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、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)價值，盡管不同歷史階段的文明各有特點，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，項目的規(guī)劃、設(shè)計、施工等存在諸多問題：缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的規(guī)劃、協(xié)同設(shè)計體系與技術(shù)規(guī)范不完善、施工信息管理手段落后、運營維護難度大。

如今，BIM技術(shù)已在我國地面建筑許多項目中得到了成功應(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。要充分開發(fā)利用地下空間，需通過BIM技術(shù)實現(xiàn)信息建模，并應(yīng)用到地下空間工程的各個階段。

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系列軟件強大的建模、渲染和動畫技術(shù)進行多方案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

設(shè)計階段

地下空間工程設(shè)計主要包括總平面設(shè)計、建筑細部設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和機電系統(tǒng)設(shè)計等。設(shè)計決定地下空間工程建成后的工程實體能否發(fā)揮其設(shè)計功能。利用BIM技術(shù)，進行合理設(shè)計，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營維護。

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

各專業(yè)、各流程軟件數(shù)據(jù)交互，保證設(shè)計數(shù)據(jù)能夠通過模型正確共享。每個設(shè)計對象都有各自的設(shè)計變量，不同設(shè)計變量之間的關(guān)系構(gòu)成約束?；谶@些約束，應(yīng)用沖突檢測工具檢測模型中存在的沖突，快速地發(fā)現(xiàn)BIM模型中個專業(yè)內(nèi)部及各專業(yè)之間存在的空間碰撞，并形成碰撞報告。對模型進行同步修改，減少設(shè)計人員的重復(fù)勞動和錯誤率。

另外，運用Cloud-BIM技術(shù)，將BIM所需的軟件、存儲能力、運算能力分布于云端，在云端實現(xiàn)模型的創(chuàng)建、展示、碰撞檢測等功能?；诘叵驴臻g工程協(xié)同設(shè)計的需要，構(gòu)建協(xié)同設(shè)計平臺架構(gòu)，使用云端上的數(shù)據(jù)及軟件進行協(xié)同設(shè)計與分析。充分利用BIM模型信息，避免重復(fù)建模，實現(xiàn)高效設(shè)計。

施工階段

在地下空間工程施工中，施工信息化在工程進度、物料追蹤、可視化管理等方面的優(yōu)勢凸顯。

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。

施工進度動態(tài)模擬

BIM技術(shù)的4D（3D+Time）模擬建造過程能實現(xiàn)對施工進度的查詢和調(diào)整、監(jiān)控。將施工過程中的材料、勞動力和成本等信息輸入BIM施工模型中，進行施工進度模擬，對比實際進度和計劃進度，分析進度偏差，結(jié)合現(xiàn)場情況對施工計劃進行實時調(diào)整。

物料追蹤管理

通過BIM技術(shù)的4D關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，及時獲得施工過程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為制定采購計劃、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，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，實現(xiàn)對物料跟蹤管理。

可視化管理

將施工各階段、各專業(yè)的信息集成到Autodesk Navisworks Manage施工可視化分析平臺，利用BIM可視化技術(shù)進行工程施工進度動態(tài)展示；生成施工過程中動態(tài)的資源需求量及消耗量報告，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，得到成本動態(tài)模型，繪制成本動態(tài)＂直方圖＂，監(jiān)控支出情況；利用3D模型進行施工場地動態(tài)布置，賦予各施工設(shè)施4D屬性信息。基于以上技術(shù)，實現(xiàn)對施工過程的進度、資源、成本和場地管理。

運行維護階段

集成設(shè)備的基本信息、合同信息、成本信息和運行維護管理信息，使用Architecture軟件建立BIM設(shè)備模型，通過Bentley Revit軟件的開放數(shù)據(jù)庫互連，形成一個包含BIM模型中設(shè)備信息的初始運維管理數(shù)據(jù)庫。結(jié)合BIM模型和設(shè)備運維數(shù)據(jù)庫建立一個基于BIM的設(shè)備運行維護管理模型，實現(xiàn)對地下工程設(shè)備運行維護階段的可視化管理。地下空間多是人員集中的場所，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)對突發(fā)狀況的預(yù)警和人員的疏散提供信息。

系統(tǒng)分析

系統(tǒng)分析就是按照業(yè)主需求和設(shè)計規(guī)定，衡量地下工程性能，對機械操作、能耗分析、人流分析、照明分析、內(nèi)外部氣流模擬等工程項目性能進行評估。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)，通過分析模擬對系統(tǒng)參數(shù)進行相應(yīng)的確定或修改，甚至制定系統(tǒng)改造計劃，從而提高地下工程項目的性能。。

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，利用BIM設(shè)備運行維護模型，能清晰地展現(xiàn)出緊急狀況點的位置，設(shè)計最合理路線，及時疏散人群，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。

地下空間發(fā)展的國際化趨勢

美國波士頓：道路地下化

波士頓中央大道，經(jīng)歷了由高架道路到地下道路的地下化過程。這個工程被稱為美國有史以來工程量最大、工期最長、資金投入最多的市政工程，驗證了城市道路及高架道路的地下化趨勢。

加拿大蒙特利爾：地下城市

由于寒冷的氣候，蒙特利爾居民的地面出行多有不便。依靠1972年蒙特利爾世博會的成功舉行，開發(fā)了大規(guī)模的地下綜合體。如今，蒙特利爾已建成世界最長的地下步行系統(tǒng)。

日本東京：共同溝

共同溝，又名綜合管廊，最早形成于巴黎。經(jīng)過幾十年發(fā)展，在日本達到成熟階段。日本東京的共同溝的長度在世界各大城市中排名榜首，在規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理、營運等方面自上而下和自下而上已形成了一整套完整的法律、法規(guī)、規(guī)定、辦法。

法國巴黎的經(jīng)驗：廢棄礦穴資源的利用與立體化城市

法國巴黎最早的地下空間開發(fā)為廢棄礦穴的再利用。利用幾個世紀(jì)之前挖掘的廢棄礦井布置城市下水道、共同溝、防空防災(zāi)設(shè)施，并1890年成功用于巴黎世博會中國館與印度館的設(shè)置，取得了轟動效應(yīng)。

巴黎城中心地區(qū)的雷亞諾中央廣場改造實行立體化再開發(fā)，把貿(mào)易中心改造成一個綜合功能的公共活動廣場，在強調(diào)保留傳統(tǒng)建筑藝術(shù)特色的同時，開辟一個以綠地為主的步行廣場，為城市中心區(qū)增添一處宜人的開敞空間；與此同時，將交通、商業(yè)、文娛、體育等多種功能都安排在廣場的地下空間中，形成一個大型的地下城市綜合體。

巴黎的另一個成功案例為拉德芳斯新城的立體開發(fā)。在拉德芳斯的地下，建立了龐大的地下道路系統(tǒng)。將到發(fā)交通與通過式交通一并安置在道路地下。地面全部綠化、廣場，儼然一座公園式的城市，人行環(huán)境舒適安全。

未來我國城市地下空間發(fā)展的需求預(yù)測

交通設(shè)施的地下化、 大型地下綜合體、民防與綜合防災(zāi)設(shè)施、市政管線的地下化與集約化、基礎(chǔ)設(shè)施地下化、倉儲設(shè)施的地下化、科技和人才的集約與復(fù)合和體制、機制與政策、法規(guī)等

未來地下空間優(yōu)選發(fā)展的10大科技領(lǐng)域

1、城市地下空間的規(guī)劃設(shè)計理論、方法與技術(shù)規(guī)范。

2、大型、深層地下空間設(shè)施建設(shè)新技術(shù)與成套機械設(shè)備的國產(chǎn)化。

3、軌道交通的運營車輛及相關(guān)設(shè)備的國產(chǎn)化。

4、地下空間環(huán)境舒適性與安全性營造的理論、方法、標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)設(shè)備研制。

5、適用于地下空間開發(fā)利用的生態(tài)、節(jié)能型新材料、新工藝及新設(shè)備的研制。

6、地下空間開發(fā)利用與城市環(huán)保災(zāi)害防治新技術(shù)。

7、地下空間資源的數(shù)字化、信息化及其應(yīng)用技術(shù)。

8、城市地下空間突發(fā)性事故的應(yīng)急對策與措施研究。

9、城市地下空間開發(fā)利用的綜合經(jīng)濟研究。

10、城市地下空間開發(fā)利用的保險機制及風(fēng)險研究。