蘇 鋒

（中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065）

近幾十年來，隨著我國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，城市環(huán)境問題日益凸顯，快速的城鎮(zhèn)化發(fā)展導(dǎo)致城市下墊面發(fā)生顯著變化，混凝土、瀝青等不透水面積急劇增加，湖泊、綠地等透水面積顯著減少［1］，引發(fā)一系列城市水文效應(yīng)，如城市內(nèi)澇頻繁、城市水污染嚴(yán)重、水資源短缺等等［2］。

為了應(yīng)對和解決一系列城市水問題，2013年12月，習(xí)近平總書記在《中央城鎮(zhèn)化工作會議》的講話中提出“提升城市排水系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”，正式提出了“海綿城市”這一新理念。

住建部《指南》［3］對海綿城市的定義為：城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市的建設(shè)是國家“十三五”規(guī)劃城市建設(shè)的重點任務(wù)，是降低徑流污染、緩解水資源短缺及建設(shè)“低碳-生態(tài)”現(xiàn)代化城市的重要途徑。對于提高我國城鎮(zhèn)化質(zhì)量和生態(tài)文明建設(shè)水平具有重要作用。黨的“十八大”報告指出，建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)我國城鎮(zhèn)化和環(huán)境資源協(xié)調(diào)發(fā)展的重要體現(xiàn)，也是今后我國城市建設(shè)的重大任務(wù)［4］。

從目前海綿城市建設(shè)現(xiàn)狀看，海綿城市建設(shè)整體上仍處于在摸索中，還有許多問題亟待解決，如許多城市在海綿城市建設(shè)的規(guī)劃階段，存在對海綿城市建設(shè)工作難度和城市自身實際情況認(rèn)知不足、技術(shù)手段不匹配等問題，對建設(shè)目標(biāo)和控制指標(biāo)規(guī)劃不當(dāng)；在海綿城市的建設(shè)階段，存在“建”“管”分離，過分關(guān)注工程建設(shè)，不注重建設(shè)過程的管理等問題，從而導(dǎo)致海綿設(shè)施建設(shè)混亂、新建綠色設(shè)施效果差、重復(fù)建設(shè)等問題，難以保障海綿城市規(guī)劃目標(biāo)的實現(xiàn)［5-6］。

海綿城市建設(shè)要在涉及規(guī)劃的多方面統(tǒng)籌安排，涉及到排水、道路、管網(wǎng)、綠地等各個專業(yè)之間的協(xié)作和布局，需要在建設(shè)過程中打破多部門、多體系之間的壁壘，充分利用BIM技術(shù)是解決現(xiàn)存問題的有效途徑［7］，海綿城市建設(shè)中，利用BIM技術(shù)銜接各部門規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運維，支持海綿城市建設(shè)全生命周期管理，是全面提升海綿城市規(guī)劃決策水平、建設(shè)水平及運營管理水平的有效途徑。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用與研究

BIM作為一項新興信息技術(shù)，通過高科技的數(shù)字信息平臺對建筑物全生命周期的所有真實信息進(jìn)行仿真模擬。建筑信息模型的應(yīng)用并不僅僅局限于設(shè)計階段，而是貫穿整個項目的全生命周期，BIM包括了設(shè)計工種協(xié)同、工地施工協(xié)同、綠色節(jié)能分析、消防疏散分析等多種手段，從而實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計、高效施工與有效管理［8］。

BIM技術(shù)的應(yīng)用，能顯著改變當(dāng)前因多部門管理、缺乏協(xié)同機制、造成的人財物的浪費問題。在海綿城市建設(shè)中，可以對道路、管線、城市下墊面等已知構(gòu)筑物進(jìn)行統(tǒng)一信息化數(shù)據(jù)庫處理，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計、節(jié)約成本的目的［9-10］。但目前國內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用還僅僅停留在某一個或幾個建設(shè)項目的局部建設(shè)中，作為BIM技術(shù)核心要素的IFC標(biāo)準(zhǔn)，尚不能覆蓋除建筑工程以外的其他領(lǐng)域，如水利水電工程、道路工程、隧道及地下工程、港口工程，BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用也尚未形成一套完整的技術(shù)體系。

2 海綿城市智慧管理系統(tǒng)功能構(gòu)架

以西安市小寨區(qū)域海綿城市建設(shè)項目為依托，綜合運用BIM、GIS、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用等信息化技術(shù)構(gòu)建“海綿城市全生命周期智慧管理平臺”，以三維數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，以工程數(shù)據(jù)中心為核心，實現(xiàn)海綿城市工程設(shè)計數(shù)字化、建造信息化、運維智能化，為海綿城市工程設(shè)計、建設(shè)及運營提供全過程決策、全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期的綜合性服務(wù)。平臺采用B／S+M／S架構(gòu)，實現(xiàn)Web端和移動端的系統(tǒng)瀏覽，功能構(gòu)架如圖1所示。

圖1 海綿城市全生命周期管控系統(tǒng)功能構(gòu)架圖

圖2 海綿城市數(shù)字化設(shè)計平臺參數(shù)化設(shè)計功能

平臺構(gòu)架包括支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層以及決策展示層，其中支撐層提供基礎(chǔ)支撐及網(wǎng)絡(luò)安全保障，包括GIS地理信息系統(tǒng)、防火墻及上網(wǎng)行為管理等在內(nèi)的安全系統(tǒng)，同時提供現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測及化驗數(shù)據(jù)、工程進(jìn)度情況、運維情況等。數(shù)據(jù)層實現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換與共享，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的清洗、分類、整合、分析、調(diào)用、共享。應(yīng)用層主要構(gòu)建綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和服務(wù)平臺，包括數(shù)字化設(shè)計平臺、數(shù)字化施工平臺和智慧運維平臺。決策層是海綿城市的綜合決策窗口，包括工程項目數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、查詢及決策支持；展示層主要體現(xiàn)海綿城市智慧運維管控系統(tǒng)的展示方式，用戶可通過PC、大屏幕、移動終端等多種形式訪問本系統(tǒng)。

3 BIM技術(shù)在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 數(shù)字化設(shè)計平臺

小寨海綿城市的工程建設(shè)種類繁多，包括地下管網(wǎng)改造、城市綠地建設(shè)、綜合管廊建設(shè)、地下調(diào)蓄設(shè)施建設(shè)等，在項目設(shè)計過程中各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)困難，采用BIM技術(shù)建立多專業(yè)協(xié)同數(shù)字化設(shè)計平臺，建立海綿城市各分項工程的布置圖，并建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，把所有相關(guān)的信息按照標(biāo)準(zhǔn)錄入平臺，實現(xiàn)多專業(yè)間的信息共享，提高設(shè)計中的協(xié)同性。

專業(yè)協(xié)同數(shù)字化設(shè)計平臺的搭建使得海綿城市各分項工程的設(shè)計和布局更加快速、準(zhǔn)確，參數(shù)化建模功能可以與工程模擬、方案比選、計算分析實時對接（如圖2所示）；數(shù)字化移交模型的搭建也為后續(xù)的施工建造和運維管理的信息化和智能化奠定基礎(chǔ)。BIM技術(shù)增加了工作的直觀性，減少信息轉(zhuǎn)換錯誤和損失，有效提高了工作效率和質(zhì)量。

3.2 數(shù)字化施工平臺

利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，構(gòu)建小寨海綿城市數(shù)字化施工平臺，該平臺可實現(xiàn)海綿城市施工全過程數(shù)據(jù)的采集、處理、表達(dá)、分析于一體，為施工過程方案的決策提供技術(shù)支撐。平臺可對小寨海綿城市各類工程的施工進(jìn)行可視化模擬，對設(shè)計擬定的多種施工方案進(jìn)行動態(tài)數(shù)字化模擬，比較多種方案的可實現(xiàn)性，進(jìn)而為施工方案的優(yōu)化提供依據(jù)；同時該平臺結(jié)合BIM技術(shù)可對工程的施工過程進(jìn)行4D＼5D數(shù)字化模擬，如圖3所示，通過數(shù)字化模型對現(xiàn)場施工過程的模擬，制定合理的施工計劃，確定工程施工現(xiàn)場資源分配和場地占用，從而達(dá)到合理安排資源分配，避免施工機械、場地沖突等目的，平臺的應(yīng)用可促進(jìn)工程施工過程的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，提高小寨海綿城市工程建設(shè)管理信息化水平，為工程現(xiàn)場施工管理提供技術(shù)支持，降低施工成本，提高施工質(zhì)量，保障施工安全。

圖3 海綿城市數(shù)字化施工平臺施工進(jìn)度模擬

3.3 智慧運維管控平臺

結(jié)合小寨海綿城市運維管理的需求，基于物聯(lián)網(wǎng)、BIM、大數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型等技術(shù)，構(gòu)建小寨海綿城市智慧運維管控平臺，全面翔實的記錄小寨海綿城市運營管理各個階段的數(shù)據(jù)，支持小寨海綿城市建設(shè)過程及效果管控，為小寨海綿城市驗收考核提供數(shù)據(jù)支持。小寨海綿城市智慧運維管控平臺具備具在線監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報、考核管理、自動預(yù)警、洪澇災(zāi)害應(yīng)急處置、運維管理等功能，能有效地選取信息的收集、處理、分析、決策步驟，具有一體化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、聯(lián)動性的特點，最終實現(xiàn)小寨海綿城市建設(shè)運維過程管控與考核評估，如圖4所示。

圖4 海綿城市智慧運維平臺構(gòu)架

3.3.1 在線監(jiān)測子系統(tǒng)

在線監(jiān)測子系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)小寨區(qū)域遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)及雨情數(shù)據(jù)的同步監(jiān)控，涵蓋設(shè)施、設(shè)備、儀表、雨量、流量、液位、水質(zhì)等多項指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)，實現(xiàn)分類、分區(qū)的智能監(jiān)測并可進(jìn)行人工采樣復(fù)核的監(jiān)測管理方案，可對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，分析及可視化信息管理，如圖5所示。

圖5 海綿城市在線監(jiān)測子系統(tǒng)

3.3.2 考核管理子系統(tǒng)

考核評估子系統(tǒng)基于在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、填報數(shù)據(jù)、系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)，支持海綿城市建設(shè)效果的全方位、可視化、精細(xì)化評估，并通過多種展示方式進(jìn)行考核評估指標(biāo)的綜合展示、對比分析等。該系統(tǒng)利用統(tǒng)計分析、多點對比等方法研發(fā)相關(guān)算法［11］，集成海綿城市相關(guān)規(guī)范、規(guī)定、規(guī)章等管理管控文件中關(guān)于海綿城市考核及評價指標(biāo)，針對小寨海綿城市建設(shè)的7大項，18個子項指標(biāo)，如圖6所示，構(gòu)建系統(tǒng)完整的海綿城市考核評估評價體系，對海綿城市工程建設(shè)進(jìn)行水安全、水生態(tài)、水環(huán)境、水資源等多方面的考核，如圖7所示。

圖6 海綿城市考核指標(biāo)的生成

圖7 海綿城市考核管理子系統(tǒng)

3.3.3 預(yù)警預(yù)報子系統(tǒng)

預(yù)警預(yù)報子系統(tǒng)包括內(nèi)澇預(yù)警、水質(zhì)預(yù)警、水位預(yù)警、儀表設(shè)備故障預(yù)警、預(yù)警統(tǒng)計分析、泵站運行情況預(yù)警等功能，可結(jié)合各項數(shù)據(jù)分析判斷，實現(xiàn)與監(jiān)測系統(tǒng)的聯(lián)動，能設(shè)置自動處理及響應(yīng)流程，實現(xiàn)事故與事故處理方案間的自動執(zhí)行與部門間的自動調(diào)度，對各類異常情況進(jìn)行預(yù)警和報警功能，如圖8所示。

圖8 海綿城市預(yù)警預(yù)報子系統(tǒng)構(gòu)架

3.3.4 應(yīng)急處置子系統(tǒng)

應(yīng)急處置包括排澇泵站調(diào)度、調(diào)蓄池調(diào)度、防汛物資人員調(diào)度。該系統(tǒng)可實現(xiàn)小寨區(qū)域在暴雨、洪澇等緊急事件發(fā)生時，及時采用相關(guān)應(yīng)急措施，實現(xiàn)對指定區(qū)域內(nèi)聯(lián)合調(diào)度突發(fā)事件應(yīng)急處理處置方案的管理和維護，同時通過調(diào)度記錄掌握小寨區(qū)域排水系統(tǒng)調(diào)度操作信息，便于跟蹤各操作員的各項操作的詳細(xì)過程。提高災(zāi)情預(yù)判能力，避免和減少突發(fā)公共事件造成的人員傷亡和危害，如圖9所示。

圖9 海綿城市應(yīng)急處置子系統(tǒng)

4 結(jié)語

小寨海綿城市全生命周期智慧管理平臺以西安市小寨區(qū)域海綿城市建設(shè)項目為依托，以工程建設(shè)全過程管控與建設(shè)效果考核評估為目標(biāo)，以詳細(xì)的過程數(shù)據(jù)為支撐，運用BIM、GIS、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用等信息化技術(shù)實現(xiàn)了海綿城市工程建設(shè)中設(shè)計數(shù)字化、建造信息化、運維智能化，支持海綿城市在設(shè)計、建設(shè)和運維全生命周期過程中的監(jiān)管、考核評估與綜合管理，為海綿城市工程提供集成式、全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期的綜合性服務(wù)。該平臺的應(yīng)用可促進(jìn)海綿城市工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，是系統(tǒng)化的檢驗海綿城市各項工程建設(shè)效果的技術(shù)工具，同時也為智慧城市的實現(xiàn)提供基礎(chǔ)平臺，為智慧城市建設(shè)探索道路。

［1］中華人民共和國國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于深人推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見（國發(fā)［2016］8號）［Z］.2016.

［2］劉家宏，王浩，高學(xué)睿，等.城市水文學(xué)研究綜述［J］.科學(xué)通報，2014（36）：3581-3590.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于印發(fā)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南-低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》的通知（建成［2014］275號）［Z］.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2014-10-22.

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［11］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于印發(fā)《海綿城市建設(shè)績效評價與考核辦法》的通知（建成［2015］635號）［Z］.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2015.