地鐵車站建筑專業(yè)BIM建模技術(shù)探討

王志青

(中鐵四院集團(tuán)廣州設(shè)計(jì)院有限公司 廣東廣州 510600)

1 概述

隨著城市軌道交通建設(shè)的不斷發(fā)展，截止至2019年6月，上海市累計(jì)已開(kāi)通線路17條，車站415座，運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度達(dá)705 km；北京市累計(jì)已開(kāi)通線路21條，車站389座，運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度達(dá)626 km；廣州市累計(jì)已開(kāi)通線路14條，車站240座，運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度達(dá)454 km；深圳市已累計(jì)開(kāi)通線路8條，車站199座，運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度達(dá)286 km[1]。在全球信息化發(fā)展的新階段，信息技術(shù)具有創(chuàng)新代際周期短，創(chuàng)新活力、集聚效應(yīng)和應(yīng)用潛能裂變式釋放，能夠更快速度、更廣范圍、更深程度地引發(fā)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革等特點(diǎn)。信息化又是建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的主要特征之一，BIM應(yīng)用作為建筑業(yè)信息化的重要組成部分，必將極大地促進(jìn)建筑領(lǐng)域生產(chǎn)方式的變革[2-3]。而深圳市作為國(guó)務(wù)院關(guān)于支持深圳建設(shè)中國(guó)特色社會(huì)主義先行示范區(qū)，應(yīng)發(fā)揮其帶頭作用，將BIM技術(shù)進(jìn)行完善并全面推廣。深圳市軌道交通12號(hào)線工程作為深圳市第四期建設(shè)規(guī)劃項(xiàng)目之一，在這一發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期更應(yīng)該敢于嘗試，將BIM帶入軌道交通行業(yè)。而本項(xiàng)目作為全線換乘車站之一，區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)站有更多建模特點(diǎn)值得探討[4]。

深圳市軌道交通12號(hào)線工程流塘站，是地鐵12與規(guī)劃15號(hào)線換乘站，位于深圳市寶安區(qū)前進(jìn)二路與流塘路交叉口。12號(hào)線車站沿前進(jìn)二路設(shè)置；15號(hào)線車站沿流塘路設(shè)置。本次BIM模型以流塘換乘站為依托建立，考慮到之后附屬出入口、風(fēng)亭設(shè)置需要結(jié)合車站周邊現(xiàn)狀和規(guī)劃情況進(jìn)行建模，而車站周邊現(xiàn)狀既有富盈門、嘉華花園、流塘陽(yáng)光等舊住宅區(qū)，也有中糧錦云等新建住宅區(qū)及正康骨科門診和流塘公園；車站周邊用地規(guī)劃主要為居住用地及部分商業(yè)用地，未實(shí)現(xiàn)規(guī)劃。流塘換乘站設(shè)置見(jiàn)圖1。

圖1 流塘換乘站設(shè)置

2 建模制約因素及模型特點(diǎn)

2.1 制約因素

(1)沿流塘路有管口尺寸為6 m×2.5 m的雙孔雨水箱涵，車站主體模型需對(duì)其進(jìn)行避讓。(2)沿12號(hào)線車站北側(cè)規(guī)劃有綜合管廊；流塘站共建綜合管廊自車站小里程端進(jìn)入車站設(shè)計(jì)里程范圍，沿車站北側(cè)布置。該段管廊平面長(zhǎng)度254 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬11.1 m，高3.9 m，為單層3跨矩形框架結(jié)構(gòu)。綜合管廊上跨車站附屬1號(hào)風(fēng)亭組后下穿車站附屬A出入口、B出入口。(3)車站模型范圍沿前進(jìn)二路有兩根DN800給水管，埋深分別為2.63 m、2.31 m，以及大量其它市政管線，建模時(shí)也同樣需要避讓。

2.2 換乘站模型特點(diǎn)

因流塘換乘站兩線車站呈非垂直T型布置，在轉(zhuǎn)角區(qū)域的樓板、隔墻等構(gòu)件設(shè)施建模時(shí)應(yīng)考慮其形狀和方位的變化。另外12號(hào)線車站為地下兩層車站，15號(hào)線為地下三層車站，且層高不一致，導(dǎo)致?lián)Q乘車站層高多變，BIM建模時(shí)層高也需隨之變化。

3 建模原則

3.1 坐標(biāo)系

依據(jù)深圳市城市軌道交通工程采用統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)，該項(xiàng)目建模坐標(biāo)系具體按照深圳市相關(guān)規(guī)定執(zhí)行[5]。為便于設(shè)計(jì)建模，各工程部位、各專業(yè)根據(jù)需要建立各自的局部坐標(biāo)系。流塘換乘站車站建筑模型采用局部坐標(biāo)系，以設(shè)計(jì)右線中心里程處為項(xiàng)目基點(diǎn)，Z方向?yàn)橄鄬?duì)標(biāo)高，X和Y方向與設(shè)計(jì)方向相一致。

3.2 模型基本單位

BIM模型水平和垂直方向的基本單位均為毫米。建模時(shí)，模型標(biāo)高包括相對(duì)標(biāo)高和絕對(duì)標(biāo)高。其中，絕對(duì)標(biāo)高作為BIM模型相對(duì)標(biāo)高的附注信息，為模型在全局坐標(biāo)系中的Z坐標(biāo)值，應(yīng)與工程實(shí)際高程一致。模型層高以建筑相對(duì)標(biāo)高進(jìn)行設(shè)置，相對(duì)標(biāo)高以站臺(tái)層層高為起點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，單位為米。流塘車站BIM模型為1∶1。

3.3 模型分解

深圳市軌道交通12號(hào)線建(構(gòu))筑物、地下管線、地形等場(chǎng)地模型宜全線統(tǒng)一創(chuàng)建，按工程部位、標(biāo)段劃分等進(jìn)行拆分并提供給相關(guān)單位使用[6]。場(chǎng)地模型的創(chuàng)建范圍應(yīng)符合設(shè)計(jì)、施工要求；工程本體可按工程部位、專業(yè)、系統(tǒng)等分解模型創(chuàng)建工作；車站建筑模型按子工程部位(車站主體、車站附屬)、樓層進(jìn)行細(xì)分。

3.4 建模環(huán)境與模板文件

城市軌道交通工程項(xiàng)目全線全專業(yè)BIM模型應(yīng)采用統(tǒng)一的建模環(huán)境與項(xiàng)目模板文件進(jìn)行創(chuàng)建。包括圖元分類及屬性參數(shù)、圖層(若有)、顏色等。流塘站BIM建筑模型采用Revit 2016版建模，模板文件按全線統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3.5 構(gòu)件命名規(guī)則

構(gòu)件命名可劃分為三級(jí)，按“專業(yè)-類型-特征”的原則進(jìn)行命名，應(yīng)符合《軌道交通工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》(QB/SZMC-XXX-2019)中“表14-元素”的相關(guān)規(guī)定。其中，“專業(yè)”采用拼音首字母縮寫[7]。

4 流塘換乘站模型框架

4.1 建模位置及范圍

流塘換乘站以12號(hào)線右線中心里程處為項(xiàng)目基點(diǎn)，12號(hào)線車站有效站臺(tái)中心里程YDK16＋815.034，設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程 YDK16＋655.834，設(shè)計(jì)終點(diǎn)里程YDK16＋909.834，為地下二層島式站車站。外包總長(zhǎng)254 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包總寬23.3 m，有效站臺(tái)長(zhǎng)140 m，寬為14 m。

BIM模型車站附屬共有7個(gè)出入口、3組風(fēng)亭組，其中12號(hào)線共設(shè)5個(gè)出入口和兩個(gè)風(fēng)亭組，A出入口和1號(hào)風(fēng)亭組設(shè)于前進(jìn)二路東南象限；B1、B2出入口設(shè)于前進(jìn)二路東北象限；C出入口和2號(hào)風(fēng)亭設(shè)于前進(jìn)二路西北象限；G出入口設(shè)于前進(jìn)二路西南象限。冷卻塔置于流塘公園內(nèi)部。15號(hào)線共設(shè)2個(gè)出入口和1個(gè)風(fēng)亭組，D出入口設(shè)于流塘路東北象限；E出入口和3號(hào)風(fēng)亭設(shè)于流塘路西北象限。

4.2 建模標(biāo)高

根據(jù)建模原則，要求設(shè)置有兩套標(biāo)高，絕對(duì)標(biāo)高以及相對(duì)標(biāo)高，BIM建模按照相對(duì)標(biāo)高進(jìn)行建模，并標(biāo)注有絕對(duì)高程信息。

4.3 平面建模

4.3.1 站廳層

流塘站12、15號(hào)線共用站廳層BIM建模按設(shè)計(jì)設(shè)在負(fù)一層。站廳層包含兩端的管理用房和設(shè)備用房區(qū)以及站廳中部。其中站廳中部公共區(qū)中間為付費(fèi)區(qū)，付費(fèi)區(qū)兩端為非付費(fèi)區(qū)。非付費(fèi)區(qū)與付費(fèi)區(qū)之間采取可透視柵欄分隔。12號(hào)線車站付費(fèi)區(qū)設(shè)有2組樓扶梯，一部垂直電梯；15號(hào)線車站付費(fèi)區(qū)設(shè)有3組樓扶梯，一部垂直電梯。站廳層BIM模型見(jiàn)圖2。

圖2 站廳層BIM模型

4.3.2 站臺(tái)層設(shè)計(jì)

流塘站12號(hào)線站臺(tái)層BIM建模按設(shè)計(jì)設(shè)在負(fù)二層。車站有效站臺(tái)長(zhǎng)140 m，寬14 m，站臺(tái)門長(zhǎng)度為135.76 m。站臺(tái)層設(shè)有2組樓扶梯，1部電梯與站廳層付費(fèi)區(qū)聯(lián)系，1部T型換乘樓梯連接12號(hào)線與15號(hào)線站臺(tái)。有效站臺(tái)兩端為設(shè)備用房區(qū)，站臺(tái)端部設(shè)下至軌道區(qū)的樓梯4部，其凈寬度≥1 100 mm，有效站臺(tái)外有設(shè)備用房區(qū)與軌行區(qū)的欄桿。流塘站15號(hào)線站臺(tái)層在負(fù)三層，建模方法參考12號(hào)線站臺(tái)層。

4.3.3 15號(hào)線設(shè)備層

15號(hào)線流塘站設(shè)備層由兩端風(fēng)道及中間設(shè)備用房區(qū)組成，建模時(shí)兩端風(fēng)道采用分隔墻形式，共設(shè)置8道，中間的設(shè)備用房共設(shè)置38個(gè)。

4.4 成果展示

流塘站建筑專業(yè)BIM建模成果展示見(jiàn)圖3。

圖3 流塘站建筑專業(yè)BIM建模成果

5 BIM建模關(guān)鍵技術(shù)

5.1 墻體建模

5.1.1 墻體類型

(1)根據(jù)深圳市軌道交通12號(hào)線技術(shù)要求，對(duì)所處位置的墻體類型進(jìn)行編輯。BIM建模時(shí)建筑設(shè)備區(qū)墻體類型包含一般設(shè)備用房墻體、防火墻體、掛重物墻體、有水及潮濕房間墻體和軌行區(qū)兩側(cè)墻體等五種[8]，具體見(jiàn)表1。

表1 墻體類型選擇

(2)在明確墻體類型后，對(duì)不同的墻體屬性進(jìn)行編輯。例如在編輯鋼筋混凝土墻體時(shí)，可以通過(guò)軟件自帶的過(guò)濾器對(duì)命名為鋼筋混凝土類型的墻體進(jìn)行截面填充，填充圖案與二維施工圖紙所表達(dá)的內(nèi)容一致。

5.1.2 顏色區(qū)分

在編輯好了墻體所對(duì)應(yīng)的屬性后，也需要對(duì)不同屬性的墻體賦予不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，在三維模型中可以更直觀區(qū)分不同屬性的墻體。例如在編輯鋼筋混凝土墻體顏色時(shí)，可以通過(guò)該軟件的過(guò)濾器對(duì)所有鋼筋混凝土墻體一次性填充顏色，鋼筋混凝土用黑色進(jìn)行填充。

5.1.3 墻體輪廓編輯

BIM建模時(shí)，扶梯下方墻體、換乘樓梯等特殊位置墻體屬性與其它位置墻體并沒(méi)有區(qū)別，為了實(shí)現(xiàn)模型與車站建成后效果一致，需要對(duì)特殊位置墻體進(jìn)行輪廓編輯。

(1)針對(duì)扶梯下方的墻體，通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)入修改界面，對(duì)該位置的墻體形狀修改成相應(yīng)的三角形。

(2)針對(duì)預(yù)留防火卷簾處的墻體，依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求提供的卷簾參數(shù)，確定卷簾所在位置，修改該墻體輪廓。

(3)針對(duì)雨水箱涵所通過(guò)墻體位置，需對(duì)該處的墻體高度做相應(yīng)的調(diào)整；頂板上方覆土較厚的墻體應(yīng)根據(jù)覆土情況相應(yīng)地增加墻體高度。

5.2 模型信息賦予

BIM技術(shù)的核心是信息共享和協(xié)同工作。如何能將項(xiàng)目信息更完整地表達(dá)出來(lái)主要就是賦予模型和構(gòu)件在本項(xiàng)目上所獨(dú)有的信息。

5.2.1 項(xiàng)目信息

由于本項(xiàng)目是深圳市軌道交通12號(hào)線項(xiàng)目，按照深圳市地鐵集團(tuán)《軌道交通工程BIM數(shù)據(jù)移交標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定[9]，應(yīng)填寫項(xiàng)目名稱、建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)階段、建設(shè)依據(jù)、建筑類別、建筑等級(jí)、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限、裝修工程設(shè)計(jì)使用年限、防火等級(jí)、防火標(biāo)準(zhǔn)、抗震設(shè)防烈度、抗震等級(jí)、建筑規(guī)劃用地面積、總建筑面積、容積率、綠化率、標(biāo)段名稱等內(nèi)容。

5.2.2 條目信息

由于模型構(gòu)件在項(xiàng)目上具有獨(dú)特性，需要對(duì)每個(gè)構(gòu)件在本項(xiàng)目中的具體信息進(jìn)行編輯。流塘站BIM建筑模型共有2 172個(gè)模型構(gòu)件，每個(gè)構(gòu)件均賦予建設(shè)資源、建設(shè)過(guò)程、建設(shè)成果、其他數(shù)據(jù)四大類條目信息。其中，建設(shè)資源包括工程產(chǎn)品、組織人員角色、工具、信息四個(gè)分類；建設(shè)過(guò)程包括工程建設(shè)項(xiàng)目階段、行為兩個(gè)分類；建設(shè)成果包括按功能分建筑物、按形態(tài)分建筑物、按功能分建筑空間、按形態(tài)分建筑空間、元素、工作成果六個(gè)分類；其他數(shù)據(jù)包括專業(yè)領(lǐng)域、材料、屬性、地理信息四個(gè)分類[7]。

6 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段對(duì)地鐵車站BIM信息化技術(shù)應(yīng)用嘗試不多，流塘站為深圳市軌道交通12、15號(hào)線兩線換乘車站，BIM建模時(shí)數(shù)據(jù)多，建模難度較大。深圳市軌道交通12號(hào)線工程BIM應(yīng)用中，各工程部位、各專業(yè)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系和高程系統(tǒng)環(huán)境下建模，可以通過(guò)Bentley旗下的Supermap軟件將該線各個(gè)獨(dú)立的專業(yè)BIM模塊鏈接成整條線的BIM模型，為深圳地鐵軌道交通12號(hào)線建設(shè)提供BIM信息化服務(wù)。