地鐵出入口通道參數(shù)化設計研究

艾萬民，徐來，蔡維龍

（廣東省重工建筑設計院有限公司，廣州510670）

1 引言

地鐵因其對大型城市發(fā)展的獨特貢獻，重要性日益凸顯。廣州市《關于進一步加快推進我市建筑信息模型（BIM）技術(shù)應用的通知》（穗建CIM〔2019〕3 號）要求自2020 年1 月1 日起城市軌道交通工程在規(guī)劃、設計、施工及竣工驗收階段采用BIM 技術(shù)[1]。地鐵出入口是地下空間與外部空間的唯一聯(lián)系，是車站功能的重要組成部分[2]，一般由階梯式通道、水平通道門和口部地面建筑等構(gòu)成。白智強等[3]建議對出入口進行標準化。通過廣東省重工建筑設計院有限公司參與設計的G 省5 條新建地鐵典型車站出入口BIM 正向設計情況進行了研究。發(fā)現(xiàn)出入口階梯段，由于存在斜板，建模過程復雜。為滿足凈高要求，頂板需要反復調(diào)整，設計效率低。因此，對階梯式通道的研究具有必要性和急迫性。

參數(shù)化設計來源于CAD 時代，指通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸自動完成對圖形中相關部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動。在BIM 時代具有了新的生命力，鄧紹軍等通過參數(shù)化手段對地鐵車站平面移動式車庫單雙柱情況下，縱向、橫向的空間布局開展了研究，達到增加車位數(shù)量，降低單位造價的目的；陳奇良利用Revit Dynamo 工具，找到管片參數(shù)化設計的實現(xiàn)方法，并通過編程對該方法進行了驗證；徐晨應用解析幾何方法對管片坐標進行了計算， 研究了對管片模型拼裝點位進行參數(shù)化控制的方法。 這些研究促進了BIM技術(shù)在軌道交通行業(yè)的發(fā)展，為地鐵參數(shù)化設計提供了參考。但對于地鐵出入口通道參數(shù)化設計方法研究還比較少。

通過對G 省G 市12 號線地鐵車站進行深入研究發(fā)現(xiàn)斜段斜坡段的形式大致相似，分為樓梯、扶梯、垂直電梯、扶梯底坑、集水坑、扶梯頂板、檢修口、防護墻等部分，共包含地面標高、通道標高、安全超高、客流量、通道寬度、離壁墻寬度約80個參數(shù)，可分為獨立參數(shù)、默認參數(shù)和因變參數(shù)3 大類。 獨立參數(shù)根據(jù)實施條件和設計意圖確定； 默認參數(shù)根據(jù)相關設計標準、手冊、規(guī)范、專家經(jīng)驗等確定；因變參數(shù)可以用獨立參數(shù)、默認參數(shù)進行表達。 因此，對階梯式通道具有進行參數(shù)化設計的基礎條件。

2 關鍵參數(shù)和規(guī)則及修正機制

2.1 基礎參數(shù)與樓扶梯

地面標高ZDM、通道地面標高ZTD、安全超高ZCG為獨立參數(shù)。ZDM、ZTD與出入口的周邊實施條件相關；ZCG與防洪設計相關?？偺嵘叨萙為：

樓扶梯的提升高度與一致。Z確定后，可選定扶梯型號。扶梯的其余參數(shù)皆為默認參數(shù)，由設備廠商提供。其中，上平臺長XFTS、下平臺長XFTX、扶梯寬YFT、傾斜角度ɑ 對建筑設計影響較大為關鍵參數(shù)，因變參數(shù)扶梯長度XFT可表示為：

若樓梯梯級高ZST，樓梯總梯級數(shù)NSTZ可表示為Z/ZST，第i梯段梯級數(shù)可表示為NST（i）。踏步寬XST，平臺長XPT，第i梯段水平長度XLT（i）和豎直高度ZLT（i）。以第1 梯段第1 梯級頂為起點，到第i梯段第j梯級頂?shù)乃骄嚯xXLT和豎直距離ZLT可表示為：

通道寬度Y，通道預留裝修厚度YZX、樓扶梯凈距YLFT、扶梯凈距YFFT按標準出入口的“兩扶一樓”考慮，當樓梯在中間時，樓梯寬度YLT可表示為：

當樓梯在邊上時：

樓梯梯段板厚度TTDB為獨立變量，由結(jié)構(gòu)計算確定。為獲得較好的使用體驗，不同梯段NST（i）應盡量保持一致，梯段數(shù)為NLTD，則NST（i）可表示為式6，NST（i）取大值的梯段數(shù)NLTD1可用式（7）表示。

2.2 扶梯底坑

扶梯底坑的下底坑深度ZDKD、下底坑長度XDKD、下底坑板厚TDKD、斜段底坑深度ZDKS、斜段底坑板厚TDKS、斜段底坑板傾斜角度ɑDKS、上底坑深度ZDKU、上底坑長度XDKU、上底坑板厚TDKU，ɑDKS與ɑ 一致。扶梯上平臺終點與扶梯上底坑端墻頂一致，上底坑長度XDKU可表示為：

扶梯下平臺終點與扶梯下底坑端墻頂一致，下底坑長度XDKU可表示為：

2.3 通道蓋板

通道斜蓋板與水平段通道頂板相連，傾斜蓋板角度ɑ，通道頂板起坡點與最后一梯級的水平距離XGBLT為獨立參數(shù)；斜蓋板與水平蓋板相連，水平蓋板的位置由蓋板覆土要求、樓扶梯對頂板的要求共同確定。最小覆土深度為ZGBE，水平蓋板的厚度為TGBH，由覆土確定的水平蓋板內(nèi)側(cè)到地面高度ZGBD1：

凈高要求為ZPTX，蓋板預留裝修厚度為ZZX，口部投影在樓梯上的第m梯段第n梯級，由樓梯確定的水平蓋板內(nèi)側(cè)到地面高度ZGBD2：

由扶梯梯確定的水平蓋板內(nèi)側(cè)到地面高度ZGBD3：

水平蓋板的位置主要由覆土情況確定，當不滿足樓扶梯對頂板要求時，采用水平蓋板局部起角的方式進行處理。起角度數(shù)ɑGBH、起角高度ZGBH，水平蓋板內(nèi)側(cè)到地面高度ZGBD：

若ZGBD=ZGBD1，則觸發(fā)起角度數(shù)、高度的修正機制：

若ZGBD=ZGBD2，則觸發(fā)起角度數(shù)、高度的修正機制：

若ZGBD=ZGBD3，則觸發(fā)起角度數(shù)、高度的修正機制：

3 程序開發(fā)步驟

ARCHICAD 軟件（簡稱AC）為BIM 正向設計工作提供了良好的工作平臺，可以快速創(chuàng)建包含豐富工程信息的三維模型。圖軟公司為AC 軟件內(nèi)置了參數(shù)化編程語言，語句格式類似于Basic 語言，具有規(guī)范化、參數(shù)化、輕量化的特性[4]。因此，本文的開發(fā)思路及目標是：通過研究關鍵參數(shù)、關鍵規(guī)則、關鍵觸發(fā)（修正）機制，確定獨立參數(shù)和BIM 模型控制點，建立三維模型。主要步驟如下：

1）設置參數(shù)的類型和范圍。GDL 編輯器的參數(shù)類型在參數(shù)面板中設置，以梯段數(shù)為例，變量面板中有十個選項，第一個選項可設置顯示狀態(tài)，如梯段數(shù)為自動計算無須輸入，為“×”類型；第二項為參數(shù)名；第三項為參數(shù)類型，梯段數(shù)為整數(shù)；最后一項為默認值，如無更新，該值參與計算。如圖1 所示。

圖1 參數(shù)的類型設置示意圖

2）設置規(guī)則和觸發(fā)條件。通過條件判斷，設定觸發(fā)標準，完成不同情形下的設計。如水平蓋板內(nèi)側(cè)到地面高度ZGBD，取不同的值，控制不同起角角度和位置。

3）生成子程序。子程序有2 種：一種是獨立的GSM 文件，如扶梯；一種是在主程序內(nèi)寫成程序塊，調(diào)試完成后以“字符串：”開始，“RETURN”結(jié)束。

4）調(diào)用子程序。對于獨立的GSM 文件，在主程序中用“CALL”調(diào)用，對于主程序中的程序塊用“GOSUB”命令調(diào)用。生成的三維模型如圖2 所示。

4 結(jié)語與展望

本文通過對地鐵出入口BIM 正向設計過程的分析，將階梯式通道作為參數(shù)化研究的重點。借鑒知識驅(qū)動的智能化設計思路，總結(jié)了階梯式通道設計過程中的參數(shù)、規(guī)則和觸發(fā)（修正）條件，形成關于階梯式通道設計的知識庫；利用GDL語言以知識庫驅(qū)動三維模型，并封裝成參數(shù)化設計工具。

該方法與傳統(tǒng)BIM 設計相比，建立了參數(shù)之間的聯(lián)系，減少了獨立參數(shù)，提高了設計和修改的效率；設計過程通過計算機自動計算、修正，減少了出錯概率。

隨著BIM 技術(shù)應用的深入，參數(shù)化設計和智能化設計成為未來的必然方向。軌道交通設計對于功能性的要求遠大于對于建筑藝術(shù)的追求。標準、手冊、規(guī)范、專家經(jīng)驗是軌道交通設計的主要依據(jù)。若將這些依據(jù)整合成知識庫，形成標準化的知識規(guī)則和邏輯推演過程，參數(shù)化設計和智能化設計極有可能在軌道交通設計領域中首先實現(xiàn)。本文通過對出入口階梯段的參數(shù)化研究，以期為地鐵設計行業(yè)的參數(shù)化和智能化提供參考和思路。

圖2 出入口三維模型示意圖