BIM技術(shù)在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用研究

曹業(yè)強(qiáng)

（淄博市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

海綿城市要求建成的城市要像“海綿”一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化、應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，如下雨時(shí)，可實(shí)現(xiàn)蓄水、吸水、凈水等功能，并可按需將存儲的水釋放加以利用。海綿城市是我國城市化進(jìn)程發(fā)展的重要任務(wù)，也是促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)不斷完善，強(qiáng)化社會功能的重要技術(shù)措施，在市政給排水領(lǐng)域研究中具備重要地位。

2 BIM數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺建設(shè)的相關(guān)案例

2.1 玉溪海綿城市整體改造工程

玉溪海綿城市整體改造工程包括建筑、城市道路、廣場公園海綿化改造和排水管網(wǎng)分流改造等。總施工11.02km2。以BIM技術(shù)為核心，結(jié)合玉溪海綿城市建設(shè)構(gòu)建立體三維模型和智慧工地平臺，結(jié)合地形建模分析，虛擬AR樣板，綜合應(yīng)用三維場布、苗木三維還原等先進(jìn)技術(shù)。

①模型的分析和建立。通過整合點(diǎn)→線→面各個監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次還原，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)設(shè)備，建立模型。

②模型優(yōu)化、圖紙的繪制。

③三維模型的運(yùn)用。選擇試點(diǎn)區(qū)，運(yùn)用BIM技術(shù)和三維立體技術(shù)，對試點(diǎn)區(qū)進(jìn)行模擬和優(yōu)化。與原來的模式相比，出圖快，觀測直觀。

④AR技術(shù)。工程的改造中主要包括路面植被、雨水排放設(shè)施，通過AR技術(shù)建立模型，居民可以看到改造后的效果圖。

⑤智慧工地。該項(xiàng)目將現(xiàn)場施工工作內(nèi)容、管理內(nèi)容和智慧平臺相結(jié)合，對現(xiàn)場實(shí)行全方位的管理和監(jiān)測。

2.2 老港再生能源利用中心

應(yīng)用BIM技術(shù)使項(xiàng)目節(jié)約了9個月的工期，并通過對模型的深化設(shè)計(jì)，節(jié)約數(shù)百萬成本，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、綠色環(huán)保。

①三維建模。在項(xiàng)目前期，BIM小組采用MagiCAD進(jìn)行BIM三維設(shè)計(jì)。建模初期，依據(jù)專業(yè)分為暖通、電氣、給排水、熱機(jī)等小組，先進(jìn)行專業(yè)間的初步綜合，排定各專業(yè)的標(biāo)高范圍，然后利用Magi-CAD分別進(jìn)行建模，最后用MagiCAD協(xié)同工作的方式將模型整合并進(jìn)行檢查。

②碰撞檢測。在MagiCAD軟件中，可通過本圖內(nèi)部碰撞、外部參照碰撞和與AutoCAD實(shí)體碰撞的選項(xiàng)，一鍵獲得檢測報(bào)告；根據(jù)碰撞檢測結(jié)果對原設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合管線調(diào)整，并進(jìn)行人工審核，得到修改意見，提升了BIM小組的模型質(zhì)量。

③解決主要問題。得到碰撞檢測結(jié)果后，便可得出碰撞檢測報(bào)告。BIM小組針對碰撞檢測報(bào)告進(jìn)行小組討論、人工審核，得到匯總結(jié)果。由于模型中大小管道交叉，MagiCAD的碰撞檢測提供了水系統(tǒng)管徑過濾的功能，可借助該功能，對碰撞位置按重要性進(jìn)行分級，第一時(shí)間抓住主要矛盾，解決主要問題。

BIM在海綿城市建設(shè)中的創(chuàng)新有三點(diǎn)。

①海量模型輕量化整合?？山鉀Q市政工程中施工現(xiàn)場管理不規(guī)范的問題，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，加快了BIM模型輕量化管理，促進(jìn)瀏覽速度的加快處理。

②“BIM+GIS+項(xiàng)目管控”深度融合。平臺基于BIM技術(shù)，將GIS的場景管理模式應(yīng)用其中，BIM模型與項(xiàng)目管控之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)相互聯(lián)通，為提升項(xiàng)目過程控制與管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

③全生命周期的多專業(yè)協(xié)同管控。為優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了施工、設(shè)計(jì)各個過程的協(xié)同化辦公作業(yè)；開展審批意見的集中化、定制化分析，提高溝通效率，加強(qiáng)管理精度和深度[2]。

3 國內(nèi)海綿城市建設(shè)存在的問題

目前，很多研究學(xué)者集中探討海綿城市建設(shè)施工中所使用的透水材料及新技術(shù)，而對海綿城市多學(xué)科的交叉性、互融性缺乏認(rèn)知，還需對不同地域環(huán)境下，長期承擔(dān)地下水補(bǔ)給、功能性蓄水及自然滲水等功能植被的品種及適應(yīng)性進(jìn)行研究。

忽視了海綿城市建設(shè)的關(guān)鍵是構(gòu)建LID。海綿城市不僅僅是市政工程中開挖、園林再造的機(jī)械性與單一性的人類主體活動，而是要充分結(jié)合雨水綜合性的治理模式，實(shí)現(xiàn)功能更加完備的生態(tài)型城市，為滿足社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，完善生態(tài)環(huán)境打下堅(jiān)實(shí)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

海綿城市建設(shè)的復(fù)雜性需要構(gòu)建一個有機(jī)、秩序、完善的平臺進(jìn)行運(yùn)作和控制，但目前看，國內(nèi)外并沒有針對海綿城市建設(shè)而設(shè)計(jì)的獨(dú)立銜接溝通管理平臺，無法實(shí)現(xiàn)對海綿城市建設(shè)中風(fēng)險(xiǎn)的提前管控和預(yù)測，也無法跨學(xué)科、跨領(lǐng)域開展協(xié)同研究，對地表徑流模擬、雨洪管理科學(xué)目標(biāo)及功能的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生了阻礙。因此，基于BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)與管理一體化平臺是關(guān)鍵，也是海綿城市建設(shè)與發(fā)展的核心[3]。

4 BIM技術(shù)在海綿城市建設(shè)中的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目概況

某城市新區(qū)海綿城市作為本地區(qū)最大的示范類項(xiàng)目，建設(shè)類型以EPC為主，合同總價(jià)65億元，建設(shè)周期32個月，建設(shè)的主要內(nèi)容包含城市市政基礎(chǔ)設(shè)施、市政配套設(shè)施、觀景公園、山體綠道、附屬海綿設(shè)施等。

4.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺

本項(xiàng)目海綿城市建設(shè)工程類型多，項(xiàng)目復(fù)雜，涉及市政地下管線的改造、綠地綠化建設(shè)、綜合管廊設(shè)計(jì)與建設(shè)、地下調(diào)蓄設(shè)施的建設(shè)等，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，存在協(xié)同作業(yè)困難、交流溝通復(fù)雜等特征，因此需要借助于BIM技術(shù)，構(gòu)建多專業(yè)、多層次的協(xié)同數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺，將所有數(shù)據(jù)信息按照規(guī)范要求，錄入數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺，以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的信息共享，提升設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)流程的協(xié)同化。

4.3 數(shù)字化施工平臺

借助BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建本項(xiàng)目城市數(shù)字化施工建設(shè)平臺，不僅可實(shí)現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的采集，還能對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、表達(dá)、分析，并為施工技術(shù)方案的實(shí)施提供支撐。基于BIM設(shè)計(jì)平臺，不僅能進(jìn)行本項(xiàng)目的施工模擬，同時(shí)還能對設(shè)計(jì)擬定多類型的施工方案，并開展動態(tài)化數(shù)字式模擬，對多種使用和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比，評價(jià)可實(shí)現(xiàn)性，保證施工方案的優(yōu)化能夠?yàn)樵擁?xiàng)目的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，本平臺需要充分結(jié)合BIM技術(shù)，對項(xiàng)目施工流程中的施工技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)4D、5D數(shù)字化模擬，基于數(shù)字化模型，優(yōu)化施工過程，制定可行的施工規(guī)范，確保施工現(xiàn)場資源和施工場地能夠滿足施工需求，從而達(dá)到施工資源合理配置，避免施工現(xiàn)場施工器械、場地等使用沖突，該平臺在實(shí)踐中的應(yīng)用，能夠有效改善和促進(jìn)工程施工技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，提高本項(xiàng)目海綿城市建設(shè)管理的信息化水平，為海綿城市項(xiàng)目施工現(xiàn)場提供先進(jìn)的技術(shù)支持。

4.4 智慧運(yùn)維管控平臺

以本項(xiàng)目為例，按照海綿城市建設(shè)及運(yùn)營管理的基本需求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、BIM、大數(shù)據(jù)及地理信息系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)，打造海綿城市智慧運(yùn)營與管理平臺，全面、細(xì)致地記錄和分析該運(yùn)營管理平臺所呈現(xiàn)的所有數(shù)據(jù)，支持對海綿城市建設(shè)過程中各項(xiàng)管理過程和管理目標(biāo)的管控，為本項(xiàng)目海綿城市的建設(shè)和實(shí)踐提供可靠技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。本項(xiàng)目運(yùn)營及管理平臺可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報(bào)及考核管理等流程及功能，不僅能夠選取優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)處理信息，同時(shí)能夠及時(shí)完善地實(shí)現(xiàn)對信息的收集、處理和決策，具備一體化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化等功能特征，最終構(gòu)建基于BIM技術(shù)的海綿城市建設(shè)運(yùn)營規(guī)劃與考核機(jī)制[4]。

4.4.1 在線監(jiān)測子系統(tǒng)

基于BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測控制平臺的有效管控，對城市各個區(qū)域的雨量、雨情開展同步監(jiān)視，包含對設(shè)備、儀表、雨量及水質(zhì)等的監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)全方位分類管理，優(yōu)化智能監(jiān)測管理流程，提升人工采集復(fù)核指標(biāo)，優(yōu)化各項(xiàng)管理規(guī)定和管理方案等。

4.4.2 考核管理子系統(tǒng)

考核評估子系統(tǒng)主要基于在線數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)、優(yōu)化填報(bào)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確評估、對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行全面考評，支持海綿城市全方位、全流程地管控，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、目標(biāo)化分析。例如，構(gòu)建海綿城市建設(shè)各個參數(shù)，如水質(zhì)檢測、水生態(tài)和環(huán)境多方面的考核等。

4.4.3 預(yù)警預(yù)報(bào)子系統(tǒng)

預(yù)警預(yù)報(bào)子系統(tǒng)包含內(nèi)澇預(yù)警、水質(zhì)檢測預(yù)警、水位預(yù)警等，還包含各個設(shè)備的故障預(yù)警，例如，泵站故障預(yù)警，可結(jié)合預(yù)警信息和數(shù)據(jù)反饋，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多端監(jiān)測，自動處理預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)事故處理的自動執(zhí)行。

4.4.4 應(yīng)急處置子系統(tǒng)

應(yīng)急處理子系統(tǒng)主要針對應(yīng)急處置方案、調(diào)度記錄信息及系統(tǒng)調(diào)度的操作信息等處置與管護(hù)，可調(diào)取詳細(xì)的排水系統(tǒng)調(diào)度管理信息，便于實(shí)現(xiàn)跟蹤操作，提高對災(zāi)情等的精確預(yù)判能力，避免和盡量減少人員傷亡現(xiàn)象。

5 結(jié)語

綜上所述，基于BIM技術(shù)的海綿城市建設(shè)不僅需要互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐，同時(shí)也需要多學(xué)科的交叉融合，將給排水技術(shù)與城市規(guī)劃、園林景觀、地質(zhì)勘察等各個學(xué)科進(jìn)行相互協(xié)同，才能體現(xiàn)出BIM技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢?？傊?，可視化管理、動態(tài)模型的搭建及對數(shù)據(jù)信息的一體化構(gòu)建是海綿城市建設(shè)質(zhì)量提升所不可或缺的要素。