淺談BIM技術在城市地下空間開發(fā)的應用

王 蕊，冉麗利

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

隨著城市建設進程的加快，城市空間容量不足的問題日益加劇，在此背景下，對城市地下空間的開發(fā)和利用尤為重要。通過BIM技術的引入，能提升城市地下空間的建設效率和質量，實現(xiàn)工程的智能精細管理，為城市地下空間科學持續(xù)開發(fā)提供技術保障。

1 BIM發(fā)展歷程及現(xiàn)狀［1］

BIM是建筑信息模型，即：Building Information Modeling的英文簡稱，20世紀70年代由美國率先提出。進入21世紀后，隨著計算機軟硬件水平的提升，發(fā)達國家BIM技術迅速發(fā)展。2002年我國正式引入BIM，其發(fā)展初期主要用于建筑行業(yè)。我國BIM發(fā)展至今歷經(jīng)以下幾個階段：

BIM1.0：設計院為主要用戶，以可視化及精細化設計為主，目的為提高設計效率與質量。

BIM2.0：BIM應用從設計向施工階段延伸，探索基于BIM模型的應用，聚焦項目，以解決實際工程問題為目標。

BIM3.0：以施工階段應用為核心，從技術研究發(fā)展到對施工管理的應用，從施工技術管理應用到施工全面管理拓展，從項目現(xiàn)場管理向企業(yè)經(jīng)營管理延伸，從施工階段應用向建筑全生命周期敷設。

BIM4.0：研究的對象從某一個建筑轉變?yōu)閳@區(qū)、城市、國家。通過BIM技術實現(xiàn)信息模型與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云技術以及 GIS、AR、VR、3D打印等新技術的融合，打造智慧建筑、智慧城市。

2011年住建部發(fā)布《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，在此綱要指導下，深圳、上海、北京、廣州等城市陸續(xù)出臺關于BIM應用、實施指南等政策，BIM技術也由傳統(tǒng)的建筑行業(yè)逐漸延伸到市政基礎設施及城市地下空間等領域。BIM技術具有的可視化、協(xié)調性、協(xié)同性、一體化、高仿真模擬、智能化等特點，有助于實現(xiàn)城市地下空間全生命周期的精細化與智能化管理。以下通過設計、施工、運維三個方面，淺談BIM技術在城市地下空間開發(fā)的應用。

2 BIM技術在設計中的應用［2］

BIM技術在城市地下空間開發(fā)設計階段主要應用如下。

（1）BIM協(xié)同設計。城市地下空間的開發(fā)包含建筑、結構、地質、環(huán)境科學等多個學科，采用BIM協(xié)同設計技術，使各專業(yè)設計人員基于同一平臺開展工作（見圖1），實現(xiàn)多專業(yè)人員的協(xié)同、設計信息的協(xié)同、設計工具的協(xié)同，提高各專業(yè)之間資料互提的效率，保證整個工程建設過程中項目信息可追溯，設計數(shù)據(jù)完整、統(tǒng)一。

圖1 基于BIM技術的協(xié)同設計模式

（2）可視化設計。可視化功能是BIM技術最為突出的特點。城市地下空間施工環(huán)境復雜，管線布置縱橫交錯，傳統(tǒng)設計基于二維平臺，常出現(xiàn)結構、設備碰撞干涉，圖紙修改錯漏問題。通過BIM技術全三維的視角，設計者能夠清晰查看各專業(yè)結構模型間相互關系，避免出現(xiàn)“錯漏碰缺”問題；此外三維模型與二維圖紙關聯(lián)，通過修改模型，二維圖紙自動更新，提高了設計人員出圖效率和質量。

（3）性能分析。依托高性能計算機，通過BIM技術基于三維模型開展項目空間規(guī)劃分析、人流分析、光照分析、環(huán)境分析等，將分析結果進行歸納總結，為設計提供優(yōu)化依據(jù)，提升項目的品質。

3 BIM技術在施工管理中的應用［3-4］

城市地下空間建設條件復雜、生態(tài)環(huán)境脆弱，一旦發(fā)生工程事故，往往會造成極大的社會影響，因此城市地下工程施工過程需要更細致和科學的管理。BIM技術在施工進度管理、成本管理及質量管理的應用如下。

（1）施工進度管理。基于BIM技術的4D進度模擬是把施工進度、施工信息與模型關聯(lián)，通過不同顏色對施工情況進行標識，直觀反映施工進度情況，解決橫道圖等傳統(tǒng)施工進度管理方法不夠直觀、非專業(yè)人員理解困難的問題。同時，還可將計劃進度與實際進度進行對比和分析，為施工精細化管理提供直觀的數(shù)據(jù)支持。

（2）施工成本管理。基于BIM模型的成本管理，比二維更準確和快速。精確的工程量是計算和編制成本的基礎，BIM模型包含了工程量、進度、資源等信息，通過BIM模型與進度計劃和成本計劃關聯(lián)形成5D模型，在施工前對資金計劃進行動態(tài)模擬，驗證進度計劃與成本計劃的合理性，并能實時優(yōu)化修改，不斷完善。基于模型和計劃將成本分解到每一個人員及施工環(huán)節(jié)中，明確責任，推動成本管理效率的提升。

（3）施工質量管理。應用BIM技術3D可視化功能和數(shù)據(jù)集成技術，基于模型以動態(tài)圖形顯示設備檢測信息，讓參建各方基于同一平臺對工程質量監(jiān)控分析（見圖2），可以有效提高參與各方之間的溝通效率，還能對重要結構及關鍵節(jié)點進行施工模擬，對可能出現(xiàn)的問題分析和研究，提前做好應對措施，避免出現(xiàn)重復施工，浪費人力物力，保證工程質量。

圖2 基于BIM技術的質量管理流程

4 BIM技術在運維管理中的應用［5-6］

基于BIM技術可以構建集成地下空間數(shù)據(jù)、設備管理、應急管理等多種功能于一體的管理系統(tǒng)，有效提高城市地下空間的運維管理水平。

（1）數(shù)據(jù)集成。通過BIM技術把城市地下空間的建筑結構完全數(shù)字化，以模型為載體實現(xiàn)對工程全生命周期信息數(shù)據(jù)的提取、集成、跟蹤和擴充，可解決工程建設過程中信息多源、版本不一、數(shù)據(jù)追溯困難的問題，為工程竣工交付數(shù)字模型和運營維護管理的信息化、電子化和數(shù)字化奠定數(shù)據(jù)基礎。

（2）應急響應。運用物聯(lián)網(wǎng)技術將監(jiān)測、設備運行數(shù)據(jù)通過傳感器與BIM模型關聯(lián)，基于模型就能對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控、定位，當設備和構建出現(xiàn)異常，BIM模型會發(fā)出預警提示，同時輔助管理人員規(guī)劃最佳疏散通道，完成室內導航，提高應急響應速度，為應急管理提供技術支持。

（3）設備資產(chǎn)管理。通過模型采用BIM可視化功能對設備進行巡檢維護，為運維管理人員提供極大的方便。基于BIM技術的導航、漫游、透視功能，讓所有設備包括各種埋件都一一展現(xiàn)出來。當設備出現(xiàn)故障問題，管理人員不再依賴二維圖去查找，基于BIM模型的搜索、過濾功能讓管理員輕松定位，直接能從設備模型中提取產(chǎn)品型號、維修保養(yǎng)記錄等信息，提高設備資產(chǎn)管理效率及準確性，降低運維成本。

（4）人員培訓。傳統(tǒng)的施工及運維管理人員培訓多以文字、圖片等手段為主，耗時較多，且培訓的效果受培訓講授者的表達能力和經(jīng)驗影響較大。運用BIM的三維可視化、漫游及模擬技術，受訓者基于數(shù)字模型熟悉建筑結構、設備布置，可更快速地了解自己的工作內容。同時，BIM模型還可應用于崗位評估考核，通過對施工工藝的模擬，考核施工人員對施工流程的熟悉程度，提高業(yè)務能力。

5 結論與展望

BIM技術為新時代工程智能建造和管理提供了新的思路和途徑，但在城市地下空間的開發(fā)應用還不夠深入。利用BIM技術能充分實現(xiàn)城市地下空間工程全生命周期的信息數(shù)據(jù)的高效管理，實現(xiàn)設計優(yōu)化、精細施工、智能運維，提高決策的科學性、建設資源的綜合利用效率，實現(xiàn)更大的綜合效益，為城市地下空間工程建設科學全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展提供技術保障。