浅谈BIM技术在城市地下空间开发的应用

王 蕊，冉丽利

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

随着城市建设进程的加快，城市空间容量不足的问题日益加剧，在此背景下，对城市地下空间的开发和利用尤为重要。通过BIM技术的引入，能提升城市地下空间的建设效率和质量，实现工程的智能精细管理，为城市地下空间科学持续开发提供技术保障。

1 BIM发展历程及现状［1］

BIM是建筑信息模型，即：Building Information Modeling的英文简称，20世纪70年代由美国率先提出。进入21世纪后，随着计算机软硬件水平的提升，发达国家BIM技术迅速发展。2002年我国正式引入BIM，其发展初期主要用于建筑行业。我国BIM发展至今历经以下几个阶段：

BIM1.0：设计院为主要用户，以可视化及精细化设计为主，目的为提高设计效率与质量。

BIM2.0：BIM应用从设计向施工阶段延伸，探索基于BIM模型的应用，聚焦项目，以解决实际工程问题为目标。

BIM3.0：以施工阶段应用为核心，从技术研究发展到对施工管理的应用，从施工技术管理应用到施工全面管理拓展，从项目现场管理向企业经营管理延伸，从施工阶段应用向建筑全生命周期敷设。

BIM4.0：研究的对象从某一个建筑转变为园区、城市、国家。通过BIM技术实现信息模型与物联网、大数据、云技术以及 GIS、AR、VR、3D打印等新技术的融合，打造智慧建筑、智慧城市。

2011年住建部发布《2011～2015年建筑业信息化发展纲要》，在此纲要指导下，深圳、上海、北京、广州等城市陆续出台关于BIM应用、实施指南等政策，BIM技术也由传统的建筑行业逐渐延伸到市政基础设施及城市地下空间等领域。BIM技术具有的可视化、协调性、协同性、一体化、高仿真模拟、智能化等特点，有助于实现城市地下空间全生命周期的精细化与智能化管理。以下通过设计、施工、运维三个方面，浅谈BIM技术在城市地下空间开发的应用。

2 BIM技术在设计中的应用［2］

BIM技术在城市地下空间开发设计阶段主要应用如下。

（1）BIM协同设计。城市地下空间的开发包含建筑、结构、地质、环境科学等多个学科，采用BIM协同设计技术，使各专业设计人员基于同一平台开展工作（见图1），实现多专业人员的协同、设计信息的协同、设计工具的协同，提高各专业之间资料互提的效率，保证整个工程建设过程中项目信息可追溯，设计数据完整、统一。

图1 基于BIM技术的协同设计模式

（2）可视化设计。可视化功能是BIM技术最为突出的特点。城市地下空间施工环境复杂，管线布置纵横交错，传统设计基于二维平台，常出现结构、设备碰撞干涉，图纸修改错漏问题。通过BIM技术全三维的视角，设计者能够清晰查看各专业结构模型间相互关系，避免出现“错漏碰缺”问题；此外三维模型与二维图纸关联，通过修改模型，二维图纸自动更新，提高了设计人员出图效率和质量。

（3）性能分析。依托高性能计算机，通过BIM技术基于三维模型开展项目空间规划分析、人流分析、光照分析、环境分析等，将分析结果进行归纳总结，为设计提供优化依据，提升项目的品质。

3 BIM技术在施工管理中的应用［3-4］

城市地下空间建设条件复杂、生态环境脆弱，一旦发生工程事故，往往会造成极大的社会影响，因此城市地下工程施工过程需要更细致和科学的管理。BIM技术在施工进度管理、成本管理及质量管理的应用如下。

（1）施工进度管理。基于BIM技术的4D进度模拟是把施工进度、施工信息与模型关联，通过不同颜色对施工情况进行标识，直观反映施工进度情况，解决横道图等传统施工进度管理方法不够直观、非专业人员理解困难的问题。同时，还可将计划进度与实际进度进行对比和分析，为施工精细化管理提供直观的数据支持。

（2）施工成本管理。基于BIM模型的成本管理，比二维更准确和快速。精确的工程量是计算和编制成本的基础，BIM模型包含了工程量、进度、资源等信息，通过BIM模型与进度计划和成本计划关联形成5D模型，在施工前对资金计划进行动态模拟，验证进度计划与成本计划的合理性，并能实时优化修改，不断完善。基于模型和计划将成本分解到每一个人员及施工环节中，明确责任，推动成本管理效率的提升。

（3）施工质量管理。应用BIM技术3D可视化功能和数据集成技术，基于模型以动态图形显示设备检测信息，让参建各方基于同一平台对工程质量监控分析（见图2），可以有效提高参与各方之间的沟通效率，还能对重要结构及关键节点进行施工模拟，对可能出现的问题分析和研究，提前做好应对措施，避免出现重复施工，浪费人力物力，保证工程质量。

图2 基于BIM技术的质量管理流程

4 BIM技术在运维管理中的应用［5-6］

基于BIM技术可以构建集成地下空间数据、设备管理、应急管理等多种功能于一体的管理系统，有效提高城市地下空间的运维管理水平。

（1）数据集成。通过BIM技术把城市地下空间的建筑结构完全数字化，以模型为载体实现对工程全生命周期信息数据的提取、集成、跟踪和扩充，可解决工程建设过程中信息多源、版本不一、数据追溯困难的问题，为工程竣工交付数字模型和运营维护管理的信息化、电子化和数字化奠定数据基础。

（2）应急响应。运用物联网技术将监测、设备运行数据通过传感器与BIM模型关联，基于模型就能对现场设备进行监控、定位，当设备和构建出现异常，BIM模型会发出预警提示，同时辅助管理人员规划最佳疏散通道，完成室内导航，提高应急响应速度，为应急管理提供技术支持。

（3）设备资产管理。通过模型采用BIM可视化功能对设备进行巡检维护，为运维管理人员提供极大的方便。基于BIM技术的导航、漫游、透视功能，让所有设备包括各种埋件都一一展现出来。当设备出现故障问题，管理人员不再依赖二维图去查找，基于BIM模型的搜索、过滤功能让管理员轻松定位，直接能从设备模型中提取产品型号、维修保养记录等信息，提高设备资产管理效率及准确性，降低运维成本。

（4）人员培训。传统的施工及运维管理人员培训多以文字、图片等手段为主，耗时较多，且培训的效果受培训讲授者的表达能力和经验影响较大。运用BIM的三维可视化、漫游及模拟技术，受训者基于数字模型熟悉建筑结构、设备布置，可更快速地了解自己的工作内容。同时，BIM模型还可应用于岗位评估考核，通过对施工工艺的模拟，考核施工人员对施工流程的熟悉程度，提高业务能力。

5 结论与展望

BIM技术为新时代工程智能建造和管理提供了新的思路和途径，但在城市地下空间的开发应用还不够深入。利用BIM技术能充分实现城市地下空间工程全生命周期的信息数据的高效管理，实现设计优化、精细施工、智能运维，提高决策的科学性、建设资源的综合利用效率，实现更大的综合效益，为城市地下空间工程建设科学全面协调可持续发展提供技术保障。