BIM技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

徐淵函

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城市人口數(shù)量在不斷增加，這使城市交通壓力也在持續(xù)上升。為了有效緩解城市交通壓力，我國(guó)大中型城市中的地鐵工程建設(shè)項(xiàng)目正在逐漸增加。在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，BIM技術(shù)發(fā)揮著重要的作用?；诖?，本文先對(duì)BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，然后介紹BIM技術(shù)在地鐵車站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，希望能夠?yàn)榈罔F車站設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；地鐵車站；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 可視化優(yōu)勢(shì)

在地鐵車站設(shè)計(jì)中，很多設(shè)計(jì)工作還要依靠于傳統(tǒng)的CAD軟件，通過(guò)平、立、剖等方式來(lái)展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果。在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中，由于地鐵車站設(shè)計(jì)的規(guī)模相對(duì)較大，緊急依靠基于二維圖紙的構(gòu)想和設(shè)計(jì)是很難完成的。而BIM技術(shù)的應(yīng)用則可以通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)方式來(lái)達(dá)到可視化效果，能夠讓設(shè)計(jì)師通過(guò)三維立體的思考方式完成建筑設(shè)計(jì)，同時(shí)也方便設(shè)計(jì)過(guò)程中的改動(dòng)和調(diào)整，可視化效果非常明顯。

1.2 模擬性優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)除了可以對(duì)建筑進(jìn)行三維模擬外，還可以對(duì)建筑的節(jié)能、照明以及緊急疏散通道進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，節(jié)約資源，提高建筑施工過(guò)程中的安全穩(wěn)定性。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)施工建筑的精細(xì)化模擬，讓施工更加貼合實(shí)際，符合科學(xué)，進(jìn)而節(jié)約施工時(shí)間、控制施工成本。可以說(shuō)，BIM技術(shù)的模擬性對(duì)于地鐵車站設(shè)計(jì)有著重要的作用。

2 BIM技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

就BIM技術(shù)在我國(guó)地鐵工程的應(yīng)用而言，香港處于領(lǐng)先的位置，目前香港的82座地鐵車站中，已有20多座實(shí)現(xiàn)了BIM建模，部分車站應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了采光、煙霧、人流、能耗和碰撞檢測(cè)等BIM更深層次的應(yīng)用，不僅達(dá)到了工程概預(yù)算的要求，而且取得了良好的社會(huì)效果。中鐵隆設(shè)計(jì)研究院在西安地鐵五號(hào)線一期太乙路站和興慶路站的設(shè)計(jì)過(guò)程中，創(chuàng)建了建筑、結(jié)構(gòu)、綜合管線模型，通過(guò)碰撞檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了500多處碰撞點(diǎn)并進(jìn)行及時(shí)的溝通和修改，有效的提高了工程質(zhì)量。天津地鐵紅旗南路站采用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合設(shè)計(jì)，有效的解決了設(shè)備和管線的協(xié)調(diào)問(wèn)題，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，在設(shè)計(jì)階段就為保障工程順利施工創(chuàng)造了有利條件。上海地鐵12號(hào)線曲阜站采用BIM進(jìn)行管線碰撞檢查、大型設(shè)備的安裝以及后期維護(hù)路徑設(shè)計(jì)研究，進(jìn)行施工交底和施工模擬，有效的提高了工程質(zhì)量。國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)一般應(yīng)用于地標(biāo)性、示范性、規(guī)模較大的建筑物，普及程度較低，而且僅局限于建筑物某一階段或者某一方面的應(yīng)用，涉及的面較窄，與國(guó)際存在較大差距。雖然BIM技術(shù)在地上建筑中的應(yīng)用取得了一系列成就，但是在地下結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用主要是結(jié)構(gòu)建模、碰撞檢查、4D施工模擬等某一方面，BIM平臺(tái)整體功能在地下結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用尤為不足。

3 BIM技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 在地鐵車站結(jié)構(gòu)建模中的應(yīng)用

在地下結(jié)構(gòu)中運(yùn)用BIM技術(shù)，主要是利用RevitStructure2012建立地鐵車站的BIM三維模型。地鐵車站建模中，工程模型主要由建筑相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)完成，主要借助載體為Revit軟件。該軟件包含有Mep、Architecture以及Structure三個(gè)模塊，借助上述幾個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑體設(shè)備、結(jié)構(gòu)模型的綜合分析具有極大優(yōu)勢(shì)。在建模環(huán)節(jié)中，Architecture軟件可為后期土建模型設(shè)計(jì)提供依據(jù)，便于相關(guān)模型數(shù)據(jù)的全面可控性管理。方可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件裝修、硬件設(shè)備設(shè)施的建立管理。Revit本身的軟件構(gòu)件族較少，無(wú)法全面滿足車站結(jié)構(gòu)的建模所需，因此應(yīng)用Revit軟件實(shí)施車站結(jié)構(gòu)建模時(shí)，一定要?jiǎng)?chuàng)建需要的構(gòu)件族，應(yīng)用基于中國(guó)用戶定制的Structure Analysis Default CHNCHS.rte項(xiàng)目樣板文件創(chuàng)建新的項(xiàng)目，最后應(yīng)用創(chuàng)建的族文件和系統(tǒng)族文件建立車站站臺(tái)區(qū)的3D模型。在應(yīng)用重新建立的結(jié)構(gòu)族建立三維模型時(shí)，Revit軟件會(huì)同時(shí)建立進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的三維分析模型，雙擊項(xiàng)目瀏覽器的分析模型就能夠查看。

3.2 車站結(jié)構(gòu)分析模型前處理

3.2.1 設(shè)備與管線模型

對(duì)于設(shè)備與管線模型的建立是在土建模型建立的基礎(chǔ)上，以協(xié)同合作的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。在模型的建立期間以及各管線專業(yè)的方案設(shè)計(jì)期間，必須要對(duì)上游的專業(yè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高模型的影響價(jià)值。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要對(duì)下游專業(yè)的預(yù)留條件進(jìn)行更早獲知與否。在綜合了土建、管線及設(shè)備的BIM模型基礎(chǔ)上，即可進(jìn)一步進(jìn)行管線的碰撞檢測(cè)。對(duì)于協(xié)同合作的具體方式，就是將BIM技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)作為搭建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)際施工以及經(jīng)營(yíng)業(yè)主之間的溝通橋梁。這樣一來(lái)，就可以將應(yīng)用BIM技術(shù)而獲取的信息數(shù)據(jù)作為處理問(wèn)題的依據(jù)與資料。

3.2.2 設(shè)備管線的碰撞檢測(cè)

Revit提出和其他方式相比較為簡(jiǎn)單的碰撞檢測(cè)工具，可以使模型內(nèi)部按照類別區(qū)分的硬碰撞檢測(cè)進(jìn)行科學(xué)區(qū)分，但是其功能的重點(diǎn)是屬于建模時(shí)施工的基本工具，因此對(duì)碰撞結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和歸納不是十分完善，并且難以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)之間的碰撞，所以需要利用Navisworks使自動(dòng)檢測(cè)碰撞得以實(shí)現(xiàn)，結(jié)合檢測(cè)報(bào)告，將每個(gè)碰撞點(diǎn)存在的實(shí)際情況逐步列出，和可以使管線進(jìn)行間隙碰撞檢測(cè)和報(bào)告項(xiàng)目碰撞模型進(jìn)行對(duì)照，進(jìn)而對(duì)其功能進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)照和查看。

3.3 車站結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

使用Revitextensions將完善后的BIM模型發(fā)送到Robot Structure Analysis Professional，在發(fā)送過(guò)程中可以對(duì)模型進(jìn)行基本和附加選項(xiàng)的設(shè)置，包含桿端釋放、自重工況、材料、模型轉(zhuǎn)換等，最后得到地鐵車站Robot結(jié)構(gòu)分析模型。由于Robot和Revit具有很好的兼容性，在Revit中關(guān)于模型材質(zhì)、荷載、荷載組合、支座、彈簧約束等的定義均能被Robot識(shí)別和使用，不需要重新進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)Robot Structure可以將分析結(jié)果反饋給Revit，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)信息的雙向?qū)印?/p>

添加荷載與荷載組合，在Robot中分別定義荷載工況，添加恒荷載與活荷載，恒荷載包括結(jié)構(gòu)和設(shè)備自重、地層壓力、水壓力以及浮力，活荷載包括地面車輛荷載以及產(chǎn)生的側(cè)向力和人群荷載。Robot Structure軟件能夠讀取和使用Revit中關(guān)于荷載組合定義，同時(shí)也可以根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB5009—2012）自動(dòng)進(jìn)行荷載組合進(jìn)行計(jì)算。

進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析設(shè)置，在“工程首選”對(duì)話框中設(shè)置分析和顯示的一些參數(shù)，例如：?jiǎn)挝桓袷?、材料、設(shè)計(jì)規(guī)范、網(wǎng)格劃分等。在分析下拉菜單中可以通過(guò)添加和刪除方式設(shè)置分析類型，例如基本組合、標(biāo)準(zhǔn)組合、模態(tài)分析、地震分析、時(shí)程分析等，本文僅設(shè)置基本組合和標(biāo)準(zhǔn)組合兩種分析。Robot Structure在對(duì)結(jié)構(gòu)分析模型劃分單元的同時(shí)，會(huì)對(duì)分析模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析檢查，根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修改和調(diào)整，加以完善，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用是地鐵建設(shè)過(guò)程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，因此，對(duì)BIM技術(shù)在地鐵車站施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，能夠進(jìn)一步推動(dòng)BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用范圍和普及程度，有利于我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展與國(guó)際接軌，不斷提高我國(guó)建筑行業(yè)的施工效率及施工質(zhì)量。

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