BIM技術在地鐵車站結構設計中的應用研究

楊炳曄

摘要：近年來，伴隨著城市規模的不斷擴大，城市人口數量的不斷增加，以及城市居民出行距離延長、出行次數增多，高運量、高速度、高頻次的城市軌道交通得以迅猛發展。地鐵工程設計涉及專業種類繁多、專業接口多、界面管理復雜，各專業設計圖紙往往存在管線碰撞、接口標高不一致、空間布置不合理等問題。BIM技術三維信息模型的可視化設計、各專業的協同設計可以大大提高地鐵設計的集成化程度，使得工期緊、任務重的地鐵設計質量得以保證。

關鍵詞：BIM技術；地鐵；車站設計；應用

1 BIM的特點

BIM模型通過各種直觀的物理特性將各種生澀難懂的工程數據展現在各種不人員面前，讓各個層次的人員都能清晰明了地了解整個項目，并通過BIM軟件提供的各種功能提取各自需要的數據。BIM為項目參與方提供了一個共享平臺，參與各方可以隨時查詢項目相關信息，為項目管理提供所需的信息。各參與方可以在BIM模型中進行修改、編輯、更新，并將相關的信息第一時間傳遞到所有參與方。更好的實現各參與方之間的認知差別，將各種信息第一時間傳遞到各參與方。

BIM具有可視化，可以實現從數據模型中對建筑工程的效果進行觀察，進而可以對工程整體的施工情況進行掌控，為施工設計與施工管理提供依據。其協調性可以及時對出現問題的地方進行溝通與調整，并確保施工可以順利進行。其模擬性同時還可以進行5D模擬（基于3D模型的造價控制），從而來實現成本控制；對后期運營階段可以模擬日常緊急情況的處理方式的模擬，例如地震人員逃生模擬及消防人員疏散模擬等，信息傳達及時準確。

2 BIM技術在地鐵車站結構設計中的應用流程

2.1車站結構建模

將 BIM 技術應用到地鐵車站結構設計中，主要是利用Revit Structure 2012 建立地鐵車站標準段的 BIM 三維模型。該建模軟件通過檢查支座、分析模型、檢查物理模型等是否一致，對 BIM 模型加以完善。除此之外，該建模軟件還能夠在 BIM 技術配套軟件 Robot Structural Analysis 2014 中導入相關模型，采用專業方法分析結構內力是否達標，不僅能夠在較短時間內完成地鐵車站的結構設計工作，而且降低了成本低，提高了設計的準確性。Revit 軟件構成相對單一，不能滿足車站結構的建模要求。因此不要盲目地將 Revit 軟件應用到車站結構建模工作中，需要對相關構件簇進行合理創建，選擇有效的樣板文件對新型項目進行構建。完成上述工作后，同時選擇已創建的簇文件、系統簇文件等完善構建效果，獲得更好的站臺區 3D模型。倘若選用重新創建的結構對三維模型進行構建，該軟件將能夠同時構建用于結構分析的三維分析模型。如需查看模型，雙擊項目瀏覽器分析模型即可。

2.2結構分析

該建模軟件通過檢查支座、物理模型和分析模型是否一致以及碰撞檢查等使 BIM 模型更加完善。正確的實施方法為完成 BIM 模型制作之后，使用 Revitext Ensions 將該模型發送至 Robot Structural Analysis Professional；在發送模型的過程中，還要對基本選項和附加選項等進行靈活設置，主要包括桿端釋放、自重工況、材料、模型轉換等一系列內容 ；嚴格執行上述 2 項操作后，獲得地鐵車站 Robot 結構分析模型。開展結構分析工作時，因 Robot 和 Revit 兼容性好，倘若以Revit 為載體，定義模型材質、荷載組合、彈簧約束、支座等各個指標，這些指標都能夠被 Robot 識別和使用，保留原有設置即可。與此同時，Robot Structural 還有一個優勢就是其能夠在第一時間將反饋分析結果反饋給 Revit，從而實現各類結構信息的雙向對接。

3 BIM在設計階段中的具體應用

3.1進行三維設計實現設計的可視化

傳統地鐵車站設計采用平面設計，設計成果交付也采用二維圖紙。這種設計方法相對簡單、操作方便、出圖速度較快，但對于較為復雜的三維形體，很難通過大腦的想象完整的表達出來或者在施工時還原出來。BIM技術的運用，使這一問題迎刃而解。在車站設計過程中，設計元素不再是二維設計中的線和面，而變成了一個個三維對象。如二維圖紙中的墻線變成了墻體，梁線變成了三維梁體，樓層面變成了三維樓板等等。

3.2突出典型的結構設計

突出模型結構復雜，直觀地進行分析。通過復雜的分析過程，我們可以充分了解項目的復雜部分，進一步了解地鐵站的一些內容。例如，觀察地鐵車站交通管理的充分性，檢查復雜框架結構的不足，找出如何改善這種情況的方式。

3.3碰撞檢測

通常情況下，碰撞檢測工作主要從兩點展開，分別是單專業模型碰撞檢測和全專業整體模型碰撞檢測，其中，單模檢測包括建筑模型和綜合管道的碰撞檢測。建筑模型碰撞有時會發生地鐵車站和地鐵系統間的邊接問題，或者是在布局上面有一些不合理的情況。應用三維立體模型就能夠縮短問題查找的時間，同時以更快的速度提供應對方案。綜合管道碰撞檢測工作主要指的是在施工過程電、氣、水等方面所使用的一些管道，有沒有發生搭接碰撞的現象。以往的CAD設計方式，一般在管線方面的設計都比較粗獷，但Revit的應用，使各方面的設計都更為精細。而現場工作人員所需要的圖紙則是越詳細越好，單純的示意圖并不能夠滿足施工對于精確度的需求。而經過精細設計的圖紙，能夠衍生出更加明晰的管道布局。將工程設計更加精細化，可以給地鐵站空余出更大的空間和高度，同時保證了工程項目的品質，并且使完工的速度更快。

3.4精確化相關參數

BIM技術不僅僅是簡單的三維對象空間疊加，更重要的是能夠賦予三維對象更多的參數信息，如形體多維參數、材料特征、物理特征、力學參數、設計屬性、廠商信息、價格信息等，這使得建筑構件成為智能實體，三維模型升級為BIM模型。在地鐵車站建筑設計過程中，構件參數化設計將大幅度提升設計效率及精確度。如車站扶梯設計過程中，需要根據車站坡度、坡向、機箱長度等計算提升高度以及吊鉤位置，建立扶梯BIM模型后只需修改扶梯參數即可準確的得到扶梯提升高度及吊鉤位置，同時自動生成扶梯平剖面圖。

3.5生成設計圖

在出圖方面，使用BIM模型能夠在后期自動生成施工圖，過程中產生的各種信息存在聯系，所以不能單獨更改其中一個信息。因為BIM模型是以參數化作為基礎的，因此在二維圖紙中能夠得到相關的信息，所以我們不能隨便更改相關數字，這樣就能夠避免在設計過程中主觀錯誤，保證施工圖足夠精準。利用BIM模型可以自動生成預留的孔洞，這些都能為后期的施工提供便利，幫助我們加快施工的進度，保證后期施工能夠順利。

結語

綜上所述，根據地鐵車站結構設計要求，靈活運用 BIM技術能夠提高地鐵車站工程的質量和施工效率。充分發揮BIM 技術優勢進行建模工作，嚴格把控施工過程，減少工程漏洞，獲得良好的地鐵車站結構設計優化效果。

參考文獻

[1]鄭鑫鑫，王文君.地鐵站設計簡述[J].四川水泥，2015（04）.

[2]周增強.地鐵車站結構的防水與堵漏施工技術[J].設備管理與維修，2017（11）.

課題支持：本課題受中國鐵路設計集團有限公司科技開發重點課題：城市軌道交通工程數字化設計交付研究（合同號：721818）；基于BIM技術下的暗挖工法建造車站關鍵技術研究（合同號：721739）；城市軌道交通數字化建設與測評技術國家工程實驗室數字化建設與評估技術研究實驗平臺支持。

（作者單位：中國鐵路設計集團有限公司）