BIM技術在海綿城市建設中的應用研究

周密

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引言

如果下雨，海綿城市的水體可以儲水，同時吸水，可以充分回收和釋放海綿城市周圍儲存的大量飲用水，并根據城市需要進行凈化綜合利用。如何建設中國海綿城市生態智慧城市，不僅是推動中國海綿城市，項目建設和發展進程快速健康發展的重要任務，也是推動中國海綿城市經濟、自然、生態等環境體系不斷完善的重要研究課題，加強我國城市經濟和社會公共經濟管理職能的重要城市經濟科技支撐基本措施，在當前推動城市建設的經濟技術基礎研究中，中國城市公共給排水系統占據了重要的經濟技術支撐地位。

1 BIM技術與海綿城市概念

1.1 IM技術的概念

BIM信息技術簡稱建筑信息建模或建筑信息管理。該信息技術的主要目的是充分利用三維建筑實體模型加設計時間和施工成本的五天建筑信息管理技術，在項目的整個長壽命設計周期內，計算工程量成本、成本效益管理，設施設備的維護和正常運行等。如果BIM信息技術得到很好的應用，可以在很大程度上有效解決建筑工程施工期廢棄物管理問題。此外，BIM信息技術不僅可以有效地提前計算和找出最有可能延誤的設計周期，從而有效地提前制定管理對策，提高我國建設項目的管理效率[1]。

1.2 BIM技術的主要特點

BIM兩種技術的主要應用功能和特點大致分為以下三個主要方面：一是可視化。建筑設計的可視化工程設計管理是BIM的主要基本技術設計特征。本項目前期建筑設計中使用的建筑設計原材料多，施工環節多，給大型工程項目的前期建筑設計和施工管理帶來一定的管理技術難度。如何有效地提前為項目的建筑設計師進行項目設計模擬和項目實驗項目演練，使項目的設計和施工人員能夠直觀地看到大型項目的具體工作實際，以及工程設計和項目施工中的成本管理；如何有效地優化工程項目的建筑設計，提高工程造價管理的效率，具有重要的技術指導意義。第二，協同作用。建筑工程設計項目的技術設計和施工涉及許多無縫技術設計接口。要使設計過程順利完成，需要多個工程項目在施工中共同努力，相互配合。BIM的無縫技術接口協同和性能提升是其重要優勢之一，通過3D建筑工程設計仿真和4D數據仿真的碰撞融合設計技術，數據可以提前準確地預覽建筑工程設計和工程項目施工的整個設計過程，大大提高了多個工程項目之間的工程無縫技術銜接和施工設計效率。

1.3 海綿城市建設概況

隨著城市規模的不斷擴大，透水面積逐漸減小，給城市排澇帶來困難。同時，大量雨水資源流失，加劇了水資源短缺。近年來，隨著中華人民共和國住房、規劃和城鄉建設部發布了《中國海綿區城鎮體系建設工程技術應用指南——低濕度影響下的城鎮發展圖和雨水系統圖建設》（今年試行），海綿城市的建設逐漸引起社會各界的關注。“海綿城市”就是把整個城市建成一個具有良好“彈性”的圓形海綿。城市在下雨時吸收雨水，利用綠地儲存和凈化雨水，并可在需要儲存雨水時使用。它遵循“滲透、停滯、儲存、凈化、使用和排水”的政策，以確保城市的可持續發展。隨著城市內澇的頻繁發生，不斷完善海綿城市的排水渠道和管網，加快新海綿城市的排水建設迫在眉睫。“海綿洞”之間的排水通道可能是我國新海綿城市排水建設的核心，也可能是海綿城市排水建設過程中的各種地下調節儲槽和地下排水綜合管廊。

2 國內海綿城市建設存在的問題

2.1 積極性不足

對于項目業主而言，引入新的BIM設計技術不僅會大大增加額外的管理成本，而且積極采用新的BIM設計技術的管理效果可能需要業主等到項目進入運營準備階段。因此，業主尋求采用新BIM管理技術的主動性明顯不足。目前，大多數主動采用新的大管理技術的大型工程項目，也受到政府公共政策措施引導和政府公共政策鼓勵的因素的影響，并主動尋求政府采用新的BIM管理技術，有效降低工程項目的運營成本，提高項目建設管理的效率。對于項目建設方來說，新的大管理技術的引入不僅會大大增加額外的管理工作量，而且會使項目的具體成本、數量、進度管理計劃等相關信息更加透明，間接影響項目建設方的經營管理。

2.2 人才匱乏、技術不完善

雖然近年來，BIM信息技術的應用已經得到了廣泛的普及和標準化，但全面規范BIM信息技術的普及還需要一段時間。尚缺乏精通BIM信息技術應用和Revit運動建模、NavisWorks、碰撞運動仿真等技術相關應用軟件應用的建筑工程技術從業者，尤其是大型施工作業企業的相關從業人員，對工程信息管理技術仍缺乏基本掌握。目前，“一級海綿新城市工程”建設涉及城市污水處理基礎設施、市政能源管網和水資源管理規定，需要跨領域深度信息融合的工程項目，而且技術發展還不成熟，不能完全滿足城市實際建設項目的技術需求。此外，在海綿新城市工程建設項目中引入新的BIM信息技術后，仍然缺乏統一的工程信息管控、處理和數據反饋的信息平臺。各子項目和信息管理系統的信息技術壁壘依然存在，BIM信息技術的引入不能充分發揮和凸顯其應有的主導作用[2]。

3 BIM技術在海綿城市建設中的應用

3.1 BIM技術可視性的應用

傳統的圖紙施工模式只要求施工人員在獲得具體的施工材料圖紙后，根據施工圖紙的部分進行整體施工。圖紙通過簡單的二維紙點、線、面方法掃描、勾勒出施工圖的各個部分，如果圖紙上沒有詳細的施工技術資料披露，則不能全面、準確地展示施工圖各部分的整體施工細節，可能有必要要求施工人員僅通過充分的技術想象力來充分理解施工圖紙的內容。然而，對于有經驗的工程施工人員來說，這可能不是很難，但對于非專業工程施工人員來說，這無疑是一個巨大的問題。充分利用組合技術和BIM建模方法，以1∶1的三維模型設計和創建大型海綿專業施工設計過程中各構件的整體模型，這樣，整個大型海綿構造模型的三維直接圖像可以顯示在每個海綿構造師面前。這樣，我們可以更直觀地向每個主要施工人員展示整個施工作業過程中主要構件的任何整體施工作業部分的整體施工細節和尺寸，在整個施工過程中給人們的體驗帶來更直觀的立體感和視覺感受和沖擊。

3.2 BIM技術模擬應用

BIM模型技術的仿真性能是三維BIM模型技術的巨大技術優勢。它幾乎可以提前實時預覽任何施工管理階段。通過三維BIM模型，可對各重要重點工程的施工管理過程進行三維仿真模擬和動畫實時模擬，準確排除所有關鍵施工安全問題后，再進行模擬施工，從而最大限度地降低施工安全隱患的風險，保證整個施工過程的順利進行，減少施工項目的返工管理問題，大大提高項目施工管理效率，節約項目施工管理時間。在建設海綿狀城市的前期建設過程中，保證整個建設過程的工期非常重要。以往各施工單位施工進度計劃的安排和發布，大多是由于對機器人組織參與的考慮不夠充分，可能同時發生在農民工、棚屋返工等方面。因此，如何利用三維BIM模型仿真技術，可以對整個建設項目施工期的整個施工進度進行實時控制，提前實時預覽整個項目施工管理過程，在各施工單位工人和機器人的安排上，最大限度地提高施工效率，減少不必要的項目施工管理成本。

3.3 BIM技術優化性的應用

BIM模型技術的綜合優化是，它不僅可以分析建筑工程的各個施工階段和施工管理過程，而且可以分析各種施工管理方法的設計是否合理和完善，還可以通過各種BIM模型的綜合建立，展示工程建設的關鍵零部件的施工尺寸，以及一些過去僅憑二維施工圖無法準確掌握的基本信息，經過全面的數據分析和調整，可以得到最優的施工方案。例如，在管道施工過程中，一些單位需要架設鋼板和木材臨時橋，那么如何建造鋼板和木材臨時橋，使其更合理、受力更均勻、承載力更充分。我們可以利用早期的BIM軟件技術，分析和建立鋼板和木結構臨時橋不同受力結構設計的軟件模型，通過早期的軟件模型分析不同的受力情況，選擇最合理的不同結構設計形式，及時投入管道施工，確保管道施工安全；對于海綿管道大型城市工程地下水道支線管網的地下管線優化施工，最直接的優勢是在前期同時執行BIM地下管線軟件優化性能的設計方案。通過前期管道軟件設計模型的優化分析、設計和建立，利用軟件獨特的“碰撞檢測”自動計算和控制功能，將各大城市的專業地下管道同時布置在一起，可以檢測地下支線管網與整個城市建設項目管道交叉口的多次碰撞，并實時自動生成地下管道碰撞檢測結果報告。

3.4 BIM技術的測繪應用

BIM單體模型繪圖技術在單體圖紙文本發布和文件圖形中的優勢在于，圖紙可以在任何特定時間段，以及發布項目單體結構模型設計圖紙所確定的任何特定時間段發布。這種單體圖形文本發布和文檔圖形發布的最大便利是，這種圖形發布可以在任何時間打印和輸出任何不同部件、任何單個模型、不同方向的設計圖紙。經甲、乙雙方修改和審查的本項目單體結構模型的設計圖紙和文件，可供本項目內部施工人員隨時隨地展示任何模型剖面和剖面。對于復雜的單體結構框架設計圖紙模型，BIM單體模型圖紙技術的單體圖紙文本發布和文檔圖形可以使其實際應用更加顯著。

3.5 可視化與專業協作

海綿生態城市總體建設項目涉及多個學科和專業領域，包括雨水源濕地生態公園建設、污水處理管網設備、給排水末端管網處理設施、水資源生態、水資源保護等，水資源和環境處理設備改造等各類項目。項目結構復雜，涉及領域廣泛。海綿生態城市總體建設項目從源頭濕地雨水收集到給排水管網設施、工藝末端管網處理設備，再到項目末端管網設施，貫穿地下和地上。特別是與黑臭物質綜合治理和地下污水管網相結合，通過BIM等技術的廣泛應用。結合手機動畫圖像渲染、漫游等多種可視化技術功能，模擬物體碰撞現場檢查等，通過三維表達將不同類型專業的建筑施工設計圖紙組合成一個三維空間，最直觀、最有效地熟悉整個施工現場及其建筑和整體結構，明確管道與立柱管道、管道與立柱結構梁板與立柱墻的具體位置和關系。能夠直觀、準確地預測整個建設項目竣工后的施工狀態，并根據預期提前進行設計調整和改進。從而最大限度地有效減少工程返工，縮短工藝施工周期，真正做到節材、高效、節能[3]。

4 結束語

BIM相關技術的整合海綿生態城項目的建設不僅需要現代互聯網信息技術的有力支撐，還需要多個相關學科技術的交叉應用和整合。給水排水處理技術只有與海綿城市規劃、園林景觀、地質地貌調查等多個相關學科交叉協調，才能充分體現與BIM相關技術綜合應用的巨大優勢。總之，可視化數據管理、動態模型系統建設和數據處理信息實時集成系統建設，是不斷提高我國海綿生態城市項目建設服務質量不可缺少或缺失的三大要素。