地鐵車站建筑設(shè)計中BIM的應(yīng)用研究

王雪

摘要：近年來，伴隨著城市規(guī)模的不斷擴大，城市人口數(shù)量的不斷增加，以及城市居民出行距離延長、出行次數(shù)增多，高運量、高速度、高頻次的城市軌道交通得以迅猛發(fā)展。地鐵工程設(shè)計涉及專業(yè)種類繁多、專業(yè)接口多、界面管理復(fù)雜，各專業(yè)設(shè)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(shù)三維信息模型的可視化設(shè)計、各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計可以大大提高地鐵設(shè)計的集成化程度，使得工期緊、任務(wù)重的地鐵設(shè)計質(zhì)量得以保證。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;建筑設(shè)計;BIM;應(yīng)用研究

本文通過BIM技術(shù)在工程實例的應(yīng)用，分析了BIM技術(shù)相對于傳統(tǒng)設(shè)計方法具有三維可視化設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、材料明細表自動生成等優(yōu)勢，為實現(xiàn)BIM技術(shù)在車站建筑設(shè)計中的應(yīng)用提供了參考。

1BIM在國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

早在2010年，香港地鐵已經(jīng)實現(xiàn)20多座車站的模型化，形成依托BIM的信息管理網(wǎng)絡(luò);2011年上海地鐵開始應(yīng)用BIM;2012年北京地鐵10號線二期項目運用BIM進行全生命周期管理;2013年12月份廣州地鐵開始引進BIM技術(shù)，在廣佛線二期和廣州地鐵6號線進行試點應(yīng)用;2014年南寧市地鐵將BIM技術(shù)運用于機電安裝施工中。2015年7月1日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《推進建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見》確立了BIM推進目標：到2020年末，建筑行業(yè)甲級勘察、設(shè)計單位以及特級、一級房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用。目前，北京、上海、廣州、深圳、無錫、南京等城市的軌道交通工程中，業(yè)主已經(jīng)在合同中明確規(guī)定采用BIM技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計與施工。這一目標的確立進一步促進了BIM技術(shù)在建筑工程中的推廣及應(yīng)用。

2BIM在地鐵設(shè)計過程中的應(yīng)用實例

2.1三維化、可視化設(shè)計

傳統(tǒng)地鐵車站設(shè)計采用平面設(shè)計，設(shè)計成果交付也采用二維圖紙。這種設(shè)計方法相對簡單、操作方便、出圖速度較快，但對于較為復(fù)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(shù)的運用，使這一問題迎刃而解。在車站設(shè)計過程中，設(shè)計元素不再是二維設(shè)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。BIM的三維化設(shè)計方法，不僅有利于復(fù)雜形體的表達，而且可以有效地進行空間碰撞檢查。空間碰撞分為硬碰撞和軟碰撞。硬碰撞是指實體與實體之間交叉碰撞;軟碰撞是指雖然實體間并沒有碰撞，但間距和空間無法滿足相關(guān)施工要求。如在地鐵車站建筑設(shè)計過程中，T型換乘站換乘節(jié)點處立體關(guān)系較為復(fù)雜，在二維設(shè)計中往往出現(xiàn)樓梯上方凈高不滿足行人通行要求，樓梯下方凈高不滿足車輛限界要求等軟碰撞的情況。通過建立BIM模型可以直觀地對空間關(guān)系進行檢查，避免此類問題的發(fā)生。不僅如此，BIM系列軟件還有強大的渲染和動畫技術(shù)，可以直接對賦予材料參數(shù)、物理特征的模型進行渲染出具高度仿真的效果圖，通過設(shè)置漫游路徑生成漫游動畫，結(jié)合VR技術(shù)還可以實現(xiàn)對模型的“虛擬”參觀。這樣就可以使設(shè)計者的設(shè)計意圖更加直觀的展現(xiàn)出來，更易于設(shè)計成果的表達，方便與業(yè)主的溝通。

2.2參數(shù)化設(shè)計

BIM技術(shù)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(shù)信息，如形體多維參數(shù)、材料特征、物理特征、力學(xué)參數(shù)、設(shè)計屬性、廠商信息、價格信息等，這使得建筑構(gòu)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(shè)計過程中，構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計將大幅度提升設(shè)計效率及精確度。如車站扶梯設(shè)計過程中，需要根據(jù)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(shù)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。

2.3協(xié)同設(shè)計

傳統(tǒng)意義上的協(xié)同設(shè)計往往是通過網(wǎng)絡(luò)平臺如網(wǎng)絡(luò)通信軟件、網(wǎng)絡(luò)資源庫、網(wǎng)絡(luò)管理平臺等實現(xiàn)各專業(yè)文件的傳輸和信息的溝通。BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計基于同一個設(shè)計平臺，各專業(yè)設(shè)計人員可以在本專業(yè)設(shè)計完成后開放修改權(quán)限，此時其他專業(yè)可以及時收到修改通知，并在此模型基礎(chǔ)上完善自身專業(yè)設(shè)計內(nèi)容。這樣的協(xié)同設(shè)計方式可以有效避免傳統(tǒng)設(shè)計過程中由于溝通不及時、傳輸信息不準確導(dǎo)致的錯、漏、碰、缺，保證設(shè)計模型的準確，提升設(shè)計效率。基于同一模型的協(xié)同設(shè)計還可以使各專業(yè)的分析設(shè)計節(jié)省大量的建模時間。以地鐵車站設(shè)計中建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)為例，傳統(tǒng)設(shè)計模式中，建筑設(shè)計人員利用CAD完成車站建筑平面圖、剖面圖繪制之后，將CAD文件傳至結(jié)構(gòu)設(shè)計人員手中。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要先閱讀建筑設(shè)計圖紙，在理解建筑設(shè)計意圖之后，應(yīng)用PKPM、ETABS、Midas等軟件重新建模然后進行計算分析。如果建筑設(shè)計方案調(diào)整，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員又需要對結(jié)構(gòu)計算模型進行相應(yīng)的調(diào)整。對于地鐵設(shè)計來說，涉及專業(yè)多、接口界面復(fù)雜，很容易引起方案的調(diào)整，這就大大加重了結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的工作量。而基于BIM的同一模型，結(jié)構(gòu)專業(yè)進行分析計算的模型可以在建筑專業(yè)設(shè)計完成后直接應(yīng)用。而且BIM結(jié)構(gòu)分析軟件可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自動識別、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載自動轉(zhuǎn)化、結(jié)構(gòu)簡圖的自動輸入，大大節(jié)省了結(jié)構(gòu)設(shè)計人員建模工作量以及計算分析前處理的時間。

3結(jié)束語

鑒于BIM技術(shù)具有的三維可視化設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、材料明細表自動生成等區(qū)別于傳統(tǒng)平面設(shè)計方法的優(yōu)勢，BIM技術(shù)在地鐵設(shè)計過程中的應(yīng)用，能夠顯著提升設(shè)計效率，減少設(shè)計過程中存在的錯、漏、碰、缺，保證設(shè)計成果的質(zhì)量。但是由于BIM設(shè)計系統(tǒng)工程龐大，各專業(yè)均需要配備相應(yīng)的專業(yè)人才，構(gòu)件中心協(xié)同設(shè)計平臺需要較高的投入，導(dǎo)致BIM技術(shù)目前多數(shù)應(yīng)用于施工、運營模型的建立，在設(shè)計過程中BIM技術(shù)的推廣和應(yīng)用還有很長的路要走。