BIM技术在智慧海绵城市建设中的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 19 日 作者简介：贾宗盼（1990），女，汉族，北京人，硕士，工程师，研究方向为水利水务方向的软件系统设计。-94-BIM 技术在智慧海绵城市建设中的应用 贾宗盼 北京艾森思科技有限公司，北京 100000 摘要：摘要：在“海绵城市”的概念中，重点在于以建筑作为载体，通过建造一定尺度的“海绵体”，增加雨水的回用率，从而形成自然的“海绵体”，本项目的研究成果将为我国城市水资源的开发利用和生态环境的改善提供新的技术途径。针对这一问题，本文章将基于 BIM 技术在“海绵城市”建设中的实际情况，结合实际工程，对 BIM 技术在“海绵城市”建设中的应用做了较为全面的探讨，以期为相关领域的科研工作者提供一些理论借鉴。关键词：关键词：海绵城市；BIM 技术；建设；应用 中图分类号：中图分类号：TU992 “海绵城市”建设需要“海绵”般的“弹性”，能够适应环境变化和自然灾害，如果遇到降雨，它可以储存水，吸收水，净化水，并且可以根据需要将储存的水释放出来再使用。“海绵城市”是我国城镇化过程中的一项重大任务，是推动城市生态环境持续改善、社会功能增强的一项重要技术手段，在城市给水排水学科的研究中占有举足轻重的位置。1 智慧海绵城市 1.1 海绵城市的概念及特点“海绵城市”的构建赋予了城市“海绵”属性，而“海绵”的核心是“雨洪管理”，也就是对“雨洪”进行调控与使用。其特点是：在处于多雨的条件下，具有吸水、贮水、渗透水和净化水的功能；在城市水资源短缺的情况下，可以将贮存的水排出，从而缓解城市用水短缺的矛盾。“海绵城市”是一种区别于传统排水体系的新型“海绵”体系，通过“天然调节”和“人为调节”相结合的方式，来提升城市用水效率，强化水环境保护。其他国家也有类似的构想。在“海绵”城市建设过程中，应充分利用雨水花园、凹地绿地和植草沟等措施，以延长雨水滞留时间。通过构建人工湿地、水库等设施，对地下水位进行实时调节，提高降雨资源利用效率，保障城市地下水位。“智慧海绵城市”是将“海绵”理念引入城市规划、建设与规划，通过生态、景观、技术等多种方法，实现对城市水资源的高效利用与再利用。“智慧海绵城市”作为城市可持续发展的一种重要途径，其核心是通过对自然降雨进行再利用、对排水系统进行智能优化，从而达到高效的节水和利用目的。“海绵城市”的管理与发展要以“智慧高效”“可持续”为目标，运用数据科学的思想，将网络设施、电子设备和信息技术的优点相结合，使传统的城市经营理念发生转变，让城市经营的数字化、智能化成为可能；在信息系统的帮助下，将软硬件有机地结合起来，使之成为一个统一的整体；建立一个功能完备、模块化的“海绵”管理子系统，以达到对管理对象进行智能化和数字化的管理；在此基础上，将水环境监测、决策与反馈等各子系统有效地进行水环境监测、决策，达到智慧、高效的城市管理。要使“海绵城市”和“海绵城市”一体化建设同步推进，才能显著提高城市的生态环境供应效率，从而使城市的水生态环境得到改善，在提高生态效益的前提下，有效地控制经营成本，促进城市的可持续、健康发展。“智慧”的“海绵城市”要从环境效益、科技等方面进行创新，在城市的规划与建筑中引入“海绵”的概念，有效地控制了城市的水环境，以达到有效管理的目的。“海绵城市”是指对水环境进行实时信息化的管理。“海绵城市”综合运用大数据、云计算等先进的信息技术，实现了对径流总量、污染水平、径流峰值等重要参数的实时监测，从而达到更为精细的管理，从而实现对城市生态环境的有效供给，提高环境的生态效益，与此同时，显著地改善了城市的水生态环境，并在很大程度上减少了管理费用，让这个城市在供应方面得到了可持续、健康的发展。2 BIM 数字化设计平台建设的相关案例 中国科技期刊数据库 工业 A-95-2.1 玉溪海绵城市整体改造工程 玉溪“海绵城市”综合整治工程主要内容有：建筑、公园及排水系统的“海绵化”，总面积 11.02 公里。本项目以 BIM 为基础，以玉溪“海绵城市”项目为依托，搭建三维立体模型与智慧工地平台，将地形建模解析与虚拟 AR 样板相结合，集成 3D 场布、苗木三维还原等先进技术，实现三维立体建模与智慧工地的融合。（1）模型的构建与分析。通过对各监测数据的集成，实现了“点”“线”“面”的双重恢复，并将其输入到相应的装置中进行建模。（2）模型优化，绘图。（3）3-D 建模。在此基础上，选取典型区域，采用 BIM、3D 建模等手段，对试点区域进行仿真与优化。与原模型比较，具有速度快、观察直观等特点。（4）AR 技术。该项目的改建内容包括路面植被和雨水排水设施，并利用 AR 技术对其进行建模，使居民能够直观地了解改造后的效果。（5）智慧工地。本文章将施工作业内容、管理内容与智能平台有机地融合在一起，实现对施工现场的全面管理与监控。2.2 老港再生能源利用中心 BIM 技术的运用为工程节省了九个月的建设时间，对其进行了深入的设计，节省了上百万的造价，达到了节能减排和绿色环保的目的。（1）3-D 模型在项目的初期，BIM 团队就利用 MagiCAD 完成了 BIM 的 3D 设计。在建立模型的最初阶段，按照专业划分，分别是：暖通，给排水等，首先对各个专业进行初步综合，确定各个专业的高程范围，再通过 MagiCAD 对其进行建模，最终通过MagiCAD协作完成模型的集成和检验。（2）碰撞检测。在 MagiCAD 中，实现了内外部碰撞等操作，一次就可以得到测试报告；通过对原有设计进行全面的管路调整，并通过手工复核获得修正意见，从而提高 BIM 团队的建模品质。（3）解决主要问题。最后，给出了一份碰撞测试报告。BIM 团队对碰撞检查报告进行分组讨论，然后进行人工审核，得出最终的结论。在此基础上，利用 MagiCAD 软件中的多个管道相互交错的特点，实现了对多个管道的并行处理，从而实现了对多个管道事故的处理。BIM 技术应用于“海绵城市”具有以下三个方面的创新。（1）海量模型轻量化整合。可以有效地解决目前城市建设项目中存在的一些不规范的问题，实现对城市建筑项目的远程监测和管理，加速 BIM 模型的轻量化管理，提高浏览速度。（2）“BIM+GIS+项目管控”深度融合。该平台以BIM 技术为基础，采用了 GIS 的情景管理模式，在此基础上，将 BIM 模型和工程控制进行了有效的连接，这为提高工程的过程控制和管理水平，达到了精细化管理的目的。（3）全生命周期的多专业协同管控。为了优化工程设计理念，要实现施工和设计各环节的协同办公；对审批意见进行集中化、个性化的分析，以提高交流的效率，强化管理的精确性与深度。3 国内海绵城市建设存在的问题 当前，许多研究人员都将精力放在了“海绵城市”建设中所采用的透水性材料和新工艺上，但对于“海绵城市”的多学科交叉和互融性的认识还不够，更需要在不同的区域环境中，对长期承担地下水补水、功能性蓄水和天然渗漏功能的植物种类及其适应性进行了研究。“海绵城市”并不只是一种机械的、单一的、在城市建设项目中挖掘、重建园林，而应该与综合的雨水管理方式相结合，建设一个功能完善的生态城市，改善生态环境，为实现社会经济可持续发展奠定坚实的理论和技术基础。复杂的海绵城市建设要求建立一个完备的运行与控制平台，但是，从目前的情况来看，国内外还没有一种专门为“海绵城市”建立而设计的、独立的联络和管理平台，无法对“海绵城市”建设过程中的风险进行事前控制与预警，也不能进行跨学科、跨领域的协作研究，这严重影响了流域径流模拟，影响了雨洪管理的目的和作用。为此，提出了一种以 BIM为基础，以“海绵城市”为研究对象，以构建“海绵”为核心的管理系统。4 BIM 技术在海绵城市建设中的实践应用 4.1 项目概况 某城市“海绵城市”是全国规模最大的“海绵城市”示范工程，主要采用 EPC 承包方式，总投资 65 亿元，工期 32 个月，建设的主要内容包含城市市政基础设施、附属海绵设施等。4.2 数字化设计平台 本项目所建设的“海绵城市”项目种类繁多，内容较为复杂，包括市政地下管道改造，综合管廊设计和施工，以及地下调蓄设施的建设。工程设计中的协作难度大，沟通交流复杂，所以，必须利用 BIM 技术，建立一个多专业、多层次的协作式数字设计平台，把中国科技期刊数据库 工业 A-96-各种数据信息都输入到数字设计平台中，从而达到多个专业之间的信息共享，提高设计内容与设计过程的协调性。4.3 数字化施工平台 通过 BIM 技术、物联网和大数据等技术，建立了一个基于数字建筑的城市建筑施工平台，既可以对建筑数据进行收集，又可以对所收集到的数据进行处理、表达，从而支持建筑技术计划的实施。在 BIM 的基础上，既可以对工程进行仿真，也可以对设计工作制定多种施工方案，同时，通过动态数字仿真，比较不同的使用与设计方案，评估其可行性，确保最优的建造方案，为本工程的顺利实施奠定了良好的基础。另外，这个平台还需要与 BIM 技术相结合，来优化工程建设过程中的技术内容，实现 4D,5D 数字仿真，以数字模型为基础，对施工工艺进行优化，编制出切实可行的施工规程，保证工地上的资源和场地都能满足建设需要，这样就可以实现对施工资源的合理分配，在施工现场避免施工设备和场地等的使用发生冲突，通过本系统的实际应用，可以有效地提高和推动工程建设技术的规范化、标准化，提升工程建设中“海绵”工程管理的信息化程度，为“海绵”工程建设提供先进技术支撑。4.4 智慧运维管控平台 以此项目为案例，结合物联网、BIM 等技术，构建“海绵”城市的智慧运行和管理平台，通过对“海绵城市”中的各类数据进行全面、详细的汇聚与分析，实现对“海绵城市”建设各环节与管理目标的有效控制，为“海绵城市”的构建与实施提供数据支撑。该工程的运行和管理平台可以实现在线监控、预警预报和评估管理等过程和功能。它不但可以高质量的数据处理信息，也将信息的采集、处理和决策进行及时、完整的完成，具有集成性、智能化、可视化等多个功能性特性，并以此为基础，建立以 BIM 为基础的“海绵城市”的运行规划和评估体系。（1）驾驶舱子系统 以 BIM、地图为底图，以“监测-预警-处置”为管理链条，直观展示“海绵城市”监测数据、考核评估指标、预警数据等，并汇聚项目管理、监测预警等多方面的数据统计，从而展示出“海绵城市”建设成效，为管理人员决策提供数据支撑，达到辅助管理人员决策目的。（2）在线监测子系统 利用 BIM 技术、大数据等技术，可以对城市不同区域的雨水、管网的水位与流量、海绵设施的水质进行实时监控，可以达到全面的分区分级管理，对智能化的监控管理过程进行了优化，对人工收集的雨水水质数据进行了汇聚，对各种管理制度和管理计划进行了优化。（3）考核管理子系统 考核评价系统的主要功能是通过在线的数字化监测技术，对填报的数据进行优化和精确的评价，实现对海绵城市的全过程的精细化分析。如通过监测信息，实现“海绵城市”的考核指标的自动计算，可实现自动计算的指标如年径流总量控制率、城市面源污染、雨水资源利用量等。（4）预警预报子系统 预警预报子系统包含内涝、水质监测预警等，还包括了对各设备进行的故障报警，比如，泵站的故障报警，可以将报警信息与数据反馈相结合，从而达到多点多端监控的目的，对预警信息进行自动表单派发，实现对事件的快速处理，提高事件的处理效率。（5）应急处置子系统 应急处理子系统主要针对预案进行管理，通过获取排水系统的现状和管理资料，方便地进行追踪积水原因，增强对城市内涝灾害等的准确预测能力，预防并最大限度地减少人员伤亡。（6）项目管理子系统 过该模块实现对项目的强有力管控，解决项目数量大以及分属不同的职能部门管控等问题。更好的满足对海绵城市建设过程实行统一化、标准化的全生命周期管理，及时发现海绵城市建设过程中的问题，采取有效的措施处理处置。5 结束语 总之，以 BIM 为基础的智慧海绵城市平台，既有网络技术的支持，又要有多个领域的交叉，通过与城市规划、地质勘测等多学科的交叉融合，充分发挥 BIM技术在城市建设中的作用。因此，实现“海绵城市”的可视化管理、动态模型的建立和数据的整合，是提高“海绵城市”建设质量的关键。中国科技期刊数据库 工业 A-97-参考文献 1高宁,杨永红,张紫红等.BIM 技术解决海绵城市规划建设运维中存在的问题J.江苏建材,2022(04):45-47.2付光成,马伍山,岳晓东等.BIM 技术在海绵城市建设中的应用J.住宅与房地产,2021(05):206-207.3张豪,吴晓奇.海绵城市建设中 BIM 技术的实践应用J.智能建筑与智慧城市,2020(10):106-107.4蒋仕益,贡达.BIM 技术在海绵城市建设中的应用探究J.智能建筑与智慧城市,2019(10):101-102.5钟凯,肖林,王晓强等.BIM 技术在玉溪海绵城市建设中的应用J.中国给水排水,2019,35(12):108-111.