【上海】地下空间智能化信息化实践和探索

上海地下空间智能化信息化实践和探索中国建设教育协会BIM专家委员会委员上海市科技委专家/上海市住建委专家教授/教授级高级工程师/博士生导师张鹏飞

博士2017.11.1一.地下工程智能化信息化二.基于BIM技术的数字沙盘奠定地下智慧城市三.大数据时代背景下的后世博园区地下空间智慧建设和运营一

地下工程智能化信息化1.1

智能化基坑与地下工程监测云服务平台城市地下空间工程建设过程中，以工程安全管理为出发点，实现监测数据智能处理及预报警分析的服务平台。提供现场监测数据采集、远程自动化监测、智能化的数据处理与报表生成、预报警分析提醒、云端数据管理、监测成果发布、手持移动终端查询管理及多工程集群监控的一体化解决方案。技术人员实时监控专家人机干预监测信息发布浏览建筑安全管理机构远程数据分析实时数据采集监测现场监测元器件上海中心大厦坚持智慧化信息系统城市地下空间工程安全监测管控中心基于BIM的5D基坑安全监测基于BIM的5D基坑安全监测监测+BIM+GIS监测+BIM+地质水文1.2地下勘察内外业信息一体化系统数字式原位测试仪勘察工程项目管理系统固

结剪

切三

轴无侧线K0工程版计算版土试版工程地质GIS信息管理系统静力触探测斜仪三维地质信息系统野外钻探实时记录仪野外数据采集系统土工试验自动化采集系统岩土工程勘察软件工程管理与数据分析软件1.2地下勘察内外业信息一体化系统1.2勘察内外业信息一体化系统数字式静力触探测斜仪是一款可以接收数字信号的新型静力触探采集仪。静力触探传感器的A/D转换过程全部在探头内部进行，采集仪直接接收数字信号，从而避免了由于电缆线路和外界环境对测量数据产生影响。仪器采用触摸屏操控方式和图形化界面，人机交互直观，简便，可实时查看数据曲线、杆长、深度、偏移量、压力、倾角等参数。仪器具有省电、存储容量大的特点，内置GPS芯片和无线发送功能，数据可通过无线网络直接发送到网络服务器或电子邮箱，可有效防止数据造假。数字式静力触探测斜仪1.2勘察内外业信息一体化系统由钻孔自动生成三维地质模型岩土工程计算分析软件土工试验自动化采集系统1.3地下工程BIM及GIS开发与咨询依托BIM设计软件平台，通过研究数据规则和模型标准、三维建模方法、属性信息集成和共享方法、协同设计、虚拟场景展示等一系列模型创建关键技术，建立标准化岩土工程专业信息模型，为地下空间工程建筑全生命周期的应用提供数据支撑。BIM应用目标建筑结构机电建筑信息模型地基基础地下工程风险控制监测......物探设计勘察岩土工程信息模型与全生命周期建筑信息模型实现信息共享1.3地下工程BIM及GIS应用开发与咨询勘察设计阶段建模应用施工阶段的建模应用场地工程勘察BIM模型基坑周边地下管线BIM模型地铁隧道测量BIM模型主体结构BIM模型及协同管理基坑围护设计BIM模型集成建筑工程BIM的项目管理应用岩土工程BIM协同应用1.3地下工程BIM及GIS应用开发与咨询基于钻孔数据生成3D地质模型软件开发勘察软件+Revit数据无缝导入和建模应用(自主开发)l

城勘软件l

BIM软件l

生成三维地质模型难点空间插值算法有效性、特殊地质现象的解译1.3地下工程BIM及GIS应用开发与咨询基于物探数据的地下管线快速建模软件开发地下管线BIM系统管线创建管线管理管线数据库管线检查和修改1.3地下工程BIM及GIS应用开发与咨询基坑快速三维建模CAD图纸BIM模型•

通过编写插件，按类别将CAD设计文件中围护结构，导出到EXCEL标准格式；•

在Revit中通过Excel建模插件，读取Excel中基坑围护数据，调用已经建立的基坑族，快速建模；•

缺点：CAD图层设置要严格的标准化1.3地下工程BIM及GIS智慧应用开发BIM快速出图l

平面图l

剖面图l

详图深坑3D出图相比2D，效率提升20倍！基于3D模型输出的设计平面图、剖面图、详图1.3地下工程BIM及GIS应用智慧开发虚拟建造技术施工过程模拟1.3地下工程BIM及GIS智慧应用开发GIS应用开发1.3地下工程BIM及GIS智慧应用开发应用开发1.4城市地下轨道交通建设与运营安全管理平台轨道交通运营地下结构安全仿真管理平台1.4智慧化的城市地下轨道交通建设与运营安全管理轨道交通地下轨交BIM系统助智慧城市管片环仿真模拟车站仿真模拟隧道变形三维激光扫描及实景正射影像贴图地下轨交地质数据库地铁沿线钻孔分布图动态生成地层剖面图地下轨道交通地面巡视智慧信息管理系统地下轨道交通地面巡视智慧信息管理系统二.基于BIM技术的数字沙盘奠定智慧地下城市空间智慧园区概念GISBIMFM数据收集及分析园区、楼宇管理……楼宇管理IT和网络设施数据存储数据分析……呼叫中心视频通信通信网园区环境监测设备管理物联网RFID技术32基于BIM智慧园区管理平台价值借助BIM技术，辅助开发、规划方案的决策，实现设计可视化与变动管理，实时更新开发状态，减少业主因决策失误带来的成本和时间损失规划、开发园区管理BIM模型运营维护数据分析实现高效的园区管理，有效利用资源，规范统一的管理手段，降低企业成本，增强企业核心竞争力BIM与FM结合，BIM运维平台能够降低企业运营成本，为企业发展提供强有力支持BIM≠模型，最终应用于运维是发展必然趋势，智慧园区管理平台能够高效利用BIM模型高效收集、利用数据，引领园区管理进入大数据智慧管理时代33园区规划决策——利用BIM技术提高智慧决策效率由于以前作规划，缺乏区域性视觉判断。因此，徐家汇教堂后面一片建筑的开发，影响了徐家汇教堂的建筑景致整体性，不得不说是一个遗憾，此情况也出现在外滩等地：通过区域BIM模型，对拟新建建筑，对园区内个别建筑，或园区整体建筑风格的影响进行判断，有助园区规划和决策！34智慧园区平台发展模式——循环利用BIM模型基于BIM模型进行智慧园区管理建立BIM模型利用电子沙盘，收集、分析园区运维数据，辅助园区再开发利用数据分析结果，进行园区再开发地貌、环境、地下管线等场地信息汇总智慧园区平台系统框架平台展示辅助园区展示与规划决策，加强园区拆进度和交通、安全、环境情况总体掌控智慧园区——公共服务园区、地块介绍不同气象展示园区漫游智慧园区——电子办公与OA系统集成，快速管理园区公共事务，降低管理成本，提高工作效率智慧园区——地下空间招商管理租位展示辅助园区招商管理，提高商洽效率。智慧园区——地下空间景区管理吃、住、行、游、购、娱

导航，提升生活品质！智慧园区地下空间——综合管理BIM模型FM管理（设备设施管理）建

筑

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Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术与FM管理的结合，提高FM管理效率与品质，充分发挥BIM模型价值！43智慧园区——综合管理高效收集、利用数据，引领园区管理进入大数据智慧管理时代！能耗数据管理租赁智慧园区——综合管理打造绿色低碳园区智慧园区——综合管理水质空气质量噪音节能监管系统实现目标有节能的需求与想法对建筑能耗进行监测节能目标能耗监测将信息展示给管理人员/用户新的节能目标有新的需求与想法能耗监管PDCA循环持续节能方案实施能耗诊断实施方案并进行确认有效方案对数据进行分析判断提出有效的节能方案智慧园区地下空间——综合管理快速处理突发事件，迅速做出判断处理，掌握事故情况，给园区提供有力的安全保障，随时快速掌握园区情况。2.750智慧园区——辅助土地管理地块历史阶段时间轴平铺对比：规划——征地——供地辅助园区土地地下空间规划决策，优化规划方案智慧园区——辅助土地管理BIM辅助决策提供拆迁分析数据，为政府或土地开发商决策提供快速、准确服务。智慧园区——辅助土地管理BIM辅助决策道路拓宽分析，道路施工规划，快速高效辅助市政道路规划管理智慧园区——基于BIM应急指挥管理平台快速应对地下空间突发紧急事件，辅助应急预案实施BIM技术辅助远程展示——利于快速决策，用于远程展示选房BIM技术辅助地下空间远程展示——利于快速决策，用于远程展示选房三

大数据时代背景下的后世博园区地下空间智慧建设和运营世博央企总部项目规划用地面积：18.72公顷地下空间建筑面积：45万平方米统一规划、统一设计、统一建设地上总建筑面积：60万平方米，地下45万平方米作为企业总部集聚区的世博B片区，位于世博园区“一轴四馆”西侧，规划范围东临世博馆路，西至长清北路，南临国展路，北至世博大道，东西宽度约为330米，南北长约480米，规划用地面积约18.72公顷。整个B片区共有28栋建筑，其中4栋为28层高层(最高120米)，其余为6～16层。地下45万平方米的建筑空间按照“统一规划、统一设计、统一施工、统一管理”的“四统一”要求建设，开挖深度约为11～20米，基坑总面积达13.9万平方米(含公共地下空间)。28栋单体建筑分属15家企业，包括了中国商飞、宝钢、国家电网、华电集团、华能集团、中信、中建材、中国铝业、中国黄金、招商、中化、中外运以及国新和世博发展集团、上海电力等15家总部大楼，形成一个高密度的央企总部办公聚集区。市建科委专家在评审世博央企总部规划时指出：整个地下空间工程是上海迄今为止距离黄浦江最近的“超级地下工程”。不仅如此，横亘在后世博建设者面前的是三大施工技术难题：一是整个地下空间工程建筑面积超过45万平方米，并需要兴建众多的地下联络通道与周边已有的建筑相连;二是地下空间基坑开挖边界与已建成的地铁13号线距离仅有10米的距离，且地铁车站区与盾构区两侧在基坑开挖范围内转换，地下空间为4层，基坑挖深比地铁车站还要深10米，在开挖占地面积达16万平方米的深基坑和300万立方米土方的过程中，必须确保地铁的绝对安全;三是除地铁外，地下空间基坑周边还有2条埋深超过6米、距离基坑仅2米的共同沟，内存各种直径的市政一级供水管网，要求最大变形控制在2厘米内，且数条新建的大截面联络通道必须从共同沟下部穿越。围护施工、基坑开挖、联络通道开挖等相互叠加，这些都考验着后世博建设者技术与能力。四是工程的地下空间是由15家不同的业主共同组成的一个超级地下空间，而每家业主办公楼单体设计院所设计的进度并不一致，且地下室柱网是按照各自单体建筑结构需要进行布设，经过各层地下室图纸整合后，暴露出大量柱网之间碰撞问题及连通口无法连通等现象。同时，基坑施工过程需要将整体基坑分为数个小的基坑，形成了一个由基坑群落组成的超大基坑，各个基坑施工之间通过围护体系分割，其相互之间的施工工况和安全风险控制是总承包策划中最大的难点。其外区域能源中心和110KV变电站也设在地下ENERGY

SYSTEM地下空间能源中心集中供能管线的排放在规划道路地下空间内遵循可持续发的不同，为楼宇集中供冷、供热，节约能耗、节省造价、节约设备空间，为建筑绿色3星标准达标创造条件，为今后统一的运营管理奠定基础。p

规划道路剖面图规划燃气管DN500（专用管）规划雨水管DN800-DN1000规划道路规划给水管DN500规划信息管线12孔规划电力排管3*7孔规划污水管DN300规划燃气管DN250能源中心空调水管多角度分析视点1：智能化能源为驱动力智能化系统为控制中枢设施设备为感知和执行安全、便捷、节能、环保、人性化服务从智能化视点来看，世博片区是一个有生命的建筑群，世博片区是一个以能源为驱动力、以智能化系统为控制中枢、以设施设备为感知和执行的整体，在智慧园区中采用新的自动化、智能化技术，利用智能系统的“智慧”，最大限度地减少能源消耗，提供安全、便捷、节能、环保、人性化服务。多角度分析视点2:信息化大量数据各种信息感知、采集、传输、集成、分析联动控制、智慧运行方案决策、优化运营世博在运营的过程中会产生着大量数据，能够通过各种图表展示出来，并能够汇总形成各种信息——数据感知、数据采集、数据传输、数据集成、数据分析等驱动着联动控制、智慧运行、方案决策、优化运营的实现。多角度分析视点3:建造者及管理者大量的挑战和难题人员、资产、事件的服务保障整合建筑功能提供办公大楼运营服务功能保障应急保障各种运管系统的技术集成绿色环保节能保障环境保障从建造者及管理者角度来看，世博园区面临大量的挑战和难题——面对人员、设备、环境的服务保障、整合建筑功能提供各种运管系统的技术集成、安全可靠的环境保障、便捷人性化的功能保障、绿色环保节能的运营保障等。详细的需求分析决定智慧园区的技术定位人的因素出发，从绿色建筑功能出发，投资效益因素出发，从技术发展因素出发，数据及信息使用角度详细的需求分析决定智慧园区的技术定位全面分析智慧园区的功能，明确智慧园区中不同区域内对智能化系统功能需求和技术要求。与城市、城区、相邻区域的关系；智慧园区的功能定位与特点；办公、商业、公共用地等；交通、安防、管理、服务，特色功能。详细的需求分析决定智慧园区的技术定位通过使用者、管理者、决策者的在运营期的角色模拟，明确区分不同角色对智能化系统功能需求和技术要求。从技术发展因素出发详细的需求分析决定智慧园区的技术定位兼顾考虑建设期投资和运营期效益，平衡两者关系，充分保障业主投资效益，体现可持续理念。智能化技术应该考虑智能设备和功能的升级和替换，提高智能系统的使用寿命；在绿色园区的规划、设计过程中要尽早引入智能化的概念，并在施工、验收与运行管理阶段进行分阶段设计和实施；大力发展应用先进、可靠的智能化技术，在绿色园区中广泛、有效地采取智能化节能控制；更加有效地把绿色园区技术、建筑节能技术和智能化技术结合起来。详细的需求分析决定智慧园区的技术定位考虑新技术与传统技术整合的可能性，在专项技术应用上进行科技创新并实现成果应用。术发展因素出发数据及信息使用角度IBMS：智能建筑管理系统，现已成为综合运营管理平台的主要载体FM：设施管理系统BIM：建筑信息模型详细的需求分析决定智慧园区的技术定位

考虑智能化系统与智慧园区的整合，在运营期中的联动控制、智慧运行方案决策、优化运营等方面的实现科技突破。数据整合、信息融合“实时的、在线的、可操作的”专家系统预测模型海量实时数据感知/计量和数据聚合外部事件实时的数据处理实时信息历史数据智慧园区业务、政务流程的优化自适应、优化BPB业务、政务流程的自动化突发事件流程绩效前瞻性的智能化设计决定智慧园区的技术架构不同园区的应用功能支撑，无统一标准：1、园区类型2、园区区域功能；3、园区业态；4、节能要求：5、绿色要求：6、安全要求；7、业务要求；智能化基础、个性化应用、协同运作；相应国家规范标准支撑：GB50339-2003GB50606-2010GBT50314-2007技术架构物联网技术体系架构智慧园区架构体系合理技术选择及规模决定智慧园区的技术基因IP技术系统集成平台技术智慧能源合理技术选择及规模决定智慧园区的技术基因智慧能源p

在设备层次、传输层次、系统层次对各智能化子系统进行功能、数据、协议等方面的集成，打破原有系统各自为营的现状；p

充分利用各设备前端采集数据和控制功能的复用性，降低投资，提高数据整合带来的效益；p

实现智慧园区全方位的数据以及信息管理、存储、分析、处理、挖掘，为各种智慧应用提供数据支撑；p

计算机中心，为数据存储及数据服务提供扩展的可能。合理技术选择及规模决定智慧园区的技术基因设计及实施关键点的把控确保智慧园区的技术实现p

确保前期设计功能和应用需求在实施过程中得到落实p

制定详细的技术规格书，结合BIM应用进行优化设计p

确保各项设计功能设计和验收一致p

一次规划，分步实施p

提高系统架构的开放性，确保系统的持续活力和更新能力智慧办公大楼（中国商飞总部基地）的应用亮点智慧能源应用智慧安保管理智慧管理提升品质在绿色建筑中的应用功能定位世博中国商飞总部大楼中国商飞总部办公楼位于世博B片区总建筑面积94446平方米，地上建筑面积62274平方米，地下建筑面积32172平方米。主楼地上26层，附楼地上10层；地下3层。建筑高度为119.95米。地上主要功能为办公及办公辅助空间功能类会议：约4530平方米裙房一、二层沿博城路设置商业地下设置设备房及停车库，局部设置商业。地下车库：约700个车位数据解读中国商飞总部大楼22个细分系统2380数据点2850设备管理数据点1410TB月视频存储18个IT应用系统500视频数据点370门禁数据点250报警数据点智慧办公楼设计p

通过智慧办公楼BA系统的集中管理，根据能源需求综合联动运行产能侧设施设备，控制终端设备运行，实现能源的智慧应用。智慧办公大楼的应用亮点通过整合各种信息技术及智能技术，缩短建筑物与人之间的距离，加强人与人之间的沟通、融合各类需求应用，实现管理的智慧应用：p

通过信息发布系统可以感知与其有关的办公大楼信息p

通过访客管理系统可以实现各类预约登记p

通过公共广播系统，可以实现多节目播放的自动控制p

通过视频监控系统可以实现对突发事件和历史事件记录p

通过会议系统可以实现会议的预约、记录和信息记录p

通过BA系统可以实现设备的监、控和自动管理p

通过门禁系统可以实现人员信息的记录p

通过车辆管理系统可以提供便捷的公共服务智慧办公大楼的应用亮点节能：pu

建筑设备监控系统u

只能照明系统u

电梯群控节地：ppppu

BIM系统节材：u

BIM系统节水：u

能源管理环保：u

环境监测u

楼宇设备监控系统u

泛光照明系统4.世博全地下央企总部能源中心全地下布置方式地下一层（-11.5米）••••水蓄冷（热）箱水处理间水泵房电制冷机组地下二层（-18.5米）燃气锅炉••••••内燃机发电机组溴化锂机组电气设备室和电子设备间控制室天然气为燃料通风机房•••天然气是相对清洁的一次能源政策鼓励节约宝贵的土地资源技术成熟10世博B片区央企总部能源中心世博B片区-

13家央企总部聚集区世博B片区能源中心-

28栋大楼，60万m3楼宇及商业空间-

热电冷三联供CCHP方案-

新理念-

电力输出：10kV两回线路-

小街坊、高密度、低高度、紧凑型-

供冷参数：供水5.5℃/回水12.5℃-

供热参数：供水90℃/回水60℃-

功能优先、绿色环保、以人为本94.世博B片区央企总部能源中心系统流程••••冗余配置、确保安全DCS控制系统经济运行策略120℃排气最大程度利用能源蓄热水箱燃气锅炉供热90℃供冷6℃排气465℃溴化锂机组天然气蓄冷水箱电制冷机电力输出内燃发电机组124.世博B片区央企总部能源中心发电机组热水锅炉管路系统集控室13世博B片区央企总部能源中心能源高效利用传统燃煤发电330g/kwh，即热效率37.2%•••平均值约100万kW机组可以做到约42.5%拟建设的130万kW机组可达48.9%燃气轮机发电E级燃气轮机