基于BIM-GIS 可視化交互平臺的地鐵車站建模拆分研究

韓文君 梁 園 胡今強

(1. 常州市軌道交通發展有限公司 江蘇常州 213001；2. 中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600)

1 引言

GIS 與BIM 融合后將全面解決GIS 三維模型信息內容簡單、BIM 模型獨立分散的現實問題[1]。BIM 使建筑物具備詳細的內部空間幾何及功能語義信息[2]。 依托建筑信息模型BIM 可以提高軌道交通建設質量、加快施工進度，保證施工安全，完善軌道交通智能化建設[3]。 BIM 與GIS 的集成與融合對未來建筑物的精細化發展起到重要作用[4]。 地鐵建設中需將模型進行拆分，根據階段任務在平臺中合理展示。 地鐵車站模型拆分原則是實現城市軌道交通BIM 與GIS 的融合的關鍵技術之一，我國相關規范標準針對地鐵車站模型拆分原則涉及內容很少。 本文分析城市軌道交通中車站、市政管線、周邊建構筑物、風險源建筑分別選擇不同搭建平臺，按位置區域、專業、地上地下等原則拆分后集成到GIS 應用平臺中[5]，可實現BIM 數據與GIS 平臺高效率對接。

2 地鐵車站及場地環境建模拆分

城市軌道交通建設過程中，除地下車站本身的方案，在建設過程中受場地環境影響較大。 場地環境主要是市政管線、周邊建構筑物、風險源建筑等。 在BIM-GIS 交互平臺中，為實現地鐵車站的重要應用，車站及場地環境需建立合理的建模拆分體系。

2.1 地鐵車站建模拆分

2.1.1 車站拆分要素

為了實現BIM-GIS 交互平臺應用需要，對車站主體及附屬必須建模拆分。 車站拆分要素應包括：項目、階段、車站、專業、區域等基本要素。 基本要素納入車站建模拆分時，應有拆分優先等級，其優先等級順序見表1。

2.1.2 區域拆分

拆分要素中最低層級為區域，因此受前面所有層級要素影響，其中影響區域拆分主要是階段、專業兩個基本要素。 對車站區域進行劃分時，應針對不同階段下，各專業建模按照不同區域進行拆分。階段建議劃分為建設過程中5 個重要階段，區域按照主體、風道、出入口、區間。 建筑、結構專業的各階段建模拆分詳見表2[6]。

表2 結構及建筑專業各階段建模拆分

2.2 場地環境建模拆分

2.2.1 市政管線

市政管線建模按專業拆分即可，一般分為8 個部分，見表3。 其管線尺寸較大：電力管溝模型、燃氣管溝/管線模型、上水管溝/管線模型、熱力管溝模型、污水管線模型、雨水管溝/管線模型。 另外尺寸較小的市政管線：電信管線模型、其他。 后兩個部分的市政管線由于尺寸較小，可根據具體要求選擇是否搭建模型。

表3 市政管線建模拆分

以環境調查資料為準，搭建模型的幾何信息有場地內既有管線定位、尺寸、埋深，非幾何信息有管線所屬系統、環境安全等級、材質、是否改移等。

2.2.2 周邊建構筑物

地鐵沿線建構筑物范圍邊界以車站、區間、車輛段停車場外輪廓邊界外50 ～100 m 范圍及設計特殊要求的范圍。 采用3Dmaxs 等平臺搭建周邊建構筑物模型集成到GIS 應用平臺中，規劃控制線等在GIS 應用平臺中集成[7]，后期施工階段搭建施工圍擋、施工場地等采用BIM 軟件搭建。 周邊建構筑物建模拆分見表4。

表4 周邊建構筑物拆分

2.2.3 風險源建筑

地鐵全線風險源模型根據風險源分級進行搭建，按單體建筑進行拆分，見表5。 根據具體情況可對單體建筑再次拆分為地上、地下兩部分以便于方案展示及優化。 特、一級風險源應作為必做項進行模型搭建[8]。

表5 特、一級風險工程建模要求

地下部分采用BIM 軟件搭建模型，地上部分采用3Dmaxs 等平臺集成到GIS 應用平臺中[9]。

3 工程案例分析

3.1 車站概況

常州市軌道交通1 號線一期工程同濟橋站為單柱雙跨地下兩層島式站臺車站，車站外包長度187.6 m，標準段外包寬度為19.7 m，總建筑面積11 412.63 m2，采用明挖施工法。 車站東北向為國泰新都小區，西北向為理想中學、田家炳中學原址，西南向為保護建筑，東南向為桃園綠地，影響管線為電力、燃氣、上水管線?，F狀同濟橋高架橋路連至吊橋路桃園路。 車站共設置2 組風亭、4 個出入口，車站總平面布置見圖1。

圖1 同濟橋站平面布置

3.2 車站BIM 結構及建筑建模

同濟橋站按照施工圖設計階段要求，根據各專業拆分原則將模型項目拆分[10]。 結構專業拆分為車站主體結構BIM 模型、風道結構BIM 模型、出入口結構BIM 模型；建筑專業拆分為車站建筑結構BIM 模型、風道建筑BIM 模型、出入口建筑BIM模型。

主體結構BIM 模型指車站主體永久結構模型，包括結構外墻、結構梁、結構板、結構柱、預留洞口等；主體建筑BIM 模型包括設備區隔墻、構造柱、門窗、公共區樓扶梯和欄桿、電梯、公共區閘機和欄桿，設備管理用房區樓梯和扶手等。

車站結構及建筑風道、出入口BIM 模型應包括地下部分的外墻、梁、板、柱、內隔墻、門窗、樓扶梯和欄桿；地上部分的外墻、梁、板、柱、內隔墻、門窗、樓扶梯和欄桿、地面臺階、 雨棚[11]。 考慮到設計階段對方案調整、一體化設計單位對地面亭優化整合、減少方案調整優化的模型與BIM-GIS 可視化交互平臺對接的工作量等因素，需將風道、出入口模型合理拆分[12]，以提高模型修改及與BIM-GIS 可視化交互平臺對接的效率。

同濟橋站出入口模型分為4 個部分：西北象限3 號出入口、東北象限2 號出入口、西南象限4 號出入口及小里程端風道、東南象限1 號出入口。 風道模型為大里程端1 號風道，拆分模型文件情況見表6 和表7，建筑專業BIM 建模拆分見圖2。

表6 結構專業施工設計階段建模拆分

表7 建筑專業施工設計階段建模拆分

圖2 同濟橋站建筑BIM 建模拆分

3.3 市政管線建模

市政管線模型按專業拆分模型，同濟橋站市政管線模型分為以下6 個部分：電力管溝模型(1 800 ×2 000、2 000×2 100 尺寸類型)、燃氣管溝/管線模型(1 000 ×680 等尺寸類型)、上水管溝/管線模型(3 000 ×2 700 等尺寸類型)、熱力管溝模型(3 600×2 500等尺寸類型)、污水管線模型(φ1 050 等尺寸類型)、雨水管溝/管線模型(φ1 500 等尺寸類型)，見圖3。

圖3 市政管線建模拆分

3.4 周邊建構筑物及風險源建模

同濟橋站西南象限為大成紡織集團有限公司(混2，保護建筑)，距車站主體基坑約23.0 m；西北象限為理想中學房屋(混3-5)，距車站主體基坑最近約25.0 m；車站東側為國泰新都小區房屋(混3 ～20，條形基礎)，距車站主體基坑最近約18.5 m，現狀同濟橋高架橋路連至吊橋路桃園路，采用3Dmaxs 整體建模。

周邊風險建筑按單體建筑進行拆分，拆分為地上、地下兩部分。 同濟橋及周邊建筑可將地上與地下建構筑物拆分以便于方案展示及優化，搭建拆分的地上、地下部分模型見圖4。

圖4 風險源建筑建模拆分

3.5 模型與BIM-GIS 可視化交互平臺對接

按上述建模拆分后，車站設計模型拆分為車站主體模型、車站附屬模型、市政管線模型、周邊建構筑物、風險源模型共5 大部分，各個部分根據具體模型內容進行再次拆分，將模型傳入BIM-GIS 可視化交互平臺。同濟橋站BIM 模型與GIS 平臺數據交互情況見圖5。

圖5 BIM-GIS 可視化交互平臺展示

圖5 a 可見，施工設計階段中車站BIM 結構及建筑模型進入BIM-GIS 可視化交互平臺后，形成項目工程結構目錄樹。 第一級目錄為常州軌道交通1號線，第二級目錄為施工圖設計等階段，第三級目錄為同濟橋站，第四級目錄為建筑、結構、風險源、市政管線等專業，第五級目錄為主體、出入口1、出入口2、出入口3、出入口4、風道1，按照車站BIM 建模拆分導入BIM-GIS 平臺后，可自動實現分線路、分車站及分專業的工程精細化管理及架構，在此基礎上對各專業分區域進行管理，同時優化了平臺承載能力，更精細區域內設備、材料的管理通過制定區域查找、篩選等平臺功能實現。

圖5b 可見，車站BIM 模型、市政管線模型、周邊建構筑物模型、風險源模型進入BIM-GIS 可視化交互平臺后，形成集成應用平臺，通過平臺功能實現對車站方案匯報、配合優化、臨時永久占地表達、房屋拆遷評估分析等，對地鐵建設空間幾何信息、空間功能信息、施工管理信息、設備等各專業數據信息進行集成與一體化管理，形成的三維基礎數據庫系統，為各項BIM 應用輸出數據。

4 結束語

地鐵車站建模應基于BIM-GIS 平臺應用，從車站主體及附屬、市政管線、周邊建構筑物、風險源建筑等模型拆分進行綜合研究。 本次結合同濟橋模型進入BIM-GIS 平臺的實例，提出一種建模拆分體系，取得以下成效：

(1)建模拆分體系成果中應包含車站主體及附屬、市政管線、風險源模型、周邊建構筑物等模型。模型進入BIM-GIS 平臺后，保障了城市軌道交通BIM 與GIS 的融合和數據間高效率交互。

(2)車站采用BIM 平臺建模應根據項目、階段、車站、專業、區域等基本要素拆分，提升了BIM-GIS平臺自動實現分線路、分車站及分專業的工程精細化管理效率。

(3)市政管線建模按專業拆分，主要為熱力管溝、電力管溝、上水管溝等尺寸較大的專業管線，電信等尺寸較小，可根據工程要求選擇是否搭建模型，不過多占用平臺內存，保證運行效率。

(4)周邊建構筑物主要采用3Dmaxs 等平臺搭建模型集成到GIS 應用平臺中，規劃控制線等在GIS 應用平臺中集成，提升了數據信息管理和應用擴展開發。

(5)風險源建筑按單體建筑進行拆分為地上、地下兩部分，地上部分主要采用3Dmaxs 等平臺搭建模型，地下部分采用Revit 等BIM 建模平臺搭建，兩部分集成到BIM-GIS 交互平臺中。 地面部分可視化強且內存占用少，地下部分數據精細且采集應用率高，極大提升了城市軌道交通中BIM 和GIS 的融合及數據交互。