智慧城市建设背景下地下空间信息化技术及应用

刘常涛, 林 岚

(1.福州理工学院,福建 福州 350001； 2.福州建筑工程职业中专学校,福建 福州 350001)

1 前言

目前,我国正在进行大规模地下空间建设,如地铁、地下室、地下管廊等,然而在建设过程中面临已建地下空间资料记录不全、手工管理数据方式笨拙等问题,这些问题增加工程建设及运营维护难度,在这种情况下,信息化建设被提上日程,城市的发展推动着地下空间的信息化建设,计算机技术及相关领域应用技术的不断进步和完善使得实现地下空间信息化成为可能。

从实际工程来看,我国建筑行业各企业在工程实践中经常遇到地下空间信息不齐全、在建工程周边建构筑物地下空间信息缺失、工程后期运营维护难等实际问题,在此背景下,采取地下空间+“BIM”等信息化手段成为解决这些问题的途径。

2 国内外研究动态

关于地下空间信息化的研究很早就被世界各国所重视,特别是欧美发达国家在这方面已经建立了比较完善的数据库。发展情况简述如下：

20世纪80年代,荷兰阿姆斯特丹建成了大型数据库管理系统(INGEO-BASE)[1]。

1998年,美国前副总统A. Gore提出“数字地球”[2]概念,引起了各国政府的高度重视。

2001年,英国地质调查局开展数字地学空间信息DGSM( Digital Geoscience Spatial Model)[3]研究,历时5年建立了三维地学信息系统框架。

2003年,弗吉尼亚理工大学开展AMADEUS(adaptive real-time geologic mapping,analysis and design of underground space)[4]研究计划,运用三维数字变形测量技术,对隧道开挖和支护进行模拟分析。

李晓军,刘雨芃[5]从管理体系构建、信息化平台建设、基础资料信息化、工程应用四个方面系统地阐述了城市地下空间信息化管理的内容,其中考虑了不同城市地下空间信息化现状和特点。

吴寒[6]等以重庆市地下空间数据管理系统建设为例探讨了数据的信息化管理。

李晓军等[7]拓展现有数据标准在城市地下空间中的应用;数据结构化与XML交互;元数据标准化;原始数据和全过程数据标准化。

综上,目前地下空间信息化研究还有很多事情要做,运用BIM技术、物联网技术参与信息化建设大有可为。

3 工程应用

该地铁站点位于福州市,是福州市地铁车站中比较重要的一站,车站周边有已经建好的学校、房屋等建筑物,车站周边还有道路,道路下放埋设有各种地下管线,有：给排水管、雨水管、电力电信管道等等,该车站情况较为复杂,应用BIM技术对该项目进行地质建模、管线建模、车站建模、复杂节点建模、人流规划,通过模型的建立及应用可以达到优化设计、指导施工的目的。

3.1 地铁车站周边地质建模

福州地质情况复杂,而且大部分区域土质较差,特别是在市区内,主要以淤泥为主,大部分地段地下2m范围内以粘土为主,该层成为福州大部分多层建筑的地基部分,继续往下10m范围内以淤泥为主,且该淤泥层含水量较高,局部可以达到70-80%,属高压缩性的软弱淤泥,该层淤泥也是做大部分地下工程施工时比较难对付的地质情况,由于含水量高,在施工过程中要特别注意淤泥层的监测,再往下30-35m属于砂层和软土淤泥交互出现的情况,该层也是福州大部分小高层住宅建筑的桩基持力层。

运用建模软件进行地质模型设计(见图1),在地铁施工过程中,可以结合地质模型对每个地质断面进行分析,指导地铁施工,避免施工事故。

图1 地质模型

3.2 地铁车站附近管线建模

该车站施工现场狭小,情况复杂,周边地下管线较多,在施工过程中可能出现破坏管线的情况,为了避免这种情况发生,将收集到的地下管线图纸、竣工资料等信息进行建模(见图2),与车站模型形成一个整体,指导施工。

图2 地下管线模型

3.3 整体模型建立

将结构、建筑、机电模型在BIM软件中进行组合,得到地铁车站的整体模型(见图3)。运用该模型可以进行碰撞检查、装修细部展示、钢筋下料表生成等。

图3 地铁车站模型

3.4 复杂节点钢筋布置

图4 复杂钢筋节点模型

地铁主体结构复杂,钢筋布置密集,特别是在复杂节点处会出现大量钢筋纵横交错的情况,在技术交底时很难用二维图纸交代清楚,借用BIM技术进行建模(见图4),通过3D模型进行技术交底,可以让工人更直观的了解节点情况,避免钢筋错漏。

3.5 人流规划

地铁车站按人流规划用途,一般分为非付费区与付费区,通过模拟人流状态,建议设计上应当考虑在付费区重新布置单向人流方案,避免在车站使用过程中采用放置栏杆的方式解决人流疏导,影响通行效率(见图5)。

图5 模拟人流

4 总结

通过运用上述信息化手段,进行地铁车站周边地质建模、地铁车站附近管线建模、整体模型建立、复杂节点钢筋布置、人流规划运用,在工程施工过程中起到了优化设计、指导施工的作用,得到各参见单位好评。