地鐵車站建筑設(shè)計(jì)中BIM的應(yīng)用研究

王雪

摘要：近年來，伴隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口數(shù)量的不斷增加，以及城市居民出行距離延長、出行次數(shù)增多，高運(yùn)量、高速度、高頻次的城市軌道交通得以迅猛發(fā)展。地鐵工程設(shè)計(jì)涉及專業(yè)種類繁多、專業(yè)接口多、界面管理復(fù)雜，各專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙往往存在管線碰撞、接口標(biāo)高不一致、空間布置不合理等問題。BIM技術(shù)三維信息模型的可視化設(shè)計(jì)、各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)可以大大提高地鐵設(shè)計(jì)的集成化程度，使得工期緊、任務(wù)重的地鐵設(shè)計(jì)質(zhì)量得以保證。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;建筑設(shè)計(jì);BIM;應(yīng)用研究

本文通過BIM技術(shù)在工程實(shí)例的應(yīng)用，分析了BIM技術(shù)相對于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有三維可視化設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、材料明細(xì)表自動生成等優(yōu)勢，為實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在車站建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了參考。

1BIM在國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

早在2010年，香港地鐵已經(jīng)實(shí)現(xiàn)20多座車站的模型化，形成依托BIM的信息管理網(wǎng)絡(luò);2011年上海地鐵開始應(yīng)用BIM;2012年北京地鐵10號線二期項(xiàng)目運(yùn)用BIM進(jìn)行全生命周期管理;2013年12月份廣州地鐵開始引進(jìn)BIM技術(shù)，在廣佛線二期和廣州地鐵6號線進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用;2014年南寧市地鐵將BIM技術(shù)運(yùn)用于機(jī)電安裝施工中。2015年7月1日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見》確立了BIM推進(jìn)目標(biāo)：到2020年末，建筑行業(yè)甲級勘察、設(shè)計(jì)單位以及特級、一級房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實(shí)現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用。目前，北京、上海、廣州、深圳、無錫、南京等城市的軌道交通工程中，業(yè)主已經(jīng)在合同中明確規(guī)定采用BIM技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。這一目標(biāo)的確立進(jìn)一步促進(jìn)了BIM技術(shù)在建筑工程中的推廣及應(yīng)用。

2BIM在地鐵設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用實(shí)例

2.1三維化、可視化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)地鐵車站設(shè)計(jì)采用平面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成果交付也采用二維圖紙。這種設(shè)計(jì)方法相對簡單、操作方便、出圖速度較快，但對于較為復(fù)雜的三維形體，很難通過大腦的想象完整的表達(dá)出來或者在施工時(shí)還原出來。BIM技術(shù)的運(yùn)用，使這一問題迎刃而解。在車站設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)元素不再是二維設(shè)計(jì)中的線和面，而變成了一個(gè)個(gè)三維對象。如二維圖紙中的墻線變成了墻體，梁線變成了三維梁體，樓層面變成了三維樓板等等。BIM的三維化設(shè)計(jì)方法，不僅有利于復(fù)雜形體的表達(dá)，而且可以有效地進(jìn)行空間碰撞檢查?？臻g碰撞分為硬碰撞和軟碰撞。硬碰撞是指實(shí)體與實(shí)體之間交叉碰撞;軟碰撞是指雖然實(shí)體間并沒有碰撞，但間距和空間無法滿足相關(guān)施工要求。如在地鐵車站建筑設(shè)計(jì)過程中，T型換乘站換乘節(jié)點(diǎn)處立體關(guān)系較為復(fù)雜，在二維設(shè)計(jì)中往往出現(xiàn)樓梯上方凈高不滿足行人通行要求，樓梯下方凈高不滿足車輛限界要求等軟碰撞的情況。通過建立BIM模型可以直觀地對空間關(guān)系進(jìn)行檢查，避免此類問題的發(fā)生。不僅如此，BIM系列軟件還有強(qiáng)大的渲染和動畫技術(shù)，可以直接對賦予材料參數(shù)、物理特征的模型進(jìn)行渲染出具高度仿真的效果圖，通過設(shè)置漫游路徑生成漫游動畫，結(jié)合VR技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對模型的“虛擬”參觀。這樣就可以使設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖更加直觀的展現(xiàn)出來，更易于設(shè)計(jì)成果的表達(dá)，方便與業(yè)主的溝通。

2.2參數(shù)化設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)不僅僅是簡單的三維對象空間疊加，更重要的是能夠賦予三維對象更多的參數(shù)信息，如形體多維參數(shù)、材料特征、物理特征、力學(xué)參數(shù)、設(shè)計(jì)屬性、廠商信息、價(jià)格信息等，這使得建筑構(gòu)件成為智能實(shí)體，三維模型升級為BIM模型。在地鐵車站建筑設(shè)計(jì)過程中，構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)將大幅度提升設(shè)計(jì)效率及精確度。如車站扶梯設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)車站坡度、坡向、機(jī)箱長度等計(jì)算提升高度以及吊鉤位置，建立扶梯BIM模型后只需修改扶梯參數(shù)即可準(zhǔn)確的得到扶梯提升高度及吊鉤位置，同時(shí)自動生成扶梯平剖面圖。

2.3協(xié)同設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)意義上的協(xié)同設(shè)計(jì)往往是通過網(wǎng)絡(luò)平臺如網(wǎng)絡(luò)通信軟件、網(wǎng)絡(luò)資源庫、網(wǎng)絡(luò)管理平臺等實(shí)現(xiàn)各專業(yè)文件的傳輸和信息的溝通。BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)基于同一個(gè)設(shè)計(jì)平臺，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以在本專業(yè)設(shè)計(jì)完成后開放修改權(quán)限，此時(shí)其他專業(yè)可以及時(shí)收到修改通知，并在此模型基礎(chǔ)上完善自身專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。這樣的協(xié)同設(shè)計(jì)方式可以有效避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中由于溝通不及時(shí)、傳輸信息不準(zhǔn)確導(dǎo)致的錯(cuò)、漏、碰、缺，保證設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確，提升設(shè)計(jì)效率?；谕荒Ｐ偷膮f(xié)同設(shè)計(jì)還可以使各專業(yè)的分析設(shè)計(jì)節(jié)省大量的建模時(shí)間。以地鐵車站設(shè)計(jì)中建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)為例，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中，建筑設(shè)計(jì)人員利用CAD完成車站建筑平面圖、剖面圖繪制之后，將CAD文件傳至結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員手中。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要先閱讀建筑設(shè)計(jì)圖紙，在理解建筑設(shè)計(jì)意圖之后，應(yīng)用PKPM、ETABS、Midas等軟件重新建模然后進(jìn)行計(jì)算分析。如果建筑設(shè)計(jì)方案調(diào)整，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員又需要對結(jié)構(gòu)計(jì)算模型進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。對于地鐵設(shè)計(jì)來說，涉及專業(yè)多、接口界面復(fù)雜，很容易引起方案的調(diào)整，這就大大加重了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的工作量。而基于BIM的同一模型，結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行分析計(jì)算的模型可以在建筑專業(yè)設(shè)計(jì)完成后直接應(yīng)用。而且BIM結(jié)構(gòu)分析軟件可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自動識別、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載自動轉(zhuǎn)化、結(jié)構(gòu)簡圖的自動輸入，大大節(jié)省了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員建模工作量以及計(jì)算分析前處理的時(shí)間。

3結(jié)束語

鑒于BIM技術(shù)具有的三維可視化設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、材料明細(xì)表自動生成等區(qū)別于傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢，BIM技術(shù)在地鐵設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用，能夠顯著提升設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)過程中存在的錯(cuò)、漏、碰、缺，保證設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量。但是由于BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)工程龐大，各專業(yè)均需要配備相應(yīng)的專業(yè)人才，構(gòu)件中心協(xié)同設(shè)計(jì)平臺需要較高的投入，導(dǎo)致BIM技術(shù)目前多數(shù)應(yīng)用于施工、運(yùn)營模型的建立，在設(shè)計(jì)過程中BIM技術(shù)的推廣和應(yīng)用還有很長的路要走。