)交互，保證設(shè)計數(shù)據(jù)能夠通過模型正確共享。每個設(shè)計對象都有各自的設(shè)計變量，不同設(shè)計變量之間的關(guān)系構(gòu)成約束?；谶@些約束，應(yīng)用沖突檢測工具檢測模型中存在的沖突，快速地發(fā)現(xiàn)BIM模型中個專業(yè)內(nèi)部及各專業(yè)之間存在的空間碰撞，并形成碰撞報告。對模型進(jìn)行同步修改，減少設(shè)計人員的重復(fù)勞動和錯誤率。

BIM能實(shí)現(xiàn)地下空間結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等多學(xué)科交叉

　　另外，運(yùn)用Cloud-BIM技術(shù)，將BIM所需的軟件、存儲能力、運(yùn)算能力分布于云端，在云端實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建、展示、碰撞檢測等功能?；诘叵驴臻g工程協(xié)同設(shè)計的需要，構(gòu)建協(xié)同設(shè)計平臺架構(gòu)，使用云端上的數(shù)據(jù)及軟件進(jìn)行協(xié)同設(shè)計與分析。充分利用BIM模型信息，避免重復(fù)建模，實(shí)現(xiàn)高效設(shè)計。

　　施工階段

　　在地下空間工程施工中，施工信息化在工程進(jìn)度、物料追蹤、可視化管理等方面的優(yōu)勢凸顯。

　　按照IFC標(biāo)準(zhǔn)定義地下建筑構(gòu)件、組織地下空間結(jié)構(gòu)，提供3D建模。創(chuàng)建、編輯材料、進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全等施工屬性，并與3D模型相關(guān)聯(lián)。將包含工程屬性的施工BIM模型導(dǎo)出為IFC文件，供BIM施工管理系統(tǒng)使用。

　　施工進(jìn)度動態(tài)模擬

　　BIM技術(shù)的4D(3D+Time)模擬建造過程能實(shí)現(xiàn)對施工進(jìn)度的查詢和調(diào)整、監(jiān)控。將施工過程中的材料、勞動力和成本等信息輸入BIM施工模型中，進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，對比實(shí)際進(jìn)度和計劃進(jìn)度，分析進(jìn)度偏差，結(jié)合現(xiàn)場情況對施工計劃進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。

　　物料追蹤管理

　　通過BIM技術(shù)的4D關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，及時獲得施工過程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為制定采購計劃、限額領(lǐng)料等提供快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。借鑒物流行業(yè)的成熟經(jīng)驗(yàn)，利用RFID技術(shù)的物流管理信息系統(tǒng)，結(jié)合BIM模型多維數(shù)據(jù)庫中建筑物、構(gòu)件和設(shè)備的所有信息，實(shí)現(xiàn)對物料跟蹤管理。

　　可視化管理

　　將施工各階段、各專業(yè)的信息集成到Autodesk Navisworks Manage施工可視化分析平臺，利用BIM可視化技術(shù)進(jìn)行工程施工進(jìn)度動態(tài)展示;生成施工過程中動態(tài)的資源需求量及消耗量報告，分析各階段的資源分配情況;結(jié)合結(jié)構(gòu)分解編碼與BIM模型，得到成本動態(tài)模型，繪制成本動態(tài)"直方圖"，監(jiān)控支出情況;利用3D模型進(jìn)行施工場地動態(tài)布置，賦予各施工設(shè)施4D屬性信息?；谝陨霞夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)對施工過程的進(jìn)度、資源、成本和場地管理。

　　運(yùn)營維護(hù)階段

　　集成設(shè)備的基本信息、合同信息、成本信息和運(yùn)行維護(hù)管理信息，使用Architecture軟件建立BIM設(shè)備模型，通過Autodesk Revit軟件的開放數(shù)據(jù)庫互連，形成一個包含BIM模型中設(shè)備信息的初始運(yùn)維管理數(shù)據(jù)庫。結(jié)合BIM模型和設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)庫建立一個基于BIM的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理模型，實(shí)現(xiàn)對地下工程設(shè)備運(yùn)行維護(hù)階段的可視化管理。地下空間多是人員集中的場所，要合理安排突發(fā)狀況下的人員疏散，結(jié)合BIM模型的子系統(tǒng)對突發(fā)狀況的預(yù)警和人員的疏散提供信息。

　　系統(tǒng)分析

　　系統(tǒng)分析就是按照業(yè)主需求和設(shè)計規(guī)定，衡量地下工程性能，對機(jī)械操作、能耗分析、人流分析、照明分析、內(nèi)外部氣流模擬等工程項(xiàng)目性能進(jìn)行評估。將系統(tǒng)分析軟件結(jié)合到BIM模型中，采用同一模型和系統(tǒng)參數(shù)，通過分析模擬對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的確定或修改，甚至制定系統(tǒng)改造計劃，從而提高地下工程項(xiàng)目的性能。。

　　災(zāi)害應(yīng)急模擬

　　結(jié)合災(zāi)害分析模擬軟件和BIM技術(shù)，模擬災(zāi)害發(fā)生的過程，分析災(zāi)害發(fā)生的原因，幫助制定災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案。災(zāi)害發(fā)生時，利用BIM設(shè)備運(yùn)行維護(hù)模型，能清晰地展現(xiàn)出緊急狀況點(diǎn)的位置，設(shè)計最合理路線，及時疏散人群，幫助救援人員做出最準(zhǔn)確的應(yīng)急措施，提高應(yīng)急能力。

　　延伸閱讀：地下空間開發(fā)利用的國際化趨勢

　　美國波士頓：道路地下化

　　波士頓中央大道，經(jīng)歷了由高架道路到地下道路的地下化過程。這個工程被稱為美國有史以來工程量最大、工期最長、資金投入最多的市政工程，驗(yàn)證了城市道路及高架道路的地下化趨勢。

波士頓地下道路

　　加拿大蒙特利爾：地下城市

　　由于寒冷的氣候，蒙特利爾居民的地面出行多有不便。依靠1972年蒙特利爾世博會的成功舉行，開發(fā)了大規(guī)模的地下綜合體。如今，蒙特利爾已建成世界最長的地下步行系統(tǒng)。

　　日本東京：共同溝

　　共同溝，又名綜合管廊，最早形成于巴黎。經(jīng)過幾十年發(fā)展，在日本達(dá)到成熟階段。日本東京的共同溝的長度在世界各大城市中排名榜首，在規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理、營運(yùn)等方面自上而下和自下而上已形成了一整套完整的法律、法規(guī)、規(guī)定、辦法。

　　法國巴黎：廢棄礦穴利用

　　巴黎最早的地下空間開發(fā)為廢棄礦穴的再利用。利用幾個世紀(jì)之前挖掘的廢棄礦井布置城市下水道、防空防災(zāi)設(shè)施，并于1890年成功用于巴黎世博會中國館與印度館的設(shè)置，取得了轟動效應(yīng)。

　　通過BIM技術(shù)充分實(shí)現(xiàn)地下空間工程全生命周期各個階段的信息數(shù)字化，從而合理規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計流程、提高工程施工質(zhì)量、簡化運(yùn)營管理。目前，BIM技術(shù)在我國城市地下空間開發(fā)和利用的運(yùn)用尚處在起步階段，應(yīng)用的內(nèi)容比較少，層次不深，需要不斷地研究和應(yīng)用來推動深層次的應(yīng)用。