BIM技術解決海綿城市規劃建設運維中存在的問題

高寧，楊永紅，張紫紅，王烘艷，盧輝

（西安交通工程學院土木工程學院，陜西 西安 710300）

0 引言

近年來，隨著城鎮化的快速發展，城市中的自然下墊面被屋面、道路、廣場等灰色設施代替，城市下墊面過度硬化，導致雨水徑流和匯流峰值增大，也帶來了水資源短缺、水環境污染、水生態惡化、水澇災害頻發、城市熱島效應等一系列問題。

海綿城市作為城市涉水問題綜合治理措施，涉及面廣、內容繁多，是一項大型綜合性工程，該工程的規劃建設運維難度較大。迄今為止，影象和圖片，文字或電子表格在海綿城市的規劃、建設工作的開展中占據主導地位[1]，上述手段的不足主要有效率不高、運營和建設進度不能夠及時掌握，數據不連續，展示效果抽象等。BIM技術的發展為海綿城市規劃建設運維管理提供了可能，目前關于利用BIM技術對海綿城市規劃建設運維進行三維動態管控，研究較少。文章的研究核心圍繞BIM技術如何在海綿城市規劃建設應用來展開。

1 海綿城市簡介

“海綿城市”是在廣泛汲取國外涉水系統建設的經驗，并注重我國城市快速化發展需求的基礎上提出的綠色發展理念。近年來《海綿城市建設指南——低影響開發雨水系統構建》在住建部公開發表，海綿城市指城市能夠擁有海綿類似的特性，能夠有效地應對自然條件變化，針對緩解自然災害也能起到很好的效果，降水時能做到雨水的吸收、蓄存、滲透和凈化，缺水時可將水進行有效的釋放，緩解干旱帶來的不利影響。從城市雨洪管理角度出發，海綿城市是一種可持續的城市發展模式，其內涵為現代城市應該像海綿一樣能夠將雨水資源吸納、凈化和利用，同時在應對氣候變化、防災減災、維持生態功能方面具有充足的能力?！吧鷳B為本、自然循環”的理念是海綿城市發展的核心，城市原始地貌、綠色植被、土壤濕地和水體等地形地貌對于水環境的有效循環都起到了至關重要的作用。

2 海綿城市建設中存在的問題

海綿城市的建設是一項大型綜合性工程，從規劃設計、工程建設到運維管理，需要多個部門和多個專業統籌協調，而在實際工程中海綿城市建設存在一些問題。

2.1 規劃設計階段

海綿城市的規劃設計是由多個專業協同配合來共同完成，涉及氣象、水文、環境、景觀等多專業的綜合知識體系，各專業之間協調難度大，一些海綿設施的布局與建設層面可能會與現有管道走位或設施發生碰撞，隱蔽的風險不宜察覺。在海綿城市設施建設全過程中的文字圖紙資料，如何確保其最終的更改到位，與建設過程中的修改保持一致，不造成信息的缺失遺漏，也是需要加強對建設過程的監督和管理，避免成果的延續性和繼承性較差。

2.2 建設階段

目前，海綿城市的建設主要依據平面圖紙展示，可視性效果較差，造成操作人員對于某些復雜項目部位的理解不夠準確。相較于三位立體模型，平面圖形在雨水花園、下凹式綠地、雨水管網等設施的展示層面還存有許多不足，最重要一點為不夠立體，多角度截面與多圖層的結合展示在所難免，施工時容易，會造成與建筑、道路等碰撞沖突，需調整圖紙，重新施工，延長施工工期。各工種間協調困難，施工效率較低。

2.3 運維階段

海綿城市的運維階段需要參考施工過程的二維圖紙，平面圖紙的信息準確性尤為重要，海綿城市的建設是個多專業綜合知識運用的結合體，建設現場復雜，設施種類繁多，許多設施在建設過程中若存在不合理的問題都需要及時的進行技術交流，現場進行更改，并且此類事件較多。運維是海綿城市的后續接管階段，符合確保運維信息與建設過程圖紙信息一致，是擺在海綿城市建設過程中的一道難題，任何信息的缺失與失真都將導致海綿設施運維困難。

3 BIM技術在海綿城市規劃建設運維中的應用

3.1 BIM技術的特征

BIM是一種包含項目信息在內的三維立體可視化模型。建筑信息模型貫穿于項目的整個生命周期，通過利用設計中相互協同、施工中相互協調以及節能分析和設施設備碰撞檢查等多種方式，實現項目的優化設計、高效施工與高效管理。BIM技術在海綿城市規劃建設運維管理中具有可視化、協調性和關聯性三個特點。

3.1.1 可視化

BIM技術可將傳統的二維圖紙轉換成虛擬的三維模型，將項目的實際效果以實物立體的形式進行展示，效果更加直觀。

3.1.2 協調性

在項目建造前期BIM可通過碰撞檢查對各專業的沖突問題進行協調，防止在施工過程中出現各部分沖突，減少不合理方案的變更，提高施工效率。通過三維施工模擬，確定施工方案，合理組織施工過程。

3.1.3 關聯性

整個模型對象在平面、三維等多角度觀察下均可通過識別功能建立聯系，資料和圖紙的構建是個復雜的過程，關鍵信息鏈為模型信息的識別和統計。若模型中某個模塊在任一視圖模式下與之前特性不同，與之關聯的所有視圖均會發生改變，模塊信息的準確完整是非常重要的，實現的前提是做到一處修改，處處關聯。

3.2 BIM技術在海綿城市規劃建設運維中的應用

目前，BIM技術在海綿城市建設中主要用于某一階段或某幾個階段的建設過程。例如上海市虹口區市政道路配套大修項目為依托，基于BIM技術對海綿城市的市政配套設施進行三維優化設計，通過構建族庫的方法實現系統的高效規劃，在三維模型基礎上進行二次開發，實現對海綿設施的性能優化。將BIM技術用于玉溪海綿城市建設中的地形建模、三維場布、三維樣板、智慧工地等方面，提高了項目各專業的相互協調、溝通效率，加快施工進度，節約施工成本，提升精細化管理水平。運用BIM、GIS、云計算、大數據等信息化技術構建小寨海綿城市設計、施工、運維管控（在線監測、預警預報、應急處理等子系統）智慧管理平臺，實現西安小寨地區海綿城市項目設計數字化、建造過程信息化、運維管理智能化。

通過以上案例可以看出，BIM技術在海綿城市規劃建設運維中已有一些應用，但其發展還處于初級階段，各個項目之間相互獨立，項目所在地區的地形地貌、水文、水利、降雨、道路、地下管線等參數千差萬別，如何應用已建項目構建未建或在建項目的數字化平臺，值得進一步研究。通過文獻查閱，建立一個BIM標準化平臺或許可以解決這一難題。

3.2.1海綿城市BIM模型的創建

建設項目海綿城市BIM模型的創建首先需要對和項目有關的不同專業領域信息進行分類，根據項目信息及海綿設施族庫創建海綿設施三維模型，同時結合項目地形特征創建三維場地模型，在此基礎上完成海綿城市三維可視化模型創建，該模型本身的數據及項目的信息都存儲在對應的數據庫中，不同的參與方都可基于平臺查看項目的相關信息，需要時可借助平臺導出建筑、道路、海綿設施、管網等信息。

3.2.2 數字化施工管理

基于BIM技術的標準化平臺可首先對海綿城市施工全過程進行數據采集，在確保數據信息準確的前提下進行處理并分析，進而表達出合理完整的施工方案。該平臺對于施工方案的合理選擇提供了重要的借鑒價值，通過該平臺的合理運用，可實現多方案比較，進而規避不足，比選出貼合的方案。平臺的應用不僅在平面展示方面，在多維度視角方面可做到四維、五維立體展示，通過多維度視角的切入可以完善施工計劃，使施工資源與現場環境相匹配，減少機械與場地匹配不足等突出問題。應用該平臺可提高工程施工過程的信息化管理水平，降低施工成本，提高施工質量，保障施工安全。

3.2.3 智慧化運維管控

結合物聯網、地理信息系統、BIM和數學模型等技術，該標準化平臺可實現在線監測、預警預報、洪澇災害應急處置、運維管理等功能，有效收集相關信息，并對信息進行處理、分析并決策，具備一體化、智能化和可視化等功能，最終構建基于BIM技術的海綿城市智慧化運營管控機制。

3.2.4 在線監測

該平臺基于物聯網、BIM和大數據等技術，可對各海綿體及降雨數據同步監控，將降雨量、徑流量、水質指標、各海綿設施設備運行狀況等監測結果接入數據庫，并應用三維模型構建地表漫流模型，通過嵌套城市排水模型，模擬海綿體積水情況，在平臺上直接觀察內澇的動態變化過程，對有可能發生內澇的地區進行人工采樣復核的管理方案。

3.2.5 預警預報

BIM標準化平臺可實現城市內澇預警、水質預警、水位預警等，例如根據雨水管網液位高度和內河水位情況，設置一定的限值，在水位超過警戒值的特殊情況下及時警示。還可對儀器設備故障及泵站運行情況進行預警，并將結果按照圖表方式進行動態顯示，管理人員借助各項數據，能夠及時分析信息并進行可視化管理，同時與監測系統實現聯動，對各類異常情況進行及時預警和報警，減少不必要的損失。

3.2.6 應急處置

BIM標準化平臺可在發生暴雨、洪澇災害等緊急事件時，及時對排澇泵站、調蓄池和防汛物資及人員進行在線調度，同時平臺及時記錄指定區域內突發事件應急處理處置方案，跟蹤相關操作人員的處置過程。進一步提高災情警情的預判能力，避免和減少突發事件造成的人員傷亡和財產損失。

4 結語

文章論述了海綿城市規劃設計運維中存在的問題，結合BIM技術的可視化、協調性、關聯性的特點，以及BIM技術在海綿城市建設中的應用實例，提出BIM技術解決海綿城市規劃建設運維存在問題的途徑，建立標準化的數字化平臺。從海綿城市三維模型的創建、施工過程管理、運維管控三個方面介紹了該平臺的功能，該平臺可實現各個專業間協同設計，可對土建、管道、海綿體等進行碰撞檢查，可以實現參數化三維建模，并與施工方案的比選、分析計算實時對接，還可實現海綿體狀態可視化跟蹤管理。應用BIM平臺可進一步促進海綿城市建設標準化、規范化，為智慧城市的實現提供基礎平臺，為建設智慧城市探索道路。