BIM技术在海绵城市建设中的应用研究

曹业强

（淄博市规划设计研究院有限公司）

1 引言

海绵城市要求建成的城市要像“海绵”一样，在适应环境变化、应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，如下雨时，可实现蓄水、吸水、净水等功能，并可按需将存储的水释放加以利用。海绵城市是我国城市化进程发展的重要任务，也是促进城市生态系统不断完善，强化社会功能的重要技术措施，在市政给排水领域研究中具备重要地位。

2 BIM数字化设计平台建设的相关案例

2.1 玉溪海绵城市整体改造工程

玉溪海绵城市整体改造工程包括建筑、城市道路、广场公园海绵化改造和排水管网分流改造等。总施工11.02km²。以BIM技术为核心，结合玉溪海绵城市建设构建立体三维模型和智慧工地平台，结合地形建模分析，虚拟AR样板，综合应用三维场布、苗木三维还原等先进技术。

①模型的分析和建立。通过整合点→线→面各个监测数据，对数据进行二次还原，将数据导入相关设备，建立模型。

②模型优化、图纸的绘制。

③三维模型的运用。选择试点区，运用BIM技术和三维立体技术，对试点区进行模拟和优化。与原来的模式相比，出图快，观测直观。

④AR技术。工程的改造中主要包括路面植被、雨水排放设施，通过AR技术建立模型，居民可以看到改造后的效果图。

⑤智慧工地。该项目将现场施工工作内容、管理内容和智慧平台相结合，对现场实行全方位的管理和监测。

2.2 老港再生能源利用中心

应用BIM技术使项目节约了9个月的工期，并通过对模型的深化设计，节约数百万成本，实现了节能减排、绿色环保。

①三维建模。在项目前期，BIM小组采用MagiCAD进行BIM三维设计。建模初期，依据专业分为暖通、电气、给排水、热机等小组，先进行专业间的初步综合，排定各专业的标高范围，然后利用Magi-CAD分别进行建模，最后用MagiCAD协同工作的方式将模型整合并进行检查。

②碰撞检测。在MagiCAD软件中，可通过本图内部碰撞、外部参照碰撞和与AutoCAD实体碰撞的选项，一键获得检测报告；根据碰撞检测结果对原设计进行综合管线调整，并进行人工审核，得到修改意见，提升了BIM小组的模型质量。

③解决主要问题。得到碰撞检测结果后，便可得出碰撞检测报告。BIM小组针对碰撞检测报告进行小组讨论、人工审核，得到汇总结果。由于模型中大小管道交叉，MagiCAD的碰撞检测提供了水系统管径过滤的功能，可借助该功能，对碰撞位置按重要性进行分级，第一时间抓住主要矛盾，解决主要问题。

BIM在海绵城市建设中的创新有三点。

①海量模型轻量化整合。可解决市政工程中施工现场管理不规范的问题，实现远程监控与管理，加快了BIM模型轻量化管理，促进浏览速度的加快处理。

②“BIM+GIS+项目管控”深度融合。平台基于BIM技术，将GIS的场景管理模式应用其中，BIM模型与项目管控之间实现数据相互联通，为提升项目过程控制与管理，实现精细化管理奠定了坚实基础。

③全生命周期的多专业协同管控。为优化项目设计思路，实现了施工、设计各个过程的协同化办公作业；开展审批意见的集中化、定制化分析，提高沟通效率，加强管理精度和深度[2]。

3 国内海绵城市建设存在的问题

目前，很多研究学者集中探讨海绵城市建设施工中所使用的透水材料及新技术，而对海绵城市多学科的交叉性、互融性缺乏认知，还需对不同地域环境下，长期承担地下水补给、功能性蓄水及自然渗水等功能植被的品种及适应性进行研究。

忽视了海绵城市建设的关键是构建LID。海绵城市不仅仅是市政工程中开挖、园林再造的机械性与单一性的人类主体活动，而是要充分结合雨水综合性的治理模式，实现功能更加完备的生态型城市，为满足社会经济的可持续发展，完善生态环境打下坚实的理论与技术基础。

海绵城市建设的复杂性需要构建一个有机、秩序、完善的平台进行运作和控制，但目前看，国内外并没有针对海绵城市建设而设计的独立衔接沟通管理平台，无法实现对海绵城市建设中风险的提前管控和预测，也无法跨学科、跨领域开展协同研究，对地表径流模拟、雨洪管理科学目标及功能的实现产生了阻碍。因此，基于BIM技术，实现海绵城市建设与管理一体化平台是关键，也是海绵城市建设与发展的核心[3]。

4 BIM技术在海绵城市建设中的实践应用

4.1 项目概况

某城市新区海绵城市作为本地区最大的示范类项目，建设类型以EPC为主，合同总价65亿元，建设周期32个月，建设的主要内容包含城市市政基础设施、市政配套设施、观景公园、山体绿道、附属海绵设施等。

4.2 数字化设计平台

本项目海绵城市建设工程类型多，项目复杂，涉及市政地下管线的改造、绿地绿化建设、综合管廊设计与建设、地下调蓄设施的建设等，在项目设计过程中，存在协同作业困难、交流沟通复杂等特征，因此需要借助于BIM技术，构建多专业、多层次的协同数字化设计平台，将所有数据信息按照规范要求，录入数字化设计平台，以实现多专业的信息共享，提升设计内容和设计流程的协同化。

4.3 数字化施工平台

借助BIM技术、物联网及大数据技术，构建本项目城市数字化施工建设平台，不仅可实现施工数据的采集，还能对采集的数据进行处理、表达、分析，并为施工技术方案的实施提供支撑。基于BIM设计平台，不仅能进行本项目的施工模拟，同时还能对设计拟定多类型的施工方案，并开展动态化数字式模拟，对多种使用和设计方案进行对比，评价可实现性，保证施工方案的优化能够为该项目的建设打下坚实基础。此外，本平台需要充分结合BIM技术，对项目施工流程中的施工技术内容进行优化，可实现4D、5D数字化模拟，基于数字化模型，优化施工过程，制定可行的施工规范，确保施工现场资源和施工场地能够满足施工需求，从而达到施工资源合理配置，避免施工现场施工器械、场地等使用冲突，该平台在实践中的应用，能够有效改善和促进工程施工技术应用的标准化、规范化，提高本项目海绵城市建设管理的信息化水平，为海绵城市项目施工现场提供先进的技术支持。

4.4 智慧运维管控平台

以本项目为例，按照海绵城市建设及运营管理的基本需求，结合物联网、BIM、大数据及地理信息系统优化等技术，打造海绵城市智慧运营与管理平台，全面、细致地记录和分析该运营管理平台所呈现的所有数据，支持对海绵城市建设过程中各项管理过程和管理目标的管控，为本项目海绵城市的建设和实践提供可靠技术和数据支持。本项目运营及管理平台可实现在线监测、预警预报及考核管理等流程及功能，不仅能够选取优质的数据处理信息，同时能够及时完善地实现对信息的收集、处理和决策，具备一体化、智能化、网络化和可视化等功能特征，最终构建基于BIM技术的海绵城市建设运营规划与考核机制[4]。

4.4.1 在线监测子系统

基于BIM技术、互联网和大数据技术，可实现在线监测控制平台的有效管控，对城市各个区域的雨量、雨情开展同步监视，包含对设备、仪表、雨量及水质等的监测，可实现全方位分类管理，优化智能监测管理流程，提升人工采集复核指标，优化各项管理规定和管理方案等。

4.4.2 考核管理子系统

考核评估子系统主要基于在线数字化监测技术、优化填报数据准确评估、对系统采集数据进行全面考评，支持海绵城市全方位、全流程地管控，可实现精细化、目标化分析。例如，构建海绵城市建设各个参数，如水质检测、水生态和环境多方面的考核等。

4.4.3 预警预报子系统

预警预报子系统包含内涝预警、水质检测预警、水位预警等，还包含各个设备的故障预警，例如，泵站故障预警，可结合预警信息和数据反馈，实现多点、多端监测，自动处理预警信息，实现事故处理的自动执行。

4.4.4 应急处置子系统

应急处理子系统主要针对应急处置方案、调度记录信息及系统调度的操作信息等处置与管护，可调取详细的排水系统调度管理信息，便于实现跟踪操作，提高对灾情等的精确预判能力，避免和尽量减少人员伤亡现象。

5 结语

综上所述，基于BIM技术的海绵城市建设不仅需要互联网技术的支撑，同时也需要多学科的交叉融合，将给排水技术与城市规划、园林景观、地质勘察等各个学科进行相互协同，才能体现出BIM技术应用的优势。总之，可视化管理、动态模型的搭建及对数据信息的一体化构建是海绵城市建设质量提升所不可或缺的要素。