BIM技术在城市地下空间管理中的应用研究

文｜奥格科技股份有限公司 蔡明豪

1.BIM技术的简述

1.1 BIM技术的简介

1.1.1 BIM技术的概念

BIM（Building Information Modeling）技术是一种应用于工程规划、设计、建设、管理的数据化工具。美国 Chuck Eastman 博士最早提出BIM相关概念，他认为构建一个包括建设项目全生命周期中所有信息的模型，不但包含其物理特性、功能信息及构件特性的全部信息，还有规划设计、施工管理、竣工验收以及运维管理等过程信息[1]。然而国际上对BIM的定义还没有得到一个统一完整的标准。美国国家BIM标准较为全面定义BIM的概念：BIM是一种以合作共享为基础的标准化信息模型，在建设项目的各个环节，BIM模型都可以支持各阶段的协同工作，履行相应的职责[2]。

1.1.2 BIM技术的特点

BIM技术应用作为建筑工程行业的一种基于计算机信息技术和仿真模拟分析技术的数字化管理工具和手段。其中，BIM技术的特性包括：可视化、协调性、模拟性、优化性、参数化等，都能够应用于各类建筑专业领域的项目全生命周期各个阶段。

1.2 BIM相关软件

BIM应用软件按其功能分为：基础建模软件、分析软件、翻模软件和平台软件四大类。如表1所示。

表1 BIM相关软件

2.城市地下空间建设的现状与问题

2.1 城市地下空间建设现状

随着我国对地下空间开发需求的增大，开发规模、地下综合体等地下空间工程的开发水平提升，初步形成了地下空间法律法规体系。未来地下空间的开发类型逐步多样化，运营模式不断创新。然而我国大多城市地下空间建设的核心以地下交通枢纽和基础设施建设为主，忽略对地下环境可持续发展的重要性，整体开发不统一，缺乏计划性[3]。

2.2 目前地下空间建设存在的问题

2.2.1 缺乏整体战略规划

城市地下空间的建设对规划本身的研究不够完善和深入，缺乏地面地下统一规划以及网络化开发利用规划。由于地下空间相关规划的管理归属不明确，阻碍了地下空间持续性发展。最重要的是缺乏对地下资源、历史文化资源可持续发展考虑，造成城市地面的大规模建设对未来地下空间开发利用的深远影响[4]。

2.2.2 地下空间复杂、运营管理难度大

地下空间信息数据量大、形式多、分布广，信息资源覆盖范围不全面；缺少统一的安全监管协调机构和机制。

2.2.3 缺乏智能化技术应用

在城市地下空间建设和管理过程中，物联网、云计算、BIM、大数据、人工智能等创新技术应用滞后，智能化技术在城市地下空间的应用效益亟待发掘。

3.BIM技术的地下空间开发管理应用探讨

3.1 地下空间工程建设应用

3.1.1 规划阶段

如今，地下空间工程建设在规划阶段普遍让专家决策建议，缺乏科学性与客观性。利用BIM技术等信息手段，提供地下空间制定规划的科学依据，大大提高了规划效率和科学水平[5]。地下空间的规划与BIM技术的结合应用，能够反映拟建工程项目的地下空间环境，包括已有工程地下建筑物情况、地下综合管网系统的布局和地下空间可开发资源等，利用BIM技术的强大建模、渲染、高仿真等进行多方案模型预研，提前地规划拟建工程项目空间布局、结构形式，构建完善的城市地下空间规划体系。

3.1.2 设计阶段

在地下工程建设的设计阶段，利用BIM技术合理设计规划建设空间，包括空间设计、建筑设计、结构设计等，便于工程建设施工、运营和维护。三维建模是BIM技术与地下空间工程设计有效结合的前提，集成BIM技术参数化设计等优点，开发全面可行的应用流程（如图1所示），各专业、各流程软件的数据交互确保设计数据通过模型精确共享。

图1 基于BIM技术的设计流程

3.1.3 施工阶段

在地下空间工程建设中，BIM技术在施工图三维审查、施工模拟、可视化管理等方面优势突出。

(1)施工图三维数字化智能审查

BIM审查数字化交付及数据资料管理、模型浏览、试图管理、智能审查工具、模型数据安全管理、审查端审查意见批复及管理、报审端审查结果查询等应用功能。

(2)模拟施工

在工程建设整体施工环节采用BIM动态模拟，把施工现场实际情况转化为数据信息并以此构建三维模型，工程项目的施工技术便可通过三维模型进行检验，对校验结果进行研判，指导工程现场实施过程。

(3)可视化监管

项目施工进度通过BIM可视化技术进行动态显示，生成施工期间的动态资源需求和消费报告，分析各阶段的资源配置。三维模型动态安排施工现场，为各施工设施提供4D属性信息。

3.1.4 竣工阶段

在地下工程竣工阶段，根据设计、施工阶段的模型，工程验收人员直观、可视化地掌握地下空间建筑、结构、管线等工程设计情况。BIM技术竣工过程应用包括竣工BIM模型登记和对比、现场验收模型浏览、验收资料模型关联与档案管理、验收报告管理等。

(1)竣工BIM模型登记和对比

工程竣工后，上传竣工验收BIM模型，关联相关信息，将施工模型与竣工模型对比，比较变更部位，生成对比结果，并且提供比对的过程中自动提示发生变更信息，辅助检查施工过程的变更。

(2)现场验收模型浏览

查看竣工模型，可进行模型三维浏览，特定视点浏览；分层显示，快速定位到验收楼层，查看当前楼层模型，并查看关联图纸；同时单独查看某一类构件或单独构件，快速获得构件所有信息，现场查看重点区域与竣工验收模型进行实际比对，即可查看模型之间的差异。

(3)验收资料模型关联与验收报告、档案管理

竣工验收模型与竣工图纸、其他资料对应关联，依据模型关联的图纸和其他资料指导竣工验收查，并作为竣工验收依据。生成对应验收报告，并与竣工模型相关联，追溯项目信息及验收报告信息。竣工验收各部门的验收资料以电子档案形式进行上传及归档，提供索引，以便于竣工验收各部门对电子档案进行管理。

3.2 地下空间运维管理应用

地下空间各类的运维管理应用可借助BIM运维管理平台来实现，地下空间运维管理专业性功能设计以可视化数字模型为载体，通过记录相关模型信息，帮助管理者分析和确定地下空间的运行、维护、管理等内容，以优化地下空间的运营成本、收益[6]。如图2所示。

图2 地下空间运维管理功能应用设计

3.2.1 可视化空间管理

通过BIM分析，验证地下空间运行空间设计，根据验证结果修改地下空间运维参数或者进行地下空间运维空间改造，提高其空间性能。此外，维护人员还可以利用BIM三维模型，直观、全面地掌握隐蔽、高密集等分布复杂、维护困难的工程设施信息，并可视化检查其运行状态，并对维护过程进行可视化仿真模拟。

3.2.2 地下空间运行监测

地下空间运行状况通过BIM可视化模型与传感器相结合的方式，实现对地下空间内不同区域环境状态数据，协助地下空间运行管理，对环境异常情况进行预警。设备运行监测是运用BIM、IoT、AI等技术，全天候实时监测城市地下空间内各类设备系统运行状态，如图3所示。

图3 地下空间运行监测

3.2.3 地下应急管理

在地下空间工程应急情况管理过程中，通过综合BIM技术和灾害模拟仿真，还原突发事件发生全过程，清晰地分析灾害事件发生原因及其危害性，制定更有针对性的灾害预防措施、灾害应急预案、能够使人员分散方案等。

4.结论与展望

本文提出把BIM技术引入到城市地下空间建设管理中，研究BIM技术在地下工程全生命周期以及运维管理中的应用策略和管理方法。先是阐述了BIM技术的概念与优势，其次总结了传统城市地下空间建设存在的主要问题，最后分析BIM技术在地下空间开发管理中的应用可行性，包括在地下空间工程建设应用和运维管理。

随着新型智慧城市的建设发展日益迅速，城市地下空间的开发利用和管理需求逐渐扩大，与BIM等新一代信息技术的融合符合新型智慧城市发展趋势，促使BIM技术的概念扩大，引入如CIM等信息技术的概念，让单体建筑走向多维度多层次的全域城市管理，城市空间建设开发将变得更加合理，带动智慧城市发展，满足多方面的城市建设需求，相信BIM技术在城市地下空间等领域的应用会越来越成熟，未来的发展形势一片大好。