新建福廈鐵路站房工程BIM設(shè)計(jì)

翟曉軍

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 建筑與城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430063）

1 項(xiàng)目概況

福廈鐵路（福州南—漳州）正線長(zhǎng)度277.42 km，全線設(shè)置福州南、福清西、莆田、泉港、泉州東、泉州南、廈門(mén)北、漳州共8座車(chē)站（見(jiàn)圖1），其中漳州站為利用既有站房，新建福州南、莆田、廈門(mén)北站與既有福廈鐵路并場(chǎng)設(shè)站。

福州南站新建站房面積為50 000 m2，新建站場(chǎng)規(guī)模為8臺(tái)16線；福清西站新建站房面積為15 000 m2，新建站場(chǎng)規(guī)模為2臺(tái)4線；莆田站新建站房面積為39 000 m2，新建站場(chǎng)規(guī)模為3臺(tái)7線；泉港站新建站房面積為10 000 m2，新建站場(chǎng)規(guī)模為2臺(tái)4線；泉州南站新建站房面積為30 000 m2，新建站場(chǎng)規(guī)模為3臺(tái)7線；廈門(mén)北站新建站房面積為50 000 m2，新建站場(chǎng)規(guī)模為7臺(tái)15線；泉州東站新建站房面積為20 000 m2，新建站場(chǎng)規(guī)模為2臺(tái)5線。部分客站效果見(jiàn)圖2。

圖1 福廈鐵路沿線站房分布圖

圖2 福廈鐵路部分客站效果圖

2 福廈鐵路站房工程BIM設(shè)計(jì)模型標(biāo)準(zhǔn)建立

根據(jù)中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)鐵集團(tuán)）“精品工程智能福廈”的總體要求，新建福廈鐵路全線各工程均要求運(yùn)用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)，為后期深化應(yīng)用實(shí)現(xiàn)智能化全生命周期管理提供基礎(chǔ)，為便于站房工程BIM設(shè)計(jì)融入全線BIM系統(tǒng)，制定站房及相關(guān)工程設(shè)計(jì)BIM模型標(biāo)準(zhǔn)，以作為站房BIM設(shè)計(jì)依據(jù)。BIM設(shè)計(jì)模型標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容如下。

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

整體目標(biāo)：以Revit 2018為BIM平臺(tái)，進(jìn)行福廈鐵路沿線新建站房、夾心地改造、市政配套、站場(chǎng)工程的模型搭建、設(shè)計(jì)糾錯(cuò)與機(jī)電管線綜合，輔助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提升設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度。

BIM應(yīng)用要點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)質(zhì)量控制；

（2）管線綜合專(zhuān)項(xiàng)出圖；

（3）主要公共空間凈高分析報(bào)告；

（4）復(fù)雜曲面控制；

（5）結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋模型；

（6）室內(nèi)公共空間裝修深化設(shè)計(jì)漫游；

（7）三維設(shè)計(jì)交底節(jié)點(diǎn)。

2.2 BIM工作內(nèi)容

在初設(shè)鑒修成果基礎(chǔ)上搭建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專(zhuān)業(yè)模型，在建模過(guò)程中進(jìn)行圖面問(wèn)題收集和整理，對(duì)專(zhuān)業(yè)間的空間沖突進(jìn)行核查，并與各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師進(jìn)行溝通和反饋，為施工圖設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)［1-3］。

施工圖設(shè)計(jì)階段中，配合各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師進(jìn)行模型配合工作，包括模型瀏覽與展示、各專(zhuān)業(yè)構(gòu)件空間關(guān)系方案推敲、技術(shù)方案研究等。

根據(jù)施工圖逐步深化完善的過(guò)程，在施工圖深度達(dá)到70%、90%時(shí)，根據(jù)施工圖紙進(jìn)行模型全面調(diào)整，并在70%深度階段進(jìn)行機(jī)電管線的協(xié)調(diào)、優(yōu)化，反饋優(yōu)化建議，協(xié)助機(jī)電設(shè)計(jì)明確管線路由、標(biāo)高，進(jìn)行機(jī)電末端內(nèi)裝追位［4-6］。

BIM模型持續(xù)追蹤設(shè)計(jì)成果，設(shè)計(jì)過(guò)程中不少于2次意見(jiàn)反饋，并形成意見(jiàn)反饋報(bào)告。

施工圖外審后，根據(jù)外審反饋意見(jiàn)，配合各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員落實(shí)反饋意見(jiàn)的修改，形成項(xiàng)目最終成果模型。

本次新建站房及相關(guān)工程，設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的市政配套工程精度要求為L(zhǎng)OD3.0。

專(zhuān)項(xiàng)的BIM內(nèi)容如下：

（1）內(nèi)裝，主要公共區(qū)域（候車(chē)室、售票廳、城市通廊、站臺(tái)、衛(wèi)生間、貴賓室等）室內(nèi)裝修能準(zhǔn)確反映裝飾面的尺寸和材質(zhì)；安裝龍骨和細(xì)節(jié)不需表達(dá)。

（2）幕墻能準(zhǔn)確表達(dá)分隔定位，結(jié)構(gòu)件、橫豎挺的外觀尺寸；不需表達(dá)型材和安裝節(jié)點(diǎn)；對(duì)于異形幕墻，能輔助設(shè)計(jì)找形和定位及尺寸優(yōu)化；選擇通用和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)局部進(jìn)行細(xì)節(jié)建模，達(dá)到LOD4.0的精度要求。

（3）金屬屋面能準(zhǔn)確表達(dá)屋面及其采光窗、排水系統(tǒng)的形狀和定位，以及主要的構(gòu)造層次；對(duì)通用和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)局部進(jìn)行細(xì)節(jié)建模，達(dá)到LOD4.0的精度要求。

（4）鋼結(jié)構(gòu)，能按照施工圖深度反映模型尺寸定位即可，不須表達(dá)深化節(jié)點(diǎn)，對(duì)于局部與金屬屋面、幕墻交接復(fù)雜處進(jìn)行細(xì)節(jié)建模，達(dá)到LOD4.0的精度要求。

2.3 BIM建模標(biāo)準(zhǔn)

基于本項(xiàng)目BIM咨詢(xún)服務(wù)工作目標(biāo)及內(nèi)容，制定項(xiàng)目BIM技術(shù)相關(guān)工作標(biāo)準(zhǔn)，包括軟件平臺(tái)選擇、模型深度及精度要求、模型組織等。

2.3.1 BIM軟件平臺(tái)

項(xiàng)目采用Autodesk Revit 2018作為主要專(zhuān)業(yè)BIM模型技術(shù)平臺(tái)，搭建建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、智能化、室內(nèi)、景觀、市政等專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)模型，并基于Revit平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目模型梳理、整合、審核工作，該平臺(tái)檢測(cè)的問(wèn)題可作為審核報(bào)告的編制依據(jù)。

建筑異形曲面外立面、幕墻深化設(shè)計(jì)可采用Catia、Rhino、Grasshopper軟件，以滿(mǎn)足復(fù)雜形體參數(shù)化設(shè)計(jì)的需求。同時(shí)，其模型成果需同時(shí)保存可與Revit、Navisworks整合的數(shù)據(jù)格式。

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)采用Tekla、Revit、3D3S軟件作為創(chuàng)建結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)深化模型的三維技術(shù)平臺(tái)，其成果除軟件自身數(shù)據(jù)格式外，還可同時(shí)保存IFC格式，以便與其他專(zhuān)業(yè)進(jìn)行模型整合。

采用Autodesk Navisworks 2018進(jìn)行前期整合及問(wèn)題核查；Fuzor2020作為項(xiàng)目輕量化模型整合平臺(tái)，用于各種項(xiàng)目會(huì)議的技術(shù)溝通、展示、移動(dòng)端應(yīng)用、模擬等。

2.3.2 各專(zhuān)業(yè)建模深度

各專(zhuān)業(yè)組成模型的各構(gòu)件應(yīng)體現(xiàn)準(zhǔn)確的幾何尺寸、數(shù)量及定位。本次新建站房及相關(guān)工程，設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的市政配套工程精度要求為L(zhǎng)OD3.0。站前廣場(chǎng)、周邊市政道路、進(jìn)站匝道橋等工程以及既有站房工程精度可降低要求。

2.3.3 項(xiàng)目協(xié)同工作方式

高鐵站房項(xiàng)目建筑規(guī)模較大，并且工程類(lèi)型不一，包括市政交通通廊、停車(chē)場(chǎng)、站房等，因此BIM模型將會(huì)考慮工程類(lèi)型、專(zhuān)業(yè)等因素進(jìn)行模型規(guī)劃與組織，專(zhuān)業(yè)內(nèi)模型采用工作集的方式進(jìn)行協(xié)同工作，專(zhuān)業(yè)間采用鏈接的方式進(jìn)行協(xié)同工作。拆分后的模型采用鏈接方式進(jìn)行相互參考和協(xié)同工作。

2.3.4 項(xiàng)目模型組織

根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模，可將模型分為既有工程、新建站房及相關(guān)工程、改造工程、市政配套工程、站場(chǎng)跨線設(shè)施（天橋、地下連通道）、城市配套工程等多個(gè)建模區(qū)域；新建站房工程分新建站房、新建站臺(tái)、新建雨棚等，各部分名稱(chēng)與圖紙對(duì)應(yīng)。改造工程分既有站房改造、既有旅客活動(dòng)平臺(tái)改造等，每個(gè)區(qū)域內(nèi)按專(zhuān)業(yè)、樓層、系統(tǒng)（機(jī)電）進(jìn)行拆分。當(dāng)單一模型規(guī)模超過(guò)200M時(shí)，需進(jìn)行二次拆分，以提高模型運(yùn)行效率。大型站房建議增加按施工縫進(jìn)行劃分，方便后續(xù)施工單位接受深化。

以廈門(mén)北站為例，項(xiàng)目的模型組織原則見(jiàn)圖3。

圖3 廈門(mén)北站模型組織原則

3 各站BIM設(shè)計(jì)運(yùn)用

BIM技術(shù)在福廈鐵路站房工程項(xiàng)目中得到深入應(yīng)用，包括從建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電到幕墻、裝修、屋面、標(biāo)識(shí)專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)；搭建BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各方異地BIM協(xié)同工作；在建筑性能化設(shè)計(jì)中，通過(guò)性能分析提升設(shè)計(jì)品質(zhì)，解決實(shí)際問(wèn)題。

3.1 全專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

在站房BIM協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，搭建各站房項(xiàng)目的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從項(xiàng)目創(chuàng)建到模型建立、模型分析、模型優(yōu)化、模型出圖、圖紙審核歸檔的全過(guò)程，并結(jié)合BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目實(shí)際，建立一套完整的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)體系。在項(xiàng)目協(xié)同過(guò)程中，利用模型瀏覽軟件進(jìn)行可視化，在多方案比選中發(fā)揮作用。建筑先行，全專(zhuān)業(yè)共同參與，減少專(zhuān)業(yè)間的技術(shù)壁壘，協(xié)作更為高效簡(jiǎn)單［7-8］。站房項(xiàng)目空間復(fù)雜，造型豐富，各站都有其設(shè)計(jì)亮點(diǎn)和設(shè)計(jì)難點(diǎn)，尤其是具有復(fù)雜屋面造型的廈門(mén)北站和福清西站等。結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)通過(guò)建筑專(zhuān)業(yè)的模型提取資料，可準(zhǔn)確布置網(wǎng)架，控制結(jié)構(gòu)中性面，劃分網(wǎng)架，得到三維網(wǎng)架模型后反過(guò)來(lái)提交建筑及機(jī)電專(zhuān)業(yè)，并進(jìn)行精確的檢修走廊設(shè)計(jì)和管線布置。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)無(wú)法達(dá)到這種設(shè)計(jì)精度。

3.2 復(fù)雜形體參數(shù)化設(shè)計(jì)

各站BIM設(shè)計(jì)中，以Autodesk Revit為BIM核心建模軟件，方案階段和初步設(shè)計(jì)利用Rhinoceros和Grasshopper為精確建模基本手段，通過(guò)調(diào)整參數(shù)控制建筑形體。同時(shí)利用全模型進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的方案深化與推敲。

福清西站初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)用Rhinoceros和Revit軟件的三維模型，推敲確定幕墻曲面和斜面交接的關(guān)系定位、確定幕墻分隔（見(jiàn)圖4）。

圖4 利用Rhinoceros推敲曲面

廈門(mén)北站通過(guò)Dynamo參數(shù)化手段將屋面鋼桁架進(jìn)行精準(zhǔn)建模，進(jìn)行屋面鋼桁架與屋蓋表皮的碰撞檢測(cè)和模擬，使其互相銜接，實(shí)現(xiàn)了異形建筑結(jié)構(gòu)和建筑專(zhuān)業(yè)的高度統(tǒng)一，減少了返工。并利用快捷軟件進(jìn)行虛擬漫游、動(dòng)畫(huà)展示和圖片展示，實(shí)時(shí)與業(yè)主溝通（見(jiàn)圖5）。

圖5 利用Dynamo將屋面精準(zhǔn)建模

3.3 基于BIM的精細(xì)化設(shè)計(jì)

由平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向立體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)深度與設(shè)計(jì)精度得到很大提升。在福清西站站臺(tái)雨棚異形柱和高架進(jìn)站匝道上方屋面結(jié)構(gòu)異形柱設(shè)計(jì)中（見(jiàn)圖6），通過(guò)基于BIM的精細(xì)化設(shè)計(jì)，屋面和雨棚柱各方案的效果直觀展現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員面前，在合理性與美觀性的雙重標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)方案進(jìn)行選擇與優(yōu)化。

圖6 異形柱三維模型導(dǎo)出二維圖提資結(jié)構(gòu)

3.4 基于BIM的管線綜合

設(shè)計(jì)人員運(yùn)用Revit系列軟件進(jìn)行三維管線建模，并使用Navisworks快速查找模型中的所有碰撞點(diǎn)，較好解決了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)下無(wú)法避免的錯(cuò)、漏、碰、撞等現(xiàn)象。再根據(jù)結(jié)果對(duì)管線進(jìn)行調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)零碰撞。借由BIM技術(shù)的三維可視化功能，直接展現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)的安裝順序、施工方案及完成后的最終效果。莆田站管線展示見(jiàn)圖7。

圖7 莆田站管線展示

3.5 基于BIM的工程算量

利用BIM的強(qiáng)大計(jì)算功能，在設(shè)計(jì)模型中統(tǒng)計(jì)各建筑材料、設(shè)備器材的用量，生成明細(xì)表，方便、準(zhǔn)確、清晰，能大幅提高施工管理質(zhì)量。福清西站在初步設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用BIM模型，輔助計(jì)算曲面金屬屋面各層不同材料構(gòu)造層的工程量，幫助工經(jīng)專(zhuān)業(yè)編制概算文件。福清西站BIM模型及屋面材料展示見(jiàn)圖8、圖9。

圖8 福清西站BIM模型

圖9 福清西站屋面材料展示

4 結(jié)束語(yǔ)

由于福廈鐵路站房工程目前尚在設(shè)計(jì)階段，故本次BIM技術(shù)運(yùn)用重點(diǎn)放在設(shè)計(jì)過(guò)程中的各專(zhuān)業(yè)協(xié)同、復(fù)雜形體的參數(shù)化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)圖紙核對(duì)、管線碰撞、工程算量等，后續(xù)BIM設(shè)計(jì)可結(jié)合施工和運(yùn)營(yíng)管理進(jìn)行更深入研究。

通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程中的BIM實(shí)踐，使得建筑設(shè)計(jì)更加直觀快捷，建筑設(shè)計(jì)有據(jù)可依，各種模擬結(jié)果為建筑設(shè)計(jì)提供支撐。BIM技術(shù)使錯(cuò)誤率得到控制，可提高整個(gè)設(shè)計(jì)階段的效率。傳統(tǒng)設(shè)備專(zhuān)業(yè)繪圖是二維圖紙為主且圖示語(yǔ)言比較簡(jiǎn)單，三維建筑模型表達(dá)使得設(shè)備專(zhuān)業(yè)的投入增大很多，設(shè)計(jì)格局也發(fā)生變化。另外，在設(shè)計(jì)階段各專(zhuān)業(yè)間溝通快速有效，進(jìn)一步打破了專(zhuān)業(yè)溝通壁壘。

基于目前設(shè)計(jì)階段的實(shí)踐，可以預(yù)見(jiàn)BIM技術(shù)提供的數(shù)據(jù)平臺(tái)使得建筑設(shè)計(jì)信息可為施工、運(yùn)營(yíng)管理提供各種有效信息。三維可視化功能加上時(shí)間維度，可進(jìn)行施工過(guò)程虛擬。利用BIM技術(shù)進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)碰撞檢查，減少在施工階段可能存在的錯(cuò)誤損失和返工的可能性，減少圖紙變更和施工現(xiàn)場(chǎng)返工的同時(shí)節(jié)約項(xiàng)目投資。針對(duì)下一步福廈鐵路站房建設(shè)的施工和運(yùn)營(yíng)管理階段，BIM技術(shù)將進(jìn)一步與實(shí)踐結(jié)合來(lái)體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。