基于BIM對(duì)地下結(jié)構(gòu)空間的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展的研究

吳晨源 謝棟明

（福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院 福建福州 350000）

引言

城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用是改善城市環(huán)境、擴(kuò)大城市容量、緩解城市交通的有效方式，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型城市的重要途徑。目前國(guó)內(nèi)城市地下空間在功能上大多以商業(yè)廣場(chǎng)和交通為主，功能較為單一。本文著重于城市地下空間利用的現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行研究，使建設(shè)的城市逐步走向資源節(jié)約型和環(huán)境友好型。

1 相關(guān)概述

1.1 地下空間概念

地球表面以下是一層厚厚的巖石圈，巖石表面經(jīng)風(fēng)化成土，形成不同厚度的土石層，覆蓋著大部分土地。巖石層和土層在自然狀態(tài)下是實(shí)體，只有在外界環(huán)境的作用下才能逐步形成空間。由天然形成或人工開(kāi)發(fā)在土層或地下更深層的空間稱(chēng)為地下空間。地下空間的開(kāi)發(fā)利用可為人類(lèi)的生活生存開(kāi)辟了新的空間，并能彌補(bǔ)在地面上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的對(duì)空間要求的空缺，地下空間的存在是大自然給予人類(lèi)的寶貴資源。

1.2 中國(guó)地下空間發(fā)展道路

我國(guó)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用的開(kāi)始是位于西北的窯洞，是在20世紀(jì)60年代末特殊時(shí)期特殊的世界形勢(shì)下起步的，一直持續(xù)到80年代中期的主體都是人民防空工程。進(jìn)入21世紀(jì)后，城市地下空間的利用在容量和質(zhì)量上，都有了一定的提升。我國(guó)目前城市有654個(gè)，在地級(jí)以上城市中，三百萬(wàn)和小于三百萬(wàn)人口規(guī)模的城市數(shù)量增長(zhǎng)速度最快，有121個(gè)；大于三百萬(wàn)小于五百萬(wàn)人口規(guī)模的城市有15個(gè)；五百萬(wàn)及五百萬(wàn)以上人口的城市有13個(gè)。從總體上來(lái)說(shuō)，雖然人口在不斷的增多但是大部分城市仍處于發(fā)展的最初級(jí)階段，不僅發(fā)展很不平衡，所處的自然條件和地理環(huán)境也存在很大的不同，所以開(kāi)發(fā)利用城市地下空間是未來(lái)城市發(fā)展的必走之路且有益于城市的發(fā)展。

2 城市地下空間的現(xiàn)狀

2.1 資源節(jié)約型社會(huì)發(fā)展要求對(duì)城市空間充分利用

我國(guó)是世界上的人口大國(guó)，但我國(guó)資源相對(duì)不足，而且環(huán)境承載能力不高甚至很差，在今后的一段時(shí)間，人口還將不斷增長(zhǎng)，那時(shí)資源量與人口量不匹配的矛盾更明顯。我國(guó)目前面臨著能源短缺、淡水和耕地資源緊缺的問(wèn)題，我國(guó)資源環(huán)境變化帶來(lái)了的多種問(wèn)題使得本來(lái)嚴(yán)峻的資源環(huán)境變化工作變得更加迫切。所以，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)是實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵。

2.2 環(huán)境友好型城市決定城市地下空間的開(kāi)發(fā)為未來(lái)重點(diǎn)

建設(shè)環(huán)境友好型城市是我國(guó)發(fā)展現(xiàn)在必須要走的道路。人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、生活強(qiáng)度在生態(tài)環(huán)境承載力范圍內(nèi)這都是建設(shè)中必須要做到的，與此同時(shí)不僅要加大管理力度還要綜合實(shí)施經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等不同方面的措施，加大生產(chǎn)與消費(fèi)之間的監(jiān)控，從而降低污染進(jìn)而實(shí)現(xiàn)污染無(wú)毒害，最終實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)影響很小的目標(biāo)。

3 城市地下空間未來(lái)發(fā)展分析

3.1 城市歷史文化保護(hù)區(qū)地下空間規(guī)劃

中國(guó)有著悠久的歷史，很多城市是歷史文化名城，但是在一些舊城區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)中會(huì)對(duì)這些歷史名城造成建設(shè)性的破壞，造成城市歷史文化的缺失。為了避免這樣破壞的產(chǎn)生，通過(guò)對(duì)城市歷史文化保護(hù)區(qū)地下空間資源與利用，從規(guī)模、布局、發(fā)展形態(tài)等不同方向統(tǒng)籌安排地上、地下城市用地，通過(guò)合理配置城市基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)減少未來(lái)發(fā)展可能遇到的問(wèn)題，達(dá)到充分合理的利用舊城區(qū)的地下空間，最大限度減少對(duì)保護(hù)區(qū)地上建筑及街區(qū)歷史風(fēng)貌的建設(shè)性破壞，從而使舊城歷史文化保護(hù)區(qū)得以更加合理有效的保護(hù)。具體模式有三種：①以居住功能為主，在開(kāi)發(fā)規(guī)劃時(shí)要滿(mǎn)足居住及所需配套功能。地下居住空間不僅要在地下資源范圍內(nèi)還要與地上的布局相對(duì)應(yīng)。②以商業(yè)功能為主的保護(hù)區(qū)地下空間。淺層地下空間資源用于對(duì)采光和通風(fēng)要求較高的旅館和商用住宅，深層地下空間資源用于大規(guī)模的商城、娛樂(lè)城以及與之配套的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備等。③混合功能為主的保護(hù)區(qū)地下空間。依照保護(hù)區(qū)的實(shí)際情況合理開(kāi)發(fā)，居住空間充分利用淺層地下空間資源、商業(yè)空間利用深層地下空間資源。

3.2 城市地下物流系統(tǒng)規(guī)劃

地下物流系統(tǒng)可以有效減少氮氧化物和二氧化碳的排放量。可能在初期的建設(shè)投資耗能及維護(hù)投入比較高，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)綜合效益看是非常有利的。其主要模式有三種：①地下獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。具有獨(dú)立的地下物流中心或配送中心但是又和周?chē)牡孛嫖锪飨嗷ヂ?lián)系相互配合。雖然具有一定的優(yōu)勢(shì)也能克服地面空間的不足，但實(shí)際并不形成真正意義上的地下物流系統(tǒng)。②地下專(zhuān)線(xiàn)系統(tǒng)。其主要方式是將貨物分類(lèi)，一部分貨物在地下開(kāi)發(fā)的線(xiàn)路進(jìn)行運(yùn)輸，專(zhuān)用運(yùn)輸路線(xiàn)與地面運(yùn)輸系統(tǒng)直接聯(lián)系，直接錯(cuò)開(kāi)地面交通擁擠路段。由于自身在地下的特性，在其內(nèi)部環(huán)境結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單所以一般采用無(wú)人駕駛、自動(dòng)導(dǎo)航的運(yùn)輸工具。③地下物流網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)相對(duì)完備的地下物流網(wǎng)絡(luò)與城市中心連接，將貨運(yùn)中心本身作為地下物流網(wǎng)絡(luò)的一部分。將在未來(lái)發(fā)展中不斷完善系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)化專(zhuān)用承載工具，逐步實(shí)現(xiàn)多功能運(yùn)輸工具在地下系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行。

3.3 相關(guān)法律及規(guī)范體系日趨完善

為了跟上社會(huì)前進(jìn)的腳步，達(dá)到城市經(jīng)濟(jì)的繁榮，目前我國(guó)大中城市已經(jīng)開(kāi)始探索開(kāi)發(fā)建設(shè)不同層面的地下空間并取得了良好的成績(jī)。由于我國(guó)城市地下空間規(guī)劃開(kāi)發(fā)不久，仍處于發(fā)展階段，從而各個(gè)方面都存在問(wèn)題其中編制技術(shù)將面臨的問(wèn)題更加突出。地面空間經(jīng)過(guò)多個(gè)世紀(jì)的建設(shè)和發(fā)展其體系已經(jīng)很完善，相比之下地下空間規(guī)劃未來(lái)要做的還很多還需不斷完善。分析其主要原因是地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)還在初級(jí)階段，很多問(wèn)題可能出現(xiàn)的問(wèn)題都無(wú)法預(yù)測(cè)所以地下空間規(guī)劃編制沒(méi)有相應(yīng)成熟可利用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在中國(guó)城市規(guī)劃領(lǐng)域中，相對(duì)于地面空間規(guī)劃來(lái)說(shuō)地下空間的規(guī)劃是新型的城市結(jié)構(gòu)，其發(fā)展歷程不長(zhǎng)也不成熟。截止目前為止，我國(guó)還沒(méi)出臺(tái)任何具有國(guó)家性質(zhì)的相關(guān)法律法規(guī)。

3.4 BIM技術(shù)在地下空間開(kāi)發(fā)的利用

目前，BIM技術(shù)在中國(guó)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用中的應(yīng)用尚處在起步階段。2013年2月7日，上海市民防辦赴上海市地下空間設(shè)計(jì)研究總院，圍繞利用BIM技術(shù)服務(wù)于民防工程及城市地下空間建設(shè)管理展開(kāi)調(diào)研，指出要將BIM技術(shù)應(yīng)用于民防工程及地下空間建設(shè)管理，實(shí)現(xiàn)建設(shè)全生命周期建筑信息的智能化和信息化，提高上海市的地下空間開(kāi)發(fā)利用效率和建設(shè)、管理信息化水平。

BIM技術(shù)在城市地下交通方面的成功應(yīng)用還包括杭州東站建設(shè)、濟(jì)南西客站站前廣場(chǎng)地下工程等。杭州東站和濟(jì)南西客站的建設(shè)都具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程量大、管線(xiàn)多而復(fù)雜、施工難度大等特點(diǎn)。在杭州東站建設(shè)中，基于BIM可視化技術(shù)的三維空間建模，為運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬施工、選擇最佳的施工方案提供了基礎(chǔ)；另外，虛擬現(xiàn)實(shí)（virtualreality，VR）技術(shù)的應(yīng)用有助于設(shè)計(jì)方案的理解和決策，同時(shí)也加強(qiáng)了施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制?；贐IM平臺(tái)，結(jié)合城市整體的發(fā)展方向和發(fā)展思路，將城市地下空間規(guī)劃融合到城市總體規(guī)劃中。

但是就目前國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀來(lái)看還存在以下問(wèn)題：①我國(guó)BIM規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)還處在制定階段。②BIM軟件功能不足是影響B(tài)IM價(jià)值實(shí)現(xiàn)的主要障礙。一方面，BIM軟件國(guó)際壟斷性強(qiáng)、各軟件兼容性差；另一方面，雖然國(guó)內(nèi)的各大軟件公司也在開(kāi)發(fā)自己的BIM軟件，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足BIM發(fā)展的需要。③要想BIM技術(shù)能夠快速發(fā)展，大量培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)的BIM技術(shù)人員是十分有必要的。一方面，將BIM有效引入高校學(xué)術(shù)項(xiàng)目和課堂教學(xué)中，另一方面，作為BIM相關(guān)企業(yè)，多與BIM技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，結(jié)合自身情況，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不斷完善我國(guó)的BIM技術(shù)。④對(duì)于地下空間的工程建設(shè)，要充分利用好數(shù)字地下空間這一新興概念，首先構(gòu)建好地下空間數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)字化建設(shè)，使之能夠作為BIM技術(shù)在工程建設(shè)過(guò)程中的基礎(chǔ)與補(bǔ)充，完善BIM在地下空間與工程建設(shè)中的功能，提高工作效率，在今后的工作中可以進(jìn)一步探究出更加適合于地下空間與工程的BIM技術(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的地下空間是非常有發(fā)展前途的，就現(xiàn)在實(shí)施的空間發(fā)展戰(zhàn)略來(lái)看，我國(guó)應(yīng)該規(guī)劃出合理的地下立體空間，進(jìn)而形成資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的城市，與此同時(shí)，城市立體地下空間也是國(guó)內(nèi)地下空間的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。目前我國(guó)城市在地下空間的運(yùn)用逐步完善，商業(yè)廣場(chǎng)、交通、人防等各個(gè)方面都在建設(shè)并投入使用，確實(shí)給人類(lèi)的生活提供了便捷和新穎，與此同時(shí)也是人與自然關(guān)系會(huì)更和諧。就目前來(lái)看，我國(guó)城市在由平面到立體轉(zhuǎn)變時(shí)，地下空間如何規(guī)劃將展示城市的歷史，更標(biāo)志著城市的未來(lái)。我們城市在發(fā)展不僅要吸取別人的成功經(jīng)驗(yàn)，還要從我國(guó)的現(xiàn)狀和國(guó)情出發(fā)，建設(shè)適合我國(guó)的具有中國(guó)特色的地下空間發(fā)展典范。