地下空間工程是指在地面以下的巖體或土層中修建地下建（構(gòu)）筑物的工程，包括交通運(yùn)輸工程、工業(yè)與民用工程、市政工程及地下綜合體，在解決土地緊張、交通擁堵、能源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題中發(fā)揮了重要作用，是我國城市建設(shè)和改造的重要部分。  

縱觀漫長的歷史，人類從來沒忽視過地下空間的開發(fā)價(jià)值，盡管不同歷史階段的文明各有特點(diǎn)，但在爭取生存的過程中，人們都不同程度地利用著地下空間。從原始“穴居”到突尼斯瑪特瑪塔的“地下村莊”，從中國西北下沉式“窯洞”到現(xiàn)在的“地下都市”，地下空間利用的深度及廣度不斷得到深化和發(fā)展。  

突尼斯：馬特馬塔“地下村”  

隨著城市化進(jìn)程加快，我國地下空間工程建設(shè)發(fā)展迅速，改善了城市交通環(huán)境，節(jié)約了土地資源。但由于地下工程多屬隱蔽工程，項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等存在諸多問題。  

（1）缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的規(guī)劃；  

（2）協(xié)同設(shè)計(jì)體系與技術(shù)規(guī)范不完善；  

（3）施工信息管理手段落后；  

（4）運(yùn)營維護(hù)難度大。  

如今，BIM技術(shù)已在我國地面建筑許多項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用。在城市地下空間開發(fā)中，BIM技術(shù)的案例多集中在城市地下交通。  

我國地下空間開發(fā)多為地鐵衍生項(xiàng)目  

要充分開發(fā)利用地下空間，需通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息建模，并應(yīng)用到地下空間工程的各個(gè)階段。  

1.前期規(guī)劃階段  

BIM應(yīng)用于地下空間規(guī)劃，旨在建立一個(gè)信息模型。該模型能反映擬建工程的地下空間環(huán)境，包括地下空間資源數(shù)量、周邊已有地下建筑物以及地下管網(wǎng)系統(tǒng)布局。在此基礎(chǔ)上，分析擬建工程與已有工程的相互關(guān)系，利用BIM系列軟件強(qiáng)大的建模、渲染和動(dòng)畫技術(shù)進(jìn)行多方案3D模型的預(yù)演，合理選擇擬建地下工程的空間布局、結(jié)構(gòu)形式，并構(gòu)建資源系統(tǒng)、市政系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)的城市地下空間規(guī)劃指標(biāo)體系，從而使地下空間總體規(guī)劃定性控制定量化，定量控制具體化，定位控制準(zhǔn)確，增強(qiáng)總體規(guī)劃的科學(xué)性、合理性和可行性。  

中國最長地下走廊——武漢光谷中心城  

2.設(shè)計(jì)階段  

地下空間工程設(shè)計(jì)主要包括總平面設(shè)計(jì)、建筑細(xì)部設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)決定地下空間工程建成后的工程實(shí)體能否發(fā)揮其設(shè)計(jì)功能。利用BIM技術(shù)，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，預(yù)留維修空間，合理布置地下管線，便于后期的順利施工和運(yùn)營維護(hù)。  

三維建模是BIM技術(shù)與地下空間工程設(shè)計(jì)有效結(jié)合的前提。整合參數(shù)化設(shè)計(jì)等BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)，制定全面并具有可實(shí)施性的應(yīng)用流程，構(gòu)建全生命周期的BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)，在BIM三維環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析與優(yōu)化。  

基于BIM的設(shè)計(jì)流程  

各專業(yè)、各流程軟件數(shù)據(jù)交互，保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能夠通過模型正確共享。每個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)象都有各自的設(shè)計(jì)變量，不同設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系構(gòu)成約束。基于這些約束，應(yīng)用沖突檢測(cè)工具檢測(cè)模型中存在的沖突，快速地發(fā)現(xiàn)BIM模型中個(gè)專業(yè)內(nèi)部及各專業(yè)之間存在的空間碰撞，并形成碰撞報(bào)告。對(duì)模型進(jìn)行同步修改，減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng)和錯(cuò)誤率。  

另外，運(yùn)用Cloud-BIM技術(shù)，將BIM所需的軟件、存儲(chǔ)能力、運(yùn)算能力分布于云端，在云端實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建、展示、碰撞檢測(cè)等功能。基于地下空間工程協(xié)同設(shè)計(jì)的需要，構(gòu)建協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)，使用云端上的數(shù)據(jù)及軟件進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)與分析。充分利用BIM模型信息，避免重復(fù)建模，實(shí)現(xiàn)高效設(shè)計(jì)。  

3.施工階段  

在地下空間工程施工中，施工信息化在工程進(jìn)度、物料追蹤、可視化管理等方面的優(yōu)勢(shì)凸顯。  
按照IFC標(biāo)準(zhǔn)定義地下建筑構(gòu)件、組織地下空間結(jié)構(gòu)，提供3D建模。創(chuàng)建、編輯材料、進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全等施工屬性，并與3D模型相關(guān)聯(lián)。將包含工程屬性的施工BIM模型導(dǎo)出為IFC文件，供BIM施工管理系統(tǒng)使用。  

（1）施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)模擬  

BIM技術(shù)的4D（3D+Time）模擬建造過程能實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度的查詢和調(diào)整、監(jiān)控。將施工過程中的材料、勞動(dòng)力和成本等信息輸入BIM施工模型中，進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，對(duì)比實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度，分析進(jìn)度偏差，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)施工計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。  

（2）物料追蹤管理  

通過BIM技術(shù)的4D關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，及時(shí)獲得施工過程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為制定采購計(jì)劃、限額領(lǐng)料等提供快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。借鑒物流行業(yè)的成熟經(jīng)驗(yàn)，利用RFID技術(shù)的物流管理信息系統(tǒng)，結(jié)合BIM模型多維數(shù)據(jù)庫中建筑物、構(gòu)件和設(shè)備的所有信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料跟蹤管理。  

（3）可視化管理  

將施工各階段、各專業(yè)的信息集成到AutodeskNavisworksManage施工可視化分析平臺(tái)，利用BIM可視化技術(shù)進(jìn)行工程施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)展示；生成施工過程中動(dòng)態(tài)的資源需求量及消耗量報(bào)告，分析各階段的資源分配情況；結(jié)合結(jié)構(gòu)分解編碼與BIM模型，得到成本動(dòng)態(tài)模型，繪制成本動(dòng)態(tài)＂直方圖＂，監(jiān)控支出情況；利用3D模型進(jìn)行施工場(chǎng)地動(dòng)態(tài)布置，賦予各施工設(shè)施4D屬性信息。基于以上技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程的進(jìn)度、資源、成本和場(chǎng)地管理。  

4.運(yùn)營維護(hù)階段  

集成設(shè)備的基本信息、合同信息、成本信息和運(yùn)行維護(hù)管理信息，使用Architecture軟件建立BIM設(shè)備模型，通過AutodeskRevit軟件的開放數(shù)據(jù)庫互連，形成一個(gè)包含BIM模型中設(shè)備信息的初始運(yùn)維管理數(shù)據(jù)庫。結(jié)合BIM模型和設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)庫建立一個(gè)基于BIM的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下工程設(shè)備運(yùn)行維護(hù)階段的可視化管理。地下空間多是人員集中的場(chǎng)所，要合理安排突發(fā)狀況下的人員疏散，結(jié)合BIM模型的子系統(tǒng)對(duì)突發(fā)狀況的預(yù)警和人員的疏散提供信息。  

（1）系統(tǒng)分析  

系統(tǒng)分析就是按照業(yè)主需求和設(shè)計(jì)規(guī)定，衡量地下工程性能，對(duì)機(jī)械操作、能耗分析、人流分析、照明分析、內(nèi)外部氣流模擬等工程項(xiàng)目性能進(jìn)行評(píng)估。將系統(tǒng)分析軟件結(jié)合到BIM模型中，采用同一模型和系統(tǒng)參數(shù)，通過分析模擬對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的確定或修改，甚至制定系統(tǒng)改造計(jì)劃，從而提高地下工程項(xiàng)目的性能。。  

（2）災(zāi)害應(yīng)急模擬  

結(jié)合災(zāi)害分析模擬軟件和BIM技術(shù)，模擬災(zāi)害發(fā)生的過程，分析災(zāi)害發(fā)生的原因，幫助制定災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案。災(zāi)害發(fā)生時(shí)，利用BIM設(shè)備運(yùn)行維護(hù)模型，能清晰地展現(xiàn)出緊急狀況點(diǎn)的位置，設(shè)計(jì)最合理路線，及時(shí)疏散人群，幫助救援人員做出最準(zhǔn)確的應(yīng)急措施，提高應(yīng)急能力。  

通過BIM技術(shù)充分實(shí)現(xiàn)地下空間工程全生命周期各個(gè)階段的信息數(shù)字化，從而合理規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、提高工程施工質(zhì)量、簡化運(yùn)營管理。目前，BIM技術(shù)在我國城市地下空間開發(fā)和利用的運(yùn)用尚處在起步階段，應(yīng)用的內(nèi)容比較少，層次不深，需要不斷地研究和應(yīng)用來推動(dòng)深層次的應(yīng)用。