基于BIM的地鐵車站建筑一體化協同設計研究

王鵬

中鐵第六勘察設計院集團有限公司 山東 青島 266033

引言

地鐵車站建筑工程項目復雜，涉及結構、電氣、機電、給排水等多個專業。以往采用二維CAD等設計方式，各專業之間信息聯通困難，設計修改頻繁，阻礙了工程建設進度。BIM技術的出現帶來了轉機，它支持三維信息模型構建，實現了建筑工程信息的整合。通過BIM平臺，包括建筑師、結構工程師、機電工程師、施工方等參與方可以共享一個信息整合模型，各專業之間信息共享互通，也便于統一修改，大大提高了協同設計效率。

1 地鐵車站建筑的特點

1.1 復雜性

地鐵車站建筑是一個復雜的系統工程，需要在多個方面考慮，如乘客流量、列車運行、安全管理、環境保護等。設計人員需要充分了解地鐵運營規律和安全要求，針對性地進行設計[1]。同時，地鐵車站建筑通常處于地下，需要考慮地質條件、地下水位等因素，這增加了設計的難度。通過BIM技術，設計人員可以對車站建筑進行三維建模和模擬分析，提前發現設計問題和施工風險，優化設計方案，確保車站建筑的安全性、可靠性和舒適度。

1.2 多學科交叉

地鐵車站建筑設計需要多個學科的知識和技能相互融合，如建筑設計、結構設計、通風設計、電氣設計、安保設計等。這些專業之間的交叉影響著車站的整體性能和運營效率。設計人員需要具備跨學科的知識背景和技能，能夠在整體設計方案中考慮到不同學科的需求和限制。此外，各專業之間的協同配合和信息交流也非常重要，需要通過BIM技術實現各專業之間的信息共享和協同設計，確保設計方案的綜合性和可行性。

1.3 施工難度大

地鐵車站建筑的施工難度大，需要考慮到地下施工、防水、消防、通風等復雜問題，這些因素直接影響到地鐵車站的運營安全和效率[2]。施工難度大會導致施工周期長，增加工程成本。在施工過程中，由于需要進行地下施工，施工現場的空氣質量較差，工人的健康和安全也面臨一定的風險。如果施工不當，可能會對周邊環境造成一定的污染和影響。此外，由于施工難度大，需要精密地計劃和協調，一旦施工出現問題，會對整個工程造成很大的影響，甚至可能會導致工程延期或停工，給工程方和業主帶來不必要的損失。

1.4 運營要求高

在地鐵車站建筑的設計過程中，建筑、結構、設備、通風、管線等多個專業之間需要進行協同配合，以保證車站的正常運營和乘客的安全[3]。例如，在某地鐵車站的設計中，由于建筑和管線的布局問題，設計師需要將水泵房設置在地下二層，而在傳統的設計模式中，由于不同專業之間信息交流不暢，建筑師可能并未考慮到水泵房的具體需求，導致最終建成的水泵房無法滿足設計要求，從而影響車站的正常運營。

2 基于BIM的協同設計思路

2.1 項目信息共享

項目信息共享可以實現設計人員、工程師、業主、施工人員等多方參與，共同完成項目設計和建設。在BIM平臺上創建項目后，可以將項目的基本信息、設計要求、設計標準等信息進行共享，讓各個專業的設計人員了解項目的整體要求，進行協同設計。通過項目信息共享，可以有效避免信息交流不暢、設計沖突等問題，提高設計效率和質量。

2.2 各專業設計數據整合

各專業設計數據整合能夠將不同專業的設計數據整合到一個統一的數字模型中，實現各專業之間的協同設計[4]。通過BIM技術，設計人員可以共享各自的設計數據，并在數字模型中進行數據整合、優化和管理，從而減少設計沖突和誤解，提高設計質量和效率。此外，通過BIM技術，設計人員可以進行虛擬模擬、優化和測試，提前發現并解決潛在問題，降低設計變更和返工的風險，提高項目的可控性和可靠性。

2.3 空間協調

空間協調是可以在BIM平臺上對各個專業的設計進行空間協調，避免出現設計沖突和錯誤，確保設計的完整性和一致性。通過BIM技術，設計人員可以對不同專業的設計數據進行三維空間的協調和優化，從而有效避免設計沖突和誤解[5]。此外，BIM技術還可以對設計方案進行多維度、多角度地分析和優化，提高設計效率和質量。通過空間協調，可以最大限度地減少設計變更和返工的風險，降低項目成本和時間。

2.4 模擬分析

模擬分析可以通過BIM平臺對建筑、結構、設備等方面進行模擬分析，優化設計方案，提高設計質量和效率。通過模擬分析，設計人員可以對建筑的結構、空氣動力學、熱力學等方面進行深入分析和優化，預測建筑的性能和效果。此外，BIM技術還可以對建筑的施工過程進行虛擬模擬和分析，提高施工效率和安全性。通過模擬分析，可以發現并解決潛在問題，避免設計變更和返工。

3 BIM技術在協同設計中的應用

3.1 建筑方面

地鐵車站建筑的設計需要考慮到許多因素，包括車站的功能、安全、舒適度等方面。通過BIM技術，設計人員可以對地鐵車站進行三維建模和空間分析，確定車站的尺寸、形態和空間分布[6]。通過BIM技術可以對車站的結構進行虛擬模擬和分析，優化設計方案，提高建筑的穩定性和安全性。此外，BIM技術還可以對車站的能耗、采光、通風等方面進行模擬分析，優化設計方案，提高建筑的節能性和舒適度。在地鐵車站的建筑設計中，需要考慮到車站的人流量、逃生通道、設備布局等因素。通過BIM技術，設計人員可以對車站的人流進行模擬分析，確定車站的通道和出入口位置，以確保車站的通行效率和安全性。通過BIM技術還可以對車站的逃生通道進行虛擬模擬和分析，確保車站的安全性。

3.2 結構方面

在地鐵車站建筑的結構設計中，BIM技術的應用可以有效提高結構的設計精度和效率，同時減少設計的錯誤和漏洞，確保結構的安全性和可靠性。BIM技術可以通過對地下水位、地質條件、荷載等因素進行三維建模和空間分析，確定結構的形態、尺寸和分布。在這個過程中，BIM技術可以幫助設計人員更好地理解建筑的結構性能，同時預測可能出現的問題，并通過模擬分析來解決這些問題。在結構的設計和分析過程中，BIM技術可以提供各種工具和模擬功能，包括有限元分析、結構優化、風荷載分析等，幫助設計人員快速、準確地完成結構設計和分析。另外，BIM技術還可以在結構的施工和監理過程中發揮作用。在施工過程中，BIM技術可以幫助工人準確、高效地完成結構的施工，避免出現施工錯誤和浪費，提高施工質量和效率。在監理過程中，BIM技術可以幫助監理人員對結構的施工情況進行監測和分析，及時發現并解決可能存在的問題，確保結構的安全性和可靠性。

3.3 設備方面

在地鐵車站建筑的設計中，設備的設計對車站的正常運行和旅客的舒適度至關重要。通風系統需要滿足車站內的通風換氣要求，保證空氣流通和旅客的舒適度。照明系統需要滿足車站內的照明需求，保證車站內的照明充足、柔和，避免光線刺眼。安保系統需要滿足車站內的安全需求，包括監控系統、消防系統等，確保車站內的安全和旅客的安全。通過BIM技術，可以對這些設備進行三維建模和空間分析，確定設備的位置、數量和布局。同時，BIM技術可以對設備的運行效率、能耗等方面進行模擬分析，優化設計方案，提高設備的效率和可靠性。例如，通過對通風系統的模擬分析，可以優化通風系統的設計，提高通風效率，降低通風能耗。通過對照明系統的模擬分析，可以優化照明系統的設計，提高照明效果，降低照明能耗。通過對安保系統的模擬分析，可以優化安保系統的設計，提高安保效率。

4 BIM在地鐵車站建筑一體化協同設計中的優勢

4.1 提高設計效率

在傳統的建筑設計過程中，各專業之間的信息交流和協調存在著很多困難和問題，容易導致信息不暢、設計沖突、工期延誤等問題。而BIM技術的應用可以解決這些問題，實現各專業之間的協同設計，提高設計效率。通過BIM平臺上的信息共享和整合，各專業的設計人員可以共同參與到項目中來，實現協同設計。同時，BIM技術可以對各專業的設計進行空間協調和模擬分析，避免出現設計沖突和錯誤，優化設計方案，提高設計質量和效率。此外，BIM技術可以對文檔進行管理，方便設計人員對設計文件進行共享和管理，確保設計文件的安全性和完整性。

4.2 提高設計質量

BIM技術可以在建筑設計中實現多種模擬分析，例如熱力學分析、采光分析、空氣流動分析等，以優化建筑設計方案。例如，設計團隊可以通過BIM軟件對建筑進行熱力學分析，確定建筑的能耗狀況并提出節能方案。又如，在通風系統設計中，BIM技術可以通過流體分析、壓力分析等方法優化通風系統的設計，確保系統的運行效率和可靠性。此外，在結構設計中，BIM技術也可以進行模擬分析，以確定最佳結構方案和優化荷載分配，從而提高結構的安全性和可靠性。通過這些模擬分析，設計團隊可以及時發現并解決設計問題，提高設計質量和效率。

4.3 減少施工風險

在建筑施工中BIM技術可以有效地減少施工風險，提高建筑施工的效率和安全性。通過BIM技術的三維建模和空間分析功能，施工團隊可以更好地了解建筑的結構、布局和設備，避免設計誤差和施工風險。同時，BIM技術可以實現施工進度的可視化，及時發現和解決施工問題，降低工期延誤和成本超支的風險。舉例來說，地鐵車站建筑的施工需要考慮到地下水位、地質條件、荷載等因素。通過BIM技術的模擬分析功能，可以對地鐵車站建筑的結構、地基、排水系統等方面進行模擬分析，發現并解決施工中可能存在的問題，如地基沉降、建筑變形等。同時，BIM技術可以對施工進度進行可視化，及時發現和解決施工問題，提高施工效率和質量，降低施工風險和成本。

4.4 提高項目管理水平

BIM技術可以將項目信息、設計數據、施工計劃等各個方面進行集成和管理，從而提高項目管理水平。在項目實施過程中，BIM技術可以通過對項目進度、成本、資源等方面進行實時監控和分析，為項目管理人員提供科學、準確的決策支持。此外，BIM技術還可以提高項目的可視化和協同性，讓各方在同一個平臺上共享數據和信息，避免信息孤島，提高項目執行效率。具體來說，BIM技術可以通過對項目信息進行數字化和可視化，實現全方位的信息共享和協同，讓設計人員、施工人員和業主等各方在同一個平臺上協同工作，實現高效地溝通和協作。同時，BIM技術還可以對項目的進度、成本等方面進行模擬分析，實時監控項目執行情況，及時發現問題并進行調整，從而保證項目按時按質完成。最終，BIM技術可以提高項目的管理水平，降低項目風險，提高項目的成功率。

5 結束語

隨著城市化進程的加快，地鐵車站建筑的建設已經成為一個重要的任務。地鐵車站建筑的復雜性和多學科交叉特點給設計和施工帶來了挑戰。采用基于BIM的協同設計思路可以實現多學科之間的協同配合，提高設計效率和質量，降低施工成本和風險。因此，在地鐵車站建筑的一體化協同設計中應用BIM技術是一個值得探討和應用的方向。