智慧城市建設(shè)背景下地下空間信息化技術(shù)及應(yīng)用

劉常濤, 林 嵐

(1.福州理工學(xué)院,福建 福州 350001； 2.福州建筑工程職業(yè)中專學(xué)校,福建 福州 350001)

1 前言

目前,我國正在進(jìn)行大規(guī)模地下空間建設(shè),如地鐵、地下室、地下管廊等,然而在建設(shè)過程中面臨已建地下空間資料記錄不全、手工管理數(shù)據(jù)方式笨拙等問題,這些問題增加工程建設(shè)及運營維護(hù)難度,在這種情況下,信息化建設(shè)被提上日程,城市的發(fā)展推動著地下空間的信息化建設(shè),計算機(jī)技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善使得實現(xiàn)地下空間信息化成為可能。

從實際工程來看,我國建筑行業(yè)各企業(yè)在工程實踐中經(jīng)常遇到地下空間信息不齊全、在建工程周邊建構(gòu)筑物地下空間信息缺失、工程后期運營維護(hù)難等實際問題,在此背景下,采取地下空間+“BIM”等信息化手段成為解決這些問題的途徑。

2 國內(nèi)外研究動態(tài)

關(guān)于地下空間信息化的研究很早就被世界各國所重視,特別是歐美發(fā)達(dá)國家在這方面已經(jīng)建立了比較完善的數(shù)據(jù)庫。發(fā)展情況簡述如下：

20世紀(jì)80年代,荷蘭阿姆斯特丹建成了大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(INGEO-BASE)[1]。

1998年,美國前副總統(tǒng)A. Gore提出“數(shù)字地球”[2]概念,引起了各國政府的高度重視。

2001年,英國地質(zhì)調(diào)查局開展數(shù)字地學(xué)空間信息DGSM( Digital Geoscience Spatial Model)[3]研究,歷時5年建立了三維地學(xué)信息系統(tǒng)框架。

2003年,弗吉尼亞理工大學(xué)開展AMADEUS(adaptive real-time geologic mapping,analysis and design of underground space)[4]研究計劃,運用三維數(shù)字變形測量技術(shù),對隧道開挖和支護(hù)進(jìn)行模擬分析。

李曉軍,劉雨芃[5]從管理體系構(gòu)建、信息化平臺建設(shè)、基礎(chǔ)資料信息化、工程應(yīng)用四個方面系統(tǒng)地闡述了城市地下空間信息化管理的內(nèi)容,其中考慮了不同城市地下空間信息化現(xiàn)狀和特點。

吳寒[6]等以重慶市地下空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)為例探討了數(shù)據(jù)的信息化管理。

李曉軍等[7]拓展現(xiàn)有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在城市地下空間中的應(yīng)用;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化與XML交互;元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化;原始數(shù)據(jù)和全過程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

綜上,目前地下空間信息化研究還有很多事情要做,運用BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)參與信息化建設(shè)大有可為。

3 工程應(yīng)用

該地鐵站點位于福州市,是福州市地鐵車站中比較重要的一站,車站周邊有已經(jīng)建好的學(xué)校、房屋等建筑物,車站周邊還有道路,道路下放埋設(shè)有各種地下管線,有：給排水管、雨水管、電力電信管道等等,該車站情況較為復(fù)雜,應(yīng)用BIM技術(shù)對該項目進(jìn)行地質(zhì)建模、管線建模、車站建模、復(fù)雜節(jié)點建模、人流規(guī)劃,通過模型的建立及應(yīng)用可以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計、指導(dǎo)施工的目的。

3.1 地鐵車站周邊地質(zhì)建模

福州地質(zhì)情況復(fù)雜,而且大部分區(qū)域土質(zhì)較差,特別是在市區(qū)內(nèi),主要以淤泥為主,大部分地段地下2m范圍內(nèi)以粘土為主,該層成為福州大部分多層建筑的地基部分,繼續(xù)往下10m范圍內(nèi)以淤泥為主,且該淤泥層含水量較高,局部可以達(dá)到70-80%,屬高壓縮性的軟弱淤泥,該層淤泥也是做大部分地下工程施工時比較難對付的地質(zhì)情況,由于含水量高,在施工過程中要特別注意淤泥層的監(jiān)測,再往下30-35m屬于砂層和軟土淤泥交互出現(xiàn)的情況,該層也是福州大部分小高層住宅建筑的樁基持力層。

運用建模軟件進(jìn)行地質(zhì)模型設(shè)計(見圖1),在地鐵施工過程中,可以結(jié)合地質(zhì)模型對每個地質(zhì)斷面進(jìn)行分析,指導(dǎo)地鐵施工,避免施工事故。

圖1 地質(zhì)模型

3.2 地鐵車站附近管線建模

該車站施工現(xiàn)場狹小,情況復(fù)雜,周邊地下管線較多,在施工過程中可能出現(xiàn)破壞管線的情況,為了避免這種情況發(fā)生,將收集到的地下管線圖紙、竣工資料等信息進(jìn)行建模(見圖2),與車站模型形成一個整體,指導(dǎo)施工。

圖2 地下管線模型

3.3 整體模型建立

將結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電模型在BIM軟件中進(jìn)行組合,得到地鐵車站的整體模型(見圖3)。運用該模型可以進(jìn)行碰撞檢查、裝修細(xì)部展示、鋼筋下料表生成等。

圖3 地鐵車站模型

3.4 復(fù)雜節(jié)點鋼筋布置

圖4 復(fù)雜鋼筋節(jié)點模型

地鐵主體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,鋼筋布置密集,特別是在復(fù)雜節(jié)點處會出現(xiàn)大量鋼筋縱橫交錯的情況,在技術(shù)交底時很難用二維圖紙交代清楚,借用BIM技術(shù)進(jìn)行建模(見圖4),通過3D模型進(jìn)行技術(shù)交底,可以讓工人更直觀的了解節(jié)點情況,避免鋼筋錯漏。

3.5 人流規(guī)劃

地鐵車站按人流規(guī)劃用途,一般分為非付費區(qū)與付費區(qū),通過模擬人流狀態(tài),建議設(shè)計上應(yīng)當(dāng)考慮在付費區(qū)重新布置單向人流方案,避免在車站使用過程中采用放置欄桿的方式解決人流疏導(dǎo),影響通行效率(見圖5)。

圖5 模擬人流

4 總結(jié)

通過運用上述信息化手段,進(jìn)行地鐵車站周邊地質(zhì)建模、地鐵車站附近管線建模、整體模型建立、復(fù)雜節(jié)點鋼筋布置、人流規(guī)劃運用,在工程施工過程中起到了優(yōu)化設(shè)計、指導(dǎo)施工的作用,得到各參見單位好評。