基于BIM对地下结构空间的现状及未来发展的研究

吴晨源 谢栋明

（福建农林大学金山学院 福建福州 350000）

引言

城市地下空间的开发利用是改善城市环境、扩大城市容量、缓解城市交通的有效方式，是建设资源节约型、环境友好型城市的重要途径。目前国内城市地下空间在功能上大多以商业广场和交通为主，功能较为单一。本文着重于城市地下空间利用的现状和未来的发展进行研究，使建设的城市逐步走向资源节约型和环境友好型。

1 相关概述

1.1 地下空间概念

地球表面以下是一层厚厚的岩石圈，岩石表面经风化成土，形成不同厚度的土石层，覆盖着大部分土地。岩石层和土层在自然状态下是实体，只有在外界环境的作用下才能逐步形成空间。由天然形成或人工开发在土层或地下更深层的空间称为地下空间。地下空间的开发利用可为人类的生活生存开辟了新的空间，并能弥补在地面上无法实现的对空间要求的空缺，地下空间的存在是大自然给予人类的宝贵资源。

1.2 中国地下空间发展道路

我国城市地下空间开发利用的开始是位于西北的窑洞，是在20世纪60年代末特殊时期特殊的世界形势下起步的，一直持续到80年代中期的主体都是人民防空工程。进入21世纪后，城市地下空间的利用在容量和质量上，都有了一定的提升。我国目前城市有654个，在地级以上城市中，三百万和小于三百万人口规模的城市数量增长速度最快，有121个；大于三百万小于五百万人口规模的城市有15个；五百万及五百万以上人口的城市有13个。从总体上来说，虽然人口在不断的增多但是大部分城市仍处于发展的最初级阶段，不仅发展很不平衡，所处的自然条件和地理环境也存在很大的不同，所以开发利用城市地下空间是未来城市发展的必走之路且有益于城市的发展。

2 城市地下空间的现状

2.1 资源节约型社会发展要求对城市空间充分利用

我国是世界上的人口大国，但我国资源相对不足，而且环境承载能力不高甚至很差，在今后的一段时间，人口还将不断增长，那时资源量与人口量不匹配的矛盾更明显。我国目前面临着能源短缺、淡水和耕地资源紧缺的问题，我国资源环境变化带来了的多种问题使得本来严峻的资源环境变化工作变得更加迫切。所以，建设资源节约型社会是实现科学发展的关键。

2.2 环境友好型城市决定城市地下空间的开发为未来重点

建设环境友好型城市是我国发展现在必须要走的道路。人类社会活动对自然生态环境的保护、生活强度在生态环境承载力范围内这都是建设中必须要做到的，与此同时不仅要加大管理力度还要综合实施经济、技术等不同方面的措施，加大生产与消费之间的监控，从而降低污染进而实现污染无毒害，最终实现社会经济系统对生态环境系统影响很小的目标。

3 城市地下空间未来发展分析

3.1 城市历史文化保护区地下空间规划

中国有着悠久的历史，很多城市是历史文化名城，但是在一些旧城区开发建设中会对这些历史名城造成建设性的破坏，造成城市历史文化的缺失。为了避免这样破坏的产生，通过对城市历史文化保护区地下空间资源与利用，从规模、布局、发展形态等不同方向统筹安排地上、地下城市用地，通过合理配置城市基础设施来减少未来发展可能遇到的问题，达到充分合理的利用旧城区的地下空间，最大限度减少对保护区地上建筑及街区历史风貌的建设性破坏，从而使旧城历史文化保护区得以更加合理有效的保护。具体模式有三种：①以居住功能为主，在开发规划时要满足居住及所需配套功能。地下居住空间不仅要在地下资源范围内还要与地上的布局相对应。②以商业功能为主的保护区地下空间。浅层地下空间资源用于对采光和通风要求较高的旅馆和商用住宅，深层地下空间资源用于大规模的商城、娱乐城以及与之配套的仓储设备等。③混合功能为主的保护区地下空间。依照保护区的实际情况合理开发，居住空间充分利用浅层地下空间资源、商业空间利用深层地下空间资源。

3.2 城市地下物流系统规划

地下物流系统可以有效减少氮氧化物和二氧化碳的排放量。可能在初期的建设投资耗能及维护投入比较高，但是从长远综合效益看是非常有利的。其主要模式有三种：①地下独立节点。具有独立的地下物流中心或配送中心但是又和周围的地面物流相互联系相互配合。虽然具有一定的优势也能克服地面空间的不足，但实际并不形成真正意义上的地下物流系统。②地下专线系统。其主要方式是将货物分类，一部分货物在地下开发的线路进行运输，专用运输路线与地面运输系统直接联系，直接错开地面交通拥挤路段。由于自身在地下的特性，在其内部环境结构相对简单所以一般采用无人驾驶、自动导航的运输工具。③地下物流网络。通过相对完备的地下物流网络与城市中心连接，将货运中心本身作为地下物流网络的一部分。将在未来发展中不断完善系统内部的自动化专用承载工具，逐步实现多功能运输工具在地下系统内运行。

3.3 相关法律及规范体系日趋完善

为了跟上社会前进的脚步，达到城市经济的繁荣，目前我国大中城市已经开始探索开发建设不同层面的地下空间并取得了良好的成绩。由于我国城市地下空间规划开发不久，仍处于发展阶段，从而各个方面都存在问题其中编制技术将面临的问题更加突出。地面空间经过多个世纪的建设和发展其体系已经很完善，相比之下地下空间规划未来要做的还很多还需不断完善。分析其主要原因是地下空间开发建设还在初级阶段，很多问题可能出现的问题都无法预测所以地下空间规划编制没有相应成熟可利用的标准和规范。在中国城市规划领域中，相对于地面空间规划来说地下空间的规划是新型的城市结构，其发展历程不长也不成熟。截止目前为止，我国还没出台任何具有国家性质的相关法律法规。

3.4 BIM技术在地下空间开发的利用

目前，BIM技术在中国城市地下空间开发利用中的应用尚处在起步阶段。2013年2月7日，上海市民防办赴上海市地下空间设计研究总院，围绕利用BIM技术服务于民防工程及城市地下空间建设管理展开调研，指出要将BIM技术应用于民防工程及地下空间建设管理，实现建设全生命周期建筑信息的智能化和信息化，提高上海市的地下空间开发利用效率和建设、管理信息化水平。

BIM技术在城市地下交通方面的成功应用还包括杭州东站建设、济南西客站站前广场地下工程等。杭州东站和济南西客站的建设都具有结构复杂、工程量大、管线多而复杂、施工难度大等特点。在杭州东站建设中，基于BIM可视化技术的三维空间建模，为运用BIM技术进行模拟施工、选择最佳的施工方案提供了基础；另外，虚拟现实（virtualreality，VR）技术的应用有助于设计方案的理解和决策，同时也加强了施工过程中的风险控制。基于BIM平台，结合城市整体的发展方向和发展思路，将城市地下空间规划融合到城市总体规划中。

但是就目前国内的现状来看还存在以下问题：①我国BIM规范及标准还处在制定阶段。②BIM软件功能不足是影响BIM价值实现的主要障碍。一方面，BIM软件国际垄断性强、各软件兼容性差；另一方面，虽然国内的各大软件公司也在开发自己的BIM软件，但是远远不能满足BIM发展的需要。③要想BIM技术能够快速发展，大量培养专业的BIM技术人员是十分有必要的。一方面，将BIM有效引入高校学术项目和课堂教学中，另一方面，作为BIM相关企业，多与BIM技术发达国家的企业进行交流学习，结合自身情况，取长补短，不断完善我国的BIM技术。④对于地下空间的工程建设，要充分利用好数字地下空间这一新兴概念，首先构建好地下空间数据，对其进行标准化与数字化建设，使之能够作为BIM技术在工程建设过程中的基础与补充，完善BIM在地下空间与工程建设中的功能，提高工作效率，在今后的工作中可以进一步探究出更加适合于地下空间与工程的BIM技术。

4 结束语

我国的地下空间是非常有发展前途的，就现在实施的空间发展战略来看，我国应该规划出合理的地下立体空间，进而形成资源节约型和环境友好型的城市，与此同时，城市立体地下空间也是国内地下空间的一个发展趋势。目前我国城市在地下空间的运用逐步完善，商业广场、交通、人防等各个方面都在建设并投入使用，确实给人类的生活提供了便捷和新颖，与此同时也是人与自然关系会更和谐。就目前来看，我国城市在由平面到立体转变时，地下空间如何规划将展示城市的历史，更标志着城市的未来。我们城市在发展不仅要吸取别人的成功经验，还要从我国的现状和国情出发，建设适合我国的具有中国特色的地下空间发展典范。