BIM与地下空间开发

2019-03-15 来源: 宏业斯维尔软件

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。

 

我国地下空间开发多为地铁衍生项目

 

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。

 

 

基于BIM的设计流程

 

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。

 

运营维护阶段  

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。

 

延伸阅读:地下空间开发利用的国际化趋势

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:废弃矿穴利用

 

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、防空防灾设施,并于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。

 

结语

通过BIM技术充分实现地下空间工程全生命周期各个阶段的信息数字化,从而合理规划、优化设计流程、提高工程施工质量、简化运营管理。目前,BIM技术在我国城市地下空间开发和利用的运用尚处在起步阶段,需求的BIM人才也是一个庞大的数量,掌握BIM技术,对于新时代的工程人员是一项必不可少的技能,它是开启建筑业未来的钥匙,是立足未来产业的根基。

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