新建福廈鐵路站房工程BIM設計

翟曉軍

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 建筑與城市規劃設計研究院，湖北 武漢 430063）

1 項目概況

福廈鐵路（福州南—漳州）正線長度277.42 km，全線設置福州南、福清西、莆田、泉港、泉州東、泉州南、廈門北、漳州共8座車站（見圖1），其中漳州站為利用既有站房，新建福州南、莆田、廈門北站與既有福廈鐵路并場設站。

福州南站新建站房面積為50 000 m2，新建站場規模為8臺16線；福清西站新建站房面積為15 000 m2，新建站場規模為2臺4線；莆田站新建站房面積為39 000 m2，新建站場規模為3臺7線；泉港站新建站房面積為10 000 m2，新建站場規模為2臺4線；泉州南站新建站房面積為30 000 m2，新建站場規模為3臺7線；廈門北站新建站房面積為50 000 m2，新建站場規模為7臺15線；泉州東站新建站房面積為20 000 m2，新建站場規模為2臺5線。部分客站效果見圖2。

圖1 福廈鐵路沿線站房分布圖

圖2 福廈鐵路部分客站效果圖

2 福廈鐵路站房工程BIM設計模型標準建立

根據中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）“精品工程智能福廈”的總體要求，新建福廈鐵路全線各工程均要求運用BIM技術設計，為后期深化應用實現智能化全生命周期管理提供基礎，為便于站房工程BIM設計融入全線BIM系統，制定站房及相關工程設計BIM模型標準，以作為站房BIM設計依據。BIM設計模型標準主要內容如下。

2.1 BIM應用目標

整體目標：以Revit 2018為BIM平臺，進行福廈鐵路沿線新建站房、夾心地改造、市政配套、站場工程的模型搭建、設計糾錯與機電管線綜合，輔助設計團隊提升設計精準度。

BIM應用要點：

（1）設計質量控制；

（2）管線綜合專項出圖；

（3）主要公共空間凈高分析報告；

（4）復雜曲面控制；

（5）結構預留預埋模型；

（6）室內公共空間裝修深化設計漫游；

（7）三維設計交底節點。

2.2 BIM工作內容

在初設鑒修成果基礎上搭建建筑、結構、機電各專業模型，在建模過程中進行圖面問題收集和整理，對專業間的空間沖突進行核查，并與各專業設計師進行溝通和反饋，為施工圖設計提供參考依據［1-3］。

施工圖設計階段中，配合各專業設計師進行模型配合工作，包括模型瀏覽與展示、各專業構件空間關系方案推敲、技術方案研究等。

根據施工圖逐步深化完善的過程，在施工圖深度達到70%、90%時，根據施工圖紙進行模型全面調整，并在70%深度階段進行機電管線的協調、優化，反饋優化建議，協助機電設計明確管線路由、標高，進行機電末端內裝追位［4-6］。

BIM模型持續追蹤設計成果，設計過程中不少于2次意見反饋，并形成意見反饋報告。

施工圖外審后，根據外審反饋意見，配合各專業設計人員落實反饋意見的修改，形成項目最終成果模型。

本次新建站房及相關工程，設計范圍內的市政配套工程精度要求為LOD3.0。

專項的BIM內容如下：

（1）內裝，主要公共區域（候車室、售票廳、城市通廊、站臺、衛生間、貴賓室等）室內裝修能準確反映裝飾面的尺寸和材質；安裝龍骨和細節不需表達。

（2）幕墻能準確表達分隔定位，結構件、橫豎挺的外觀尺寸；不需表達型材和安裝節點；對于異形幕墻，能輔助設計找形和定位及尺寸優化；選擇通用和關鍵節點局部進行細節建模，達到LOD4.0的精度要求。

（3）金屬屋面能準確表達屋面及其采光窗、排水系統的形狀和定位，以及主要的構造層次；對通用和關鍵節點局部進行細節建模，達到LOD4.0的精度要求。

（4）鋼結構，能按照施工圖深度反映模型尺寸定位即可，不須表達深化節點，對于局部與金屬屋面、幕墻交接復雜處進行細節建模，達到LOD4.0的精度要求。

2.3 BIM建模標準

基于本項目BIM咨詢服務工作目標及內容，制定項目BIM技術相關工作標準，包括軟件平臺選擇、模型深度及精度要求、模型組織等。

2.3.1 BIM軟件平臺

項目采用Autodesk Revit 2018作為主要專業BIM模型技術平臺，搭建建筑、結構、暖通、電氣、智能化、室內、景觀、市政等專業的設計模型，并基于Revit平臺進行項目模型梳理、整合、審核工作，該平臺檢測的問題可作為審核報告的編制依據。

建筑異形曲面外立面、幕墻深化設計可采用Catia、Rhino、Grasshopper軟件，以滿足復雜形體參數化設計的需求。同時，其模型成果需同時保存可與Revit、Navisworks整合的數據格式。

鋼結構深化設計采用Tekla、Revit、3D3S軟件作為創建結構及節點深化模型的三維技術平臺，其成果除軟件自身數據格式外，還可同時保存IFC格式，以便與其他專業進行模型整合。

采用Autodesk Navisworks 2018進行前期整合及問題核查；Fuzor2020作為項目輕量化模型整合平臺，用于各種項目會議的技術溝通、展示、移動端應用、模擬等。

2.3.2 各專業建模深度

各專業組成模型的各構件應體現準確的幾何尺寸、數量及定位。本次新建站房及相關工程，設計范圍內的市政配套工程精度要求為LOD3.0。站前廣場、周邊市政道路、進站匝道橋等工程以及既有站房工程精度可降低要求。

2.3.3 項目協同工作方式

高鐵站房項目建筑規模較大，并且工程類型不一，包括市政交通通廊、停車場、站房等，因此BIM模型將會考慮工程類型、專業等因素進行模型規劃與組織，專業內模型采用工作集的方式進行協同工作，專業間采用鏈接的方式進行協同工作。拆分后的模型采用鏈接方式進行相互參考和協同工作。

2.3.4 項目模型組織

根據項目規模，可將模型分為既有工程、新建站房及相關工程、改造工程、市政配套工程、站場跨線設施（天橋、地下連通道）、城市配套工程等多個建模區域；新建站房工程分新建站房、新建站臺、新建雨棚等，各部分名稱與圖紙對應。改造工程分既有站房改造、既有旅客活動平臺改造等，每個區域內按專業、樓層、系統（機電）進行拆分。當單一模型規模超過200M時，需進行二次拆分，以提高模型運行效率。大型站房建議增加按施工縫進行劃分，方便后續施工單位接受深化。

以廈門北站為例，項目的模型組織原則見圖3。

圖3 廈門北站模型組織原則

3 各站BIM設計運用

BIM技術在福廈鐵路站房工程項目中得到深入應用，包括從建筑、結構、機電到幕墻、裝修、屋面、標識專項設計；搭建BIM協同設計平臺，實現各方異地BIM協同工作；在建筑性能化設計中，通過性能分析提升設計品質，解決實際問題。

3.1 全專業協同設計

在站房BIM協同設計過程中，搭建各站房項目的BIM協同設計平臺，實現從項目創建到模型建立、模型分析、模型優化、模型出圖、圖紙審核歸檔的全過程，并結合BIM設計標準和項目實際，建立一套完整的BIM協同設計體系。在項目協同過程中，利用模型瀏覽軟件進行可視化，在多方案比選中發揮作用。建筑先行，全專業共同參與，減少專業間的技術壁壘，協作更為高效簡單［7-8］。站房項目空間復雜，造型豐富，各站都有其設計亮點和設計難點，尤其是具有復雜屋面造型的廈門北站和福清西站等。結構專業通過建筑專業的模型提取資料，可準確布置網架，控制結構中性面，劃分網架，得到三維網架模型后反過來提交建筑及機電專業，并進行精確的檢修走廊設計和管線布置。傳統二維設計無法達到這種設計精度。

3.2 復雜形體參數化設計

各站BIM設計中，以Autodesk Revit為BIM核心建模軟件，方案階段和初步設計利用Rhinoceros和Grasshopper為精確建模基本手段，通過調整參數控制建筑形體。同時利用全模型進行建筑和結構專業的方案深化與推敲。

福清西站初步設計階段應用Rhinoceros和Revit軟件的三維模型，推敲確定幕墻曲面和斜面交接的關系定位、確定幕墻分隔（見圖4）。

圖4 利用Rhinoceros推敲曲面

廈門北站通過Dynamo參數化手段將屋面鋼桁架進行精準建模，進行屋面鋼桁架與屋蓋表皮的碰撞檢測和模擬，使其互相銜接，實現了異形建筑結構和建筑專業的高度統一，減少了返工。并利用快捷軟件進行虛擬漫游、動畫展示和圖片展示，實時與業主溝通（見圖5）。

圖5 利用Dynamo將屋面精準建模

3.3 基于BIM的精細化設計

由平面設計轉向立體設計，設計深度與設計精度得到很大提升。在福清西站站臺雨棚異形柱和高架進站匝道上方屋面結構異形柱設計中（見圖6），通過基于BIM的精細化設計，屋面和雨棚柱各方案的效果直觀展現在設計人員面前，在合理性與美觀性的雙重標準下，對方案進行選擇與優化。

圖6 異形柱三維模型導出二維圖提資結構

3.4 基于BIM的管線綜合

設計人員運用Revit系列軟件進行三維管線建模，并使用Navisworks快速查找模型中的所有碰撞點，較好解決了傳統二維設計下無法避免的錯、漏、碰、撞等現象。再根據結果對管線進行調整，最終實現零碰撞。借由BIM技術的三維可視化功能，直接展現各專業的安裝順序、施工方案及完成后的最終效果。莆田站管線展示見圖7。

圖7 莆田站管線展示

3.5 基于BIM的工程算量

利用BIM的強大計算功能，在設計模型中統計各建筑材料、設備器材的用量，生成明細表，方便、準確、清晰，能大幅提高施工管理質量。福清西站在初步設計階段，運用BIM模型，輔助計算曲面金屬屋面各層不同材料構造層的工程量，幫助工經專業編制概算文件。福清西站BIM模型及屋面材料展示見圖8、圖9。

圖8 福清西站BIM模型

圖9 福清西站屋面材料展示

4 結束語

由于福廈鐵路站房工程目前尚在設計階段，故本次BIM技術運用重點放在設計過程中的各專業協同、復雜形體的參數化設計、設計圖紙核對、管線碰撞、工程算量等，后續BIM設計可結合施工和運營管理進行更深入研究。

通過設計過程中的BIM實踐，使得建筑設計更加直觀快捷，建筑設計有據可依，各種模擬結果為建筑設計提供支撐。BIM技術使錯誤率得到控制，可提高整個設計階段的效率。傳統設備專業繪圖是二維圖紙為主且圖示語言比較簡單，三維建筑模型表達使得設備專業的投入增大很多，設計格局也發生變化。另外，在設計階段各專業間溝通快速有效，進一步打破了專業溝通壁壘。

基于目前設計階段的實踐，可以預見BIM技術提供的數據平臺使得建筑設計信息可為施工、運營管理提供各種有效信息。三維可視化功能加上時間維度，可進行施工過程虛擬。利用BIM技術進行各專業碰撞檢查，減少在施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，減少圖紙變更和施工現場返工的同時節約項目投資。針對下一步福廈鐵路站房建設的施工和運營管理階段，BIM技術將進一步與實踐結合來體現其優勢。