智慧城市建設(shè)背景下地下空間信息化技術(shù)及應(yīng)用研究

吉祥 胡成超

摘要：建設(shè)智慧城市是我國現(xiàn)代化城市發(fā)展的主要方向之一，而地下空間的科學(xué)規(guī)劃和有效利用則是智慧城市建設(shè)過程中的重點內(nèi)容之一。隨著信息技術(shù)的不斷完善成熟，其可以通過三維模型的構(gòu)建充分了解城市地下空間的水文地質(zhì)條件、管網(wǎng)設(shè)施布局走向等信息，并能夠?qū)ο嚓P(guān)信息進行可視化呈現(xiàn)，從而為地下空間的規(guī)劃建設(shè)提供更加直觀準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：智慧城市;地下空間;信息技術(shù);技術(shù)應(yīng)用

在智慧城市的建設(shè)過程中，地下空間的開發(fā)利用是重要的建設(shè)內(nèi)容。但是這些地下構(gòu)筑物的規(guī)劃建設(shè)對地下空間環(huán)境信息的全面性以及準(zhǔn)確性有較高的要求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集以及應(yīng)用管理方式已經(jīng)無法滿足智慧城市地下空間建設(shè)的實際需要，因此將以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的空間信息技術(shù)積極引入到智慧城市的建設(shè)中來，通過BIM等先進信息技術(shù)的應(yīng)用來提高智慧城市地下空間建設(shè)的信息化以及智能化水平，從而全面提高我國城市空間信息技術(shù)水平。

1 概述空間信息技術(shù)在智慧城市地下空間建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

地下空間信息技術(shù)在西方發(fā)達國家得到了廣泛的研究應(yīng)用，近年來隨著我國城市化進程的加快，在智慧城市城市建設(shè)中還開始逐步引入了地下空間信息技術(shù)。應(yīng)用地下空間信息技術(shù)可以建立城市地下空間信息數(shù)據(jù)庫，并構(gòu)建城市三維地學(xué)信息系統(tǒng)，從而利用地下空間信息平臺來為城市地下空間管理以及地下工程建設(shè)提供信息化的資料數(shù)據(jù)[1]。同時還可以通過數(shù)字化三維變形測量等信息技術(shù)對城市地下隧道等工程的施工建設(shè)進行模擬分析。此外，還可以在對原始數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和信息化來進一步擴展地下空間信息技術(shù)的應(yīng)用范圍，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及BIM等信息技術(shù)來推動智慧城市的建設(shè)與發(fā)展。

我國目前在地下空間的開發(fā)利用以及管理工作中也開始越來越多的應(yīng)用BIM等信息技術(shù)，提高了地下空間規(guī)劃建設(shè)的科學(xué)性和合理性。例如在地鐵工程的建設(shè)中通過地下空間信息的應(yīng)用來可以提高地鐵線路規(guī)劃的合理性，并為通行設(shè)備的未來發(fā)展科學(xué)的預(yù)留空間。此外地下空間技術(shù)的廣泛應(yīng)用不僅有效的提高了地下空間管理的信息化水平，實現(xiàn)了對城市地下空間的智能化、自動化管理利用，而且降低了地下空間的建設(shè)成本，創(chuàng)造了更大的社會效益和經(jīng)濟效益。

在智慧城市地下空間建設(shè)中應(yīng)用信息化技術(shù)要充分結(jié)合城市的具體特點，根據(jù)城市人口規(guī)模、地下空間的實際開發(fā)程度等來提高技術(shù)應(yīng)用的合理性。例如在一些處于地下空間開發(fā)初期的城市，在地下空間的建設(shè)中應(yīng)結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃，積極應(yīng)用信息技術(shù)來提高地下空間開發(fā)與城市發(fā)展規(guī)劃的一致性，為智慧城市建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)[2]。而在地下空間開發(fā)利用程度較高的城市應(yīng)根據(jù)地下空間目前的使用情況來應(yīng)用地下空間信息技術(shù)進行智能化和信息化管理，并結(jié)合城市的實際需求來進行后續(xù)的改擴建以及新項目的建設(shè)。

2 智慧城市建設(shè)中地下空間信息技術(shù)應(yīng)用分析

在智慧城市的建設(shè)過程中，需要對地下空間進行必要的改擴建以及新項目的設(shè)計施工，而信息技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高地下空間建設(shè)的質(zhì)量和效率。

2.1應(yīng)用信息技術(shù)構(gòu)建地下空間三維模型

智慧城市地下空間建設(shè)對地下空間的環(huán)境信息的全面性和準(zhǔn)確性較高的要求，因此空間信息技術(shù)的應(yīng)用能夠充分了解地下環(huán)境的各項環(huán)境要素，并通過三維模型的構(gòu)建來實現(xiàn)對施工過程的模擬分析[3]。這樣可以準(zhǔn)確掌握地下管線布局以及走向，并為遷移或者繞避決策的制定提供可靠的參考依據(jù)，從而有效降低地下空間建設(shè)成本，減少成本以及資源的浪費，對智慧城市的建設(shè)具有十分重要的作用。

2.2 應(yīng)用信息技術(shù)構(gòu)建地下管網(wǎng)模型

隨著智慧城市的建設(shè)和發(fā)展，地下空間的管線設(shè)施日趨復(fù)雜，在地下空間中布設(shè)有輸氣管道、給排水管道、電力通信管線等設(shè)施，這些管線設(shè)施的布局走向十分復(fù)雜，給地下管線的管理以及地下空間的開發(fā)利用帶來了較大的難度。而通過地下空間信息技術(shù)的應(yīng)用，可以通過構(gòu)建地下管網(wǎng)的三維模型來實現(xiàn)對地下管網(wǎng)設(shè)施的信息化管理，不僅能夠直觀立體的展示管網(wǎng)布局，而且還能詳細記錄地下管網(wǎng)設(shè)施的權(quán)屬等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為地下空間工程建設(shè)提供了可靠的參考資料。

2.3 智慧城市建設(shè)中地下空間信息技術(shù)應(yīng)用實踐

2.3.1 某城市地鐵工程概況

某城市在智慧城市建設(shè)中需要進行地鐵工程的建設(shè)。該地鐵工程位于城市人口比較稠密地區(qū)，在施工區(qū)域地面交通比較繁忙，且周邊存在大量的房屋建筑。同時在地下空間有電力通信設(shè)施、排水管以及雨水管等復(fù)雜市政管線設(shè)施。由于該地鐵工程的施工環(huán)境比較復(fù)雜，且對施工技術(shù)有較高的要求，因此決定采用BIM技術(shù)分別構(gòu)建該工程的地質(zhì)水文環(huán)境三維模型、地下管網(wǎng)設(shè)施模型、地鐵車站整體結(jié)構(gòu)模型以及三維鋼筋節(jié)點模型，并通過對人流情況的模擬來優(yōu)化該地下工程的設(shè)計方案，并為工程施工提供技術(shù)指導(dǎo)和參考數(shù)據(jù)。

2.3.2 構(gòu)建BIM模型

首先應(yīng)構(gòu)建工程水文地質(zhì)模型。該地鐵工程位于城市繁華區(qū)域，其地表下方2m內(nèi)主要為粘土，而在10m內(nèi)則主要為含水量比較高的淤泥，其不僅強度較差，而且具有較高的壓縮性，給該地鐵工程的施工帶來了較大難度。因此需要應(yīng)用信息技術(shù)構(gòu)建該工程地質(zhì)模型，為工程設(shè)計中的地質(zhì)斷面分析以及施工過程中的技術(shù)指導(dǎo)提供可靠的參考依據(jù)，從而防止安全事故的發(fā)生。

其次，應(yīng)構(gòu)建工程區(qū)域地下管網(wǎng)設(shè)施模型。該地鐵工程地下車站不僅施工現(xiàn)場面積有限，而且其地下空間內(nèi)存在復(fù)雜的管線設(shè)施，因此在施工時應(yīng)利用BIM模型對地下管線布局資料等各項相關(guān)信息進行高度集成分析，為工程的設(shè)計施工提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。

第三，構(gòu)建工程整體三維BIM模型。施工單位還應(yīng)利用BIM等信息技術(shù)構(gòu)建完整的工程模型，在BIM模型中能夠集成該項目、的土建工程、建筑結(jié)構(gòu)以及機電工程等各分項工程的數(shù)據(jù)信息，為碰撞檢查提供了便利，同時還可以直觀展示相關(guān)的細節(jié)部分，并自動生成下料表等表格。

第四，構(gòu)建工程鋼筋節(jié)點三維模型。在地鐵工程的建設(shè)過程中，由于其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且往往需要使用大量鋼筋，因此在節(jié)點位置的鋼筋密集交錯情況比較普遍，傳統(tǒng)的通過二維圖紙來進行技術(shù)交底的方式難以使施工人員準(zhǔn)確掌握鋼筋的具體布局設(shè)計。而通過BIM等信息技術(shù)的應(yīng)用，就可以利用BIM模型來直觀的展示鋼筋在復(fù)雜節(jié)點的布局安排，為技術(shù)交底創(chuàng)造了有利條件，從而有效防止施工過程中出現(xiàn)鋼筋設(shè)置錯誤的情況。

最后，模擬地鐵人流情況。在地鐵地下車站工程的建設(shè)中，需要根據(jù)人流狀態(tài)來進行區(qū)域劃分，并進行付費區(qū)以及非付費區(qū)的相關(guān)設(shè)置。因此在地下車站的設(shè)計過程中可以利用信息技術(shù)來對人流情況進行模擬分析，合理規(guī)劃人流導(dǎo)向方案，盡量減少欄桿的設(shè)置，以免對車站的通行效率造成不利的影響。

3 結(jié)語

在智慧城市建設(shè)過程中要積極應(yīng)用BIM等先進的信息技術(shù)，通過構(gòu)建三維模型等方式來充分了解地下空間環(huán)境條件以及相關(guān)構(gòu)筑物等要素信息，以實現(xiàn)地下空間的合理開發(fā)利用，并為地下工程的施工質(zhì)量安全提供可靠的保障。同時還要利用信息技術(shù)來模擬地下空間的使用情況，優(yōu)化地下空間的規(guī)劃方案，提高空間的利用率，從而實現(xiàn)智慧城市建設(shè)的目標(biāo)。

參考文獻：

[1]周洋，李楊，方攀.智慧城市建設(shè)背景下地下空間信息化技術(shù)及應(yīng)用研究[J].冶金與材料，2019，39（1）：73+75.

[2]劉常濤，林嵐.智慧城市建設(shè)背景下地下空間信息化技術(shù)及應(yīng)用[J].江西建材，2018（12）：11-12.

[3]沈中偉.面向綠色智慧城市的地下空間研究[J].西部人居環(huán)境學(xué)刊，2017，32（6）：4.