BIM技術在地鐵車站結構設計中的應用

徐淵函

摘 要：近年來，隨著我國城市化進程的快速推進，城市人口數量在不斷增加，這使城市交通壓力也在持續上升。為了有效緩解城市交通壓力，我國大中型城市中的地鐵工程建設項目正在逐漸增加。在地鐵車站結構設計工作中，BIM技術發揮著重要的作用?；诖?，本文先對BIM技術的優勢進行簡單介紹，然后介紹BIM技術在地鐵車站設計中的應用，希望能夠為地鐵車站設計提供參考。

關鍵詞：BIM技術；地鐵車站；結構設計；應用分析

1 BIM技術的優勢

1.1 可視化優勢

在地鐵車站設計中，很多設計工作還要依靠于傳統的CAD軟件，通過平、立、剖等方式來展現設計成果。在現在的設計中，由于地鐵車站設計的規模相對較大，緊急依靠基于二維圖紙的構想和設計是很難完成的。而BIM技術的應用則可以通過特殊的設計方式來達到可視化效果，能夠讓設計師通過三維立體的思考方式完成建筑設計，同時也方便設計過程中的改動和調整，可視化效果非常明顯。

1.2 模擬性優勢

BIM技術除了可以對建筑進行三維模擬外，還可以對建筑的節能、照明以及緊急疏散通道進行模擬設計，節約資源，提高建筑施工過程中的安全穩定性。BIM技術能夠實現對整個施工建筑的精細化模擬，讓施工更加貼合實際，符合科學，進而節約施工時間、控制施工成本?？梢哉f，BIM技術的模擬性對于地鐵車站設計有著重要的作用。

2 BIM技術在我國的應用現狀分析

就BIM技術在我國地鐵工程的應用而言，香港處于領先的位置，目前香港的82座地鐵車站中，已有20多座實現了BIM建模，部分車站應用BIM技術實現了采光、煙霧、人流、能耗和碰撞檢測等BIM更深層次的應用，不僅達到了工程概預算的要求，而且取得了良好的社會效果。中鐵隆設計研究院在西安地鐵五號線一期太乙路站和興慶路站的設計過程中，創建了建筑、結構、綜合管線模型，通過碰撞檢測發現了500多處碰撞點并進行及時的溝通和修改，有效的提高了工程質量。天津地鐵紅旗南路站采用BIM技術進行管線綜合設計，有效的解決了設備和管線的協調問題，縮短了設計周期，提高了設計質量，在設計階段就為保障工程順利施工創造了有利條件。上海地鐵12號線曲阜站采用BIM進行管線碰撞檢查、大型設備的安裝以及后期維護路徑設計研究，進行施工交底和施工模擬，有效的提高了工程質量。國內BIM技術一般應用于地標性、示范性、規模較大的建筑物，普及程度較低，而且僅局限于建筑物某一階段或者某一方面的應用，涉及的面較窄，與國際存在較大差距。雖然BIM技術在地上建筑中的應用取得了一系列成就，但是在地下結構中的應用主要是結構建模、碰撞檢查、4D施工模擬等某一方面，BIM平臺整體功能在地下結構中的應用尤為不足。

3 BIM技術在地鐵車站結構設計中的應用

3.1 在地鐵車站結構建模中的應用

在地下結構中運用BIM技術，主要是利用RevitStructure2012建立地鐵車站的BIM三維模型。地鐵車站建模中，工程模型主要由建筑相關專業設計完成，主要借助載體為Revit軟件。該軟件包含有Mep、Architecture以及Structure三個模塊，借助上述幾個模塊實現對建筑體設備、結構模型的綜合分析具有極大優勢。在建模環節中，Architecture軟件可為后期土建模型設計提供依據，便于相關模型數據的全面可控性管理。方可實現構件裝修、硬件設備設施的建立管理。Revit本身的軟件構件族較少，無法全面滿足車站結構的建模所需，因此應用Revit軟件實施車站結構建模時，一定要創建需要的構件族，應用基于中國用戶定制的Structure Analysis Default CHNCHS.rte項目樣板文件創建新的項目，最后應用創建的族文件和系統族文件建立車站站臺區的3D模型。在應用重新建立的結構族建立三維模型時，Revit軟件會同時建立進行結構分析的三維分析模型，雙擊項目瀏覽器的分析模型就能夠查看。

3.2 車站結構分析模型前處理

3.2.1 設備與管線模型

對于設備與管線模型的建立是在土建模型建立的基礎上，以協同合作的方式來實現結構設計的。在模型的建立期間以及各管線專業的方案設計期間，必須要對上游的專業方案進行設計，以提高模型的影響價值。與此同時，設計人員還要對下游專業的預留條件進行更早獲知與否。在綜合了土建、管線及設備的BIM模型基礎上，即可進一步進行管線的碰撞檢測。對于協同合作的具體方式，就是將BIM技術應用平臺作為搭建結構設計、實際施工以及經營業主之間的溝通橋梁。這樣一來，就可以將應用BIM技術而獲取的信息數據作為處理問題的依據與資料。

3.2.2 設備管線的碰撞檢測

Revit提出和其他方式相比較為簡單的碰撞檢測工具，可以使模型內部按照類別區分的硬碰撞檢測進行科學區分，但是其功能的重點是屬于建模時施工的基本工具，因此對碰撞結果進行統計和歸納不是十分完善，并且難以實現檢測之間的碰撞，所以需要利用Navisworks使自動檢測碰撞得以實現，結合檢測報告，將每個碰撞點存在的實際情況逐步列出，和可以使管線進行間隙碰撞檢測和報告項目碰撞模型進行對照，進而對其功能進行相應的對照和查看。

3.3 車站結構分析與計算

使用Revitextensions將完善后的BIM模型發送到Robot Structure Analysis Professional，在發送過程中可以對模型進行基本和附加選項的設置，包含桿端釋放、自重工況、材料、模型轉換等，最后得到地鐵車站Robot結構分析模型。由于Robot和Revit具有很好的兼容性，在Revit中關于模型材質、荷載、荷載組合、支座、彈簧約束等的定義均能被Robot識別和使用，不需要重新進行設置，同時Robot Structure可以將分析結果反饋給Revit，實現結構信息的雙向對接。

添加荷載與荷載組合，在Robot中分別定義荷載工況，添加恒荷載與活荷載，恒荷載包括結構和設備自重、地層壓力、水壓力以及浮力，活荷載包括地面車輛荷載以及產生的側向力和人群荷載。Robot Structure軟件能夠讀取和使用Revit中關于荷載組合定義，同時也可以根據《建筑結構荷載規范》（GB5009—2012）自動進行荷載組合進行計算。

進行結構分析設置，在“工程首選”對話框中設置分析和顯示的一些參數，例如：單位格式、材料、設計規范、網格劃分等。在分析下拉菜單中可以通過添加和刪除方式設置分析類型，例如基本組合、標準組合、模態分析、地震分析、時程分析等，本文僅設置基本組合和標準組合兩種分析。Robot Structure在對結構分析模型劃分單元的同時，會對分析模型進行結構分析檢查，根據檢查結果對結構模型進行修改和調整，加以完善，最后進行結構計算。

4 結語

綜上所述，BIM技術在地鐵車站結構中的應用是地鐵建設過程中不可缺少的重要環節，因此，對BIM技術在地鐵車站施工中的應用進行研究分析，能夠進一步推動BIM技術在建筑行業的應用范圍和普及程度，有利于我國建筑行業發展與國際接軌，不斷提高我國建筑行業的施工效率及施工質量。

參考文獻：

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