BIM技術在高鐵站前廣場場地設計中的應用

趙哲逸

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 BIM技術概述

BIM(Building Information Modeling)即“建筑信息模型”，是以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為三維數(shù)字模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，以達到可視化設計、虛擬施工、數(shù)據(jù)化運營維護等目的[1]。目前，BIM技術因其可視化、參數(shù)化、協(xié)同性、全周期等特點，已經(jīng)走出“建筑”的范疇，在場地設計甚至城市規(guī)劃設計過程中發(fā)揮越來越重要的作用。

2 高鐵站前廣場場地設計現(xiàn)狀分析

高鐵站前廣場不同于普通城市廣場，它肩負著城市對外聯(lián)系的重任，起著城際交通與城市交通轉(zhuǎn)化的作用，是城市融入?yún)^(qū)域發(fā)展的重要紐帶，是城市經(jīng)濟發(fā)展的重要一環(huán)。

因此，高鐵站前廣場場地設計是在滿足基地現(xiàn)狀條件和相關的法規(guī)、規(guī)范基礎上，通過設計使場地中建筑、交通系統(tǒng)、室外設施、綠化景園、工程系統(tǒng)等要素和諧[2]，同時遵循“交通優(yōu)先”“高效節(jié)能節(jié)地節(jié)資”“美觀協(xié)調(diào)”等原則[3]。設計中的難點主要集中在現(xiàn)狀條件和設計內(nèi)容的有機結(jié)合、內(nèi)外交通流線的有序布置、外部限制條件的對接等方面。通過BIM技術可以有助于解決以上問題，且能夠提高現(xiàn)狀資料數(shù)據(jù)準確性和完整性、提高設計方案的直觀程度，從而完善設計過程，幫助業(yè)主做出合理決策，加快項目進度。

3 項目概況

晉城東站站前廣場工程總用地323 798 m2，由城市主干道丹河快線分為東、西兩個地塊，東側(cè)地塊總用地148 540 m2，主要建設兼容客運樞紐功能的高鐵站前廣場(見圖1)；西側(cè)地塊總用地175 258 m2，主要建設文化景觀公園48 184 m2；配套建設9條道路，一座快速進站通道橋梁。項目總概算5.48億元。

4 BIM技術應用概況

BIM技術在晉城廣場項目中的應用概況見表1。

表1 BIM技術在晉城廣場項目中的應用概況

5 案例分析

基于晉城東站站前廣場工程，簡要分析BIM在高鐵站前廣場場地設計中的應用方法。

5.1 現(xiàn)狀資料數(shù)字化還原

高鐵站前廣場項目多位于城市建城區(qū)邊緣，普遍存在地形圖和相關資料陳舊或不完整問題，不能滿足場地設計和拆遷量統(tǒng)計要求，進而影響投資估算和概算。如果進行常規(guī)測量工作，會顯著增加項目初期的投入和工作周期，在某些項目中外業(yè)任務還會間接增加征拆難度。借助日漸成熟的無人機傾斜攝影技術，能夠?qū)崿F(xiàn)在數(shù)日(ContextCapture工作流)甚至數(shù)小時(大疆智圖工作流)內(nèi)對場地和周邊區(qū)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化還原，為場地留下“快照”。如同網(wǎng)頁“快照”可以作為線上交易的憑證，該成果也可以作為拆遷統(tǒng)計的基礎資料。設計單位也可以將其作為比地形圖和現(xiàn)狀照片更加直觀和高效的設計輸入數(shù)據(jù)。圖2所示晉城東站站前廣場西南部水東村原貌模型是設計人員使用大疆精靈4無人機，通過DJI GS Pro控制軟件拍攝的傾斜攝影圖像經(jīng)ContextCapture計算生成，文件格式為3SM，文件大小660 MB，模型精度0.048 m～0.065 m。

5.2 地形分析

在ContextCapture和大疆智圖等實景建模軟件中，均可以根據(jù)傾斜攝影圖反向生成場地DEM文件，再通過GIS平臺或BIM參數(shù)化設計軟件(如Dynamo)[4]快速便捷的對場地進行多項分析和方案推導。

1)基于高程數(shù)據(jù)對DEM模型進行色譜染色，可以直觀了解場地與周邊地塊高程分布情況，對場地設計標高的確定有一定幫助，見圖3。

2)亦可利用GIS平臺中的坡度坡向分析功能或Dynamo[4]中的斜率判斷算法查看場地坡度分布情況和流水方向，幫助設計人確定合理的道路坡度和場地排水路線。

3)在站前廣場規(guī)劃設計時還應考慮廣場主要節(jié)點的視線、視野問題。將場地實景模型加載到BIM可視化軟件中可以模擬這些節(jié)點的人視點場景，以判斷廣場各部的朝向和布局是否會對旅客產(chǎn)生壓抑、單調(diào)、逼仄、雜亂、擁擠等負面空間感受。

5.3 立體交通設計

站前廣場設計遵循“交通優(yōu)先原則”，廣場的交通疏解能力直接決定了廣場設計的合理性。在晉城東站站前廣場交通流線設計時，首先將流線進行了統(tǒng)計和分類。按照交通工具分為公交車、旅游大巴、出租車、社會車、非機動車、步行等；按照流線目的分為進站乘車流線、出站換乘流線、市域換乘流線、穿越流線、工作人員流線等，如圖4所示。

在分類基礎上，根據(jù)流線的特性和重要程度在平面圖上進行布置(見圖1)，此時將產(chǎn)生多處車流與車流、車流與人流的交叉。解決流線交叉的原則為：

1)保證主要流線人車分流；

2)優(yōu)先保證進站流線效率；

3)縮短步行流線長度；

4)保證應急通道凈高。

通過傳統(tǒng)二維設計方式解決此類問題時，很難同時兼顧平面位置、道路坡度、橋下凈空要求，往往需要建筑專業(yè)拿出方案，再由橋梁和結(jié)構(gòu)專業(yè)核實最終標高。在不利情況下往往需要多輪重復驗證。在晉城東站站前廣場立體交通方案設計中，有一處地庫出入口、消防車道、快速進站橋梁、人行道四者交匯的重要節(jié)點，設計人利用Revit建立了該節(jié)點“建筑低LOD模型+地形高LOD模型+橋梁上部高LOD模型”的混合精度模型。再利用Revit參數(shù)報告機制實時顯示路面坡度、橋下凈高等數(shù)據(jù)。最后在三維視圖中通過“移動、拉伸、輸入?yún)?shù)”等簡單操作進行立體交通布置，在較短時間找到了同時兼顧橋梁結(jié)構(gòu)、道路坡度、路面排水、消防車道凈高等要求的合理方案(見圖5)。對比傳統(tǒng)“試錯式”的設計方法，該方式并未增加設計人員工作量。

5.4 豎向設計

土方工程量計算和優(yōu)化是豎向設計中的重要內(nèi)容。在方案設計階段，傳統(tǒng)的土方工程量計算方法有方格網(wǎng)法、斷面法、散點法[5]等，但這些方法均存在工作量大或誤差大的問題。而在Revit等BIM軟件中，可以輕松實現(xiàn)設計前后地形體積差的計算，且可以將此數(shù)值作為監(jiān)控的對象，在設計調(diào)整過程中實時顯示變化。如果將挖方、回填、放坡、清表等土方工程分項建模，再將土質(zhì)、密實度等對土方量的影響因素以系數(shù)方式列入計算，即可最大限度保證土方工程量計算的準確性，進而為土方平衡設計提供準確依據(jù)。

停車場、硬質(zhì)鋪地、內(nèi)部道路的豎向設計直接影響廣場與站房、城市道路、周邊場地的對接，是站前廣場項目方案階段就要明確的內(nèi)容。借助BIM技術，可以快速對設計各部控制點進行標高調(diào)整，同時通過三維可視化的方式方便地進行驗證和優(yōu)化。完成后的方案模型也可以參照5.3章節(jié)中的方法在GIS平臺中進行標高分布、坡度分布、水流路徑和視線的分析，使設計方案更加合理。

5.5 技術指標與設計方案聯(lián)動

高鐵站前廣場工程對城市發(fā)展和資源開發(fā)影響較大，因此面向城市規(guī)劃部門、自然資源管理部門、住建管理部門的方案調(diào)整和方案匯報極為頻繁。在這類匯報中必須保證相關技術指標的準確，這些指標主要包括用地面積、建筑面積、綠化面積、容積率、綠化率、各類車輛停車位數(shù)量、投資估算等?；贐IM技術的場地設計無需在每次方案調(diào)整后都手動更新各項指標，因為以上所有指標都可通過Revit中明細表功能保持與模型和圖紙的實時同步。這項應用既減少了重復工作量，又保證了指標數(shù)據(jù)的準確性和真實性，在設計過程中還可以及時反映設計調(diào)整帶來的各項變化。

5.6 綜合管線設計

雖然目前多數(shù)站前廣場項目設備和管線并不復雜，但是隨著“站城一體化”理念的迅速推廣，商業(yè)綜合體、住宅、大型娛樂設施等都將逐漸進駐站前廣場[6]。屆時，無論是室內(nèi)管線的綜合排布還是室外管網(wǎng)的協(xié)同設計都將成為站前廣場項目的難點。BIM技術借助碰撞檢測、設備族庫等功能已經(jīng)在無數(shù)知名項目的綜合管線設計中大顯身手，相信在未來的高鐵站前廣場設計中它仍然會發(fā)揮重要作用。

5.7 方案效果展示

作為城市對外聯(lián)系的窗口，高鐵站前廣場預期效果的高質(zhì)量呈現(xiàn)非常必要。隨著BIM三維可視化技術的迅速發(fā)展在Autodesk工作流中產(chǎn)生了Fuzor，Lumion等[7]能夠與設計工作實時同步的渲染軟件，無需繁瑣的材質(zhì)、燈光設置即可讓設計成果表現(xiàn)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。而Bentley工作流中基于Microstation平臺的所有軟件，包括lumenRT動畫制作軟件，在近期均加入了實時讀取3SM格式實景模型的功能。3SM格式文件是一種由ContextCapture生成的、可以承載海量實景模式數(shù)據(jù)的、具有瓦片數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的獨立文件。通過它，Bentley工作流實現(xiàn)了從航測到設計成果展示全設計流程中傾斜攝影數(shù)據(jù)的無損傳遞，大幅提高了設計輸入數(shù)據(jù)的準確性和設計成果輸出的直觀性，如圖6所示。

6 結(jié)語

高鐵站前廣場規(guī)劃設計相比于常規(guī)城市廣場要求更高，設計難度更大，本文通過對實際項目中BIM及其相關技術應用的總結(jié)分析，證明了BIM技術在此類項目場地設計中能夠起到簡化設計流程，提高設計效率和成果質(zhì)量的作用，為設計工作提供了全新的思路和技術手段。