BIM与地下空间开发

导读

地下空间工程是指在地面以下的岩体或土层中修建地下建（构）筑物的工程，包括交通运输工程、工业与民用工程、市政工程及地下综合体，在解决土地紧张、交通拥堵、能源浪费、环境污染等问题中发挥了重要作用，是我国城市建设和改造的重要部分。

纵观漫长的历史，人类从来没忽视过地下空间的开发价值，尽管不同历史阶段的文明各有特点，但在争取生存的过程中，人们都不同程度地利用着地下空间。从原始“穴居”到突尼斯玛特玛塔的“地下村庄”，从中国西北下沉式“窑洞”到现在的“地下都市”，地下空间利用的深度及广度不断得到深化和发展。

突尼斯：马特马塔“地下村”

随着城市化进程加快，我国地下空间工程建设发展迅速，改善了城市交通环境，节约了土地资源。但由于地下工程多属隐蔽工程，项目的规划、设计、施工等存在诸多问题：缺乏科学、系统的规划、协同设计体系与技术规范不完善、施工信息管理手段落后、运营维护难度大。

如今，BIM技术已在我国地面建筑许多项目中得到了成功应用；在城市地下空间开发中，BIM技术的案例多集中在城市地下交通。要充分开发利用地下空间，需通过BIM技术实现信息建模，并应用到地下空间工程的各个阶段。

前期规划阶段

BIM应用于地下空间规划，旨在建立一个信息模型。该模型能反映拟建工程的地下空间环境，包括地下空间资源数量、周边已有地下建筑物以及地下管网系统布局。在此基础上，分析拟建工程与已有工程的相互关系，利用BIM系列软件强大的建模、渲染和动画技术进行多方案3D模型的预演，合理选择拟建地下工程的空间布局、结构形式，并构建资源系统、市政系统、环境系统的城市地下空间规划指标体系，从而使地下空间总体规划定性控制定量化，定量控制具体化，定位控制准确，增强总体规划的科学性、合理性和可行性。

中国最长地下走廊——武汉光谷中心城

设计阶段

地下空间工程设计主要包括总平面设计、建筑细部设计、结构设计和机电系统设计等。设计决定地下空间工程建成后的工程实体能否发挥其设计功能。利用BIM技术，进行合理设计，预留维修空间，合理布置地下管线，便于后期的顺利施工和运营维护。

三维建模是BIM技术与地下空间工程设计有效结合的前提。整合参数化设计等BIM技术优势，制定全面并具有可实施性的应用流程，构建全生命周期的BIM设计平台，在BIM三维环境中进行设计、分析与优化。

各专业、各流程软件数据交互，保证设计数据能够通过模型正确共享。每个设计对象都有各自的设计变量，不同设计变量之间的关系构成约束。基于这些约束，应用冲突检测工具检测模型中存在的冲突，快速地发现BIM模型中个专业内部及各专业之间存在的空间碰撞，并形成碰撞报告。对模型进行同步修改，减少设计人员的重复劳动和错误率。

另外，运用Cloud-BIM技术，将BIM所需的软件、存储能力、运算能力分布于云端，在云端实现模型的创建、展示、碰撞检测等功能。基于地下空间工程协同设计的需要，构建协同设计平台架构，使用云端上的数据及软件进行协同设计与分析。充分利用BIM模型信息，避免重复建模，实现高效设计。

施工阶段

在地下空间工程施工中，施工信息化在工程进度、物料追踪、可视化管理等方面的优势凸显。

按照IFC标准定义地下建筑构件、组织地下空间结构，提供3D建模。创建、编辑材料、进度、成本、质量和安全等施工属性，并与3D模型相关联。将包含工程属性的施工BIM模型导出为IFC文件，供BIM施工管理系统使用。

施工进度动态模拟

BIM技术的4D（3D+Time）模拟建造过程能实现对施工进度的查询和调整、监控。将施工过程中的材料、劳动力和成本等信息输入BIM施工模型中，进行施工进度模拟，对比实际进度和计划进度，分析进度偏差，结合现场情况对施工计划进行实时调整。

物料追踪管理

通过BIM技术的4D关联数据库，及时获得施工过程基础数据，为制定采购计划、限额领料等提供快速、准确的数据支撑。借鉴物流行业的成熟经验，利用RFID技术的物流管理信息系统，结合BIM模型多维数据库中建筑物、构件和设备的所有信息，实现对物料跟踪管理。

可视化管理

将施工各阶段、各专业的信息集成到Autodesk Navisworks Manage施工可视化分析平台，利用BIM可视化技术进行工程施工进度动态展示；生成施工过程中动态的资源需求量及消耗量报告，分析各阶段的资源分配情况；结合结构分解编码与BIM模型，得到成本动态模型，绘制成本动态＂直方图＂，监控支出情况；利用3D模型进行施工场地动态布置，赋予各施工设施4D属性信息。基于以上技术，实现对施工过程的进度、资源、成本和场地管理。

运行维护阶段

集成设备的基本信息、合同信息、成本信息和运行维护管理信息，使用Architecture软件建立BIM设备模型，通过Autodesk Revit软件的开放数据库互连，形成一个包含BIM模型中设备信息的初始运维管理数据库。结合BIM模型和设备运维数据库建立一个基于BIM的设备运行维护管理模型，实现对地下工程设备运行维护阶段的可视化管理。地下空间多是人员集中的场所，要合理安排突发状况下的人员疏散，结合BIM模型的子系统对突发状况的预警和人员的疏散提供信息。

系统分析

系统分析就是按照业主需求和设计规定，衡量地下工程性能，对机械操作、能耗分析、人流分析、照明分析、内外部气流模拟等工程项目性能进行评估。将系统分析软件结合到BIM模型中，采用同一模型和系统参数，通过分析模拟对系统参数进行相应的确定或修改，甚至制定系统改造计划，从而提高地下工程项目的性能。。

灾害应急模拟

结合灾害分析模拟软件和BIM技术，模拟灾害发生的过程，分析灾害发生的原因，帮助制定灾害应急预案。灾害发生时，利用BIM设备运行维护模型，能清晰地展现出紧急状况点的位置，设计最合理路线，及时疏散人群，帮助救援人员做出最准确的应急措施，提高应急能力。

地下空间发展的国际化趋势

美国波士顿：道路地下化

波士顿中央大道，经历了由高架道路到地下道路的地下化过程。这个工程被称为美国有史以来工程量最大、工期最长、资金投入最多的市政工程，验证了城市道路及高架道路的地下化趋势。

加拿大蒙特利尔：地下城市

由于寒冷的气候，蒙特利尔居民的地面出行多有不便。依靠1972年蒙特利尔世博会的成功举行，开发了大规模的地下综合体。如今，蒙特利尔已建成世界最长的地下步行系统。

日本东京：共同沟

共同沟，又名综合管廊，最早形成于巴黎。经过几十年发展，在日本达到成熟阶段。日本东京的共同沟的长度在世界各大城市中排名榜首，在规划、设计、施工、管理、营运等方面自上而下和自下而上已形成了一整套完整的法律、法规、规定、办法。

法国巴黎的经验：废弃矿穴资源的利用与立体化城市

法国巴黎最早的地下空间开发为废弃矿穴的再利用。利用几个世纪之前挖掘的废弃矿井布置城市下水道、共同沟、防空防灾设施，并1890年成功用于巴黎世博会中国馆与印度馆的设置，取得了轰动效应。

巴黎城中心地区的雷亚诺中央广场改造实行立体化再开发，把贸易中心改造成一个综合功能的公共活动广场，在强调保留传统建筑艺术特色的同时，开辟一个以绿地为主的步行广场，为城市中心区增添一处宜人的开敞空间；与此同时，将交通、商业、文娱、体育等多种功能都安排在广场的地下空间中，形成一个大型的地下城市综合体。

巴黎的另一个成功案例为拉德芳斯新城的立体开发。在拉德芳斯的地下，建立了庞大的地下道路系统。将到发交通与通过式交通一并安置在道路地下。地面全部绿化、广场，俨然一座公园式的城市，人行环境舒适安全。

未来我国城市地下空间发展的需求预测

交通设施的地下化、大型地下综合体、民防与综合防灾设施、市政管线的地下化与集约化、基础设施地下化、仓储设施的地下化、科技和人才的集约与复合和体制、机制与政策、法规等

未来地下空间优选发展的10大科技领域

1、城市地下空间的规划设计理论、方法与技术规范。

2、大型、深层地下空间设施建设新技术与成套机械设备的国产化。

3、轨道交通的运营车辆及相关设备的国产化。

4、地下空间环境舒适性与安全性营造的理论、方法、标准及相关设备研制。

5、适用于地下空间开发利用的生态、节能型新材料、新工艺及新设备的研制。

6、地下空间开发利用与城市环保灾害防治新技术。

7、地下空间资源的数字化、信息化及其应用技术。

8、城市地下空间突发性事故的应急对策与措施研究。

9、城市地下空间开发利用的综合经济研究。

10、城市地下空间开发利用的保险机制及风险研究。