地鐵車(chē)站建筑設(shè)計(jì)的運(yùn)用性

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0引言

地鐵因其具有載客量大、安全快捷等優(yōu)勢(shì)備受社會(huì)各界的青睞，地鐵工程成為城市化建設(shè)中的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，由于地鐵工程建設(shè)涉及到諸多專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，且屬于隱蔽工程，因此，地鐵建筑設(shè)計(jì)難度較大。BIM技術(shù)在地鐵建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用，利用BIM技術(shù)的優(yōu)化性及可視化等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，為地鐵建筑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性提供了有效保障。

1工程概況

福建省某市地鐵一期工程，共有車(chē)站5個(gè)，分別為：杏錦路車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)寬度為20.9m，總長(zhǎng)為294.15m，建筑面積為17069.2m2；董任站標(biāo)準(zhǔn)寬度為20.7m,總長(zhǎng)230.305m，建筑面積為1325.6m2。地鐵1號(hào)和6號(hào)線在集美中心站換乘，換乘站廳設(shè)計(jì)為“T”形，該站標(biāo)準(zhǔn)寬度為20.7m，總長(zhǎng)為604.5m（停車(chē)線長(zhǎng)度為332m、車(chē)站長(zhǎng)度為272.5m），建筑面積為22508.12m2；誠(chéng)毅廣場(chǎng)站標(biāo)準(zhǔn)寬度為20.7m,總長(zhǎng)為196.85m，建筑面積為11192m2；軟件園站為左右雙線設(shè)計(jì)，兩條線路標(biāo)準(zhǔn)寬度均為20.7m，其中左線總長(zhǎng)為181.566m、右線總長(zhǎng)為179.907m，建筑面積為13520m2。該地鐵交通線全程以建筑信息模型技術(shù)展開(kāi)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案的重點(diǎn)內(nèi)容在于管線的三維設(shè)計(jì)，每個(gè)車(chē)站都采用綜合集成形式設(shè)計(jì)管線，各個(gè)車(chē)站相對(duì)獨(dú)立零碰撞，有利于設(shè)計(jì)方案質(zhì)量提升和現(xiàn)場(chǎng)施工。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員利用建筑信息模型技術(shù)優(yōu)化完善車(chē)站的設(shè)備機(jī)房和管理室，最終設(shè)計(jì)方案體現(xiàn)的效果是科學(xué)的車(chē)站功能區(qū)劃和整體工程完備的功能應(yīng)用，同時(shí)車(chē)站外觀實(shí)現(xiàn)了流暢的線形設(shè)計(jì)。

2BIM技術(shù)在地鐵建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1三維可視化設(shè)計(jì)

地鐵車(chē)站的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式為平面設(shè)計(jì)，最終以二維方式交付使用［1］。設(shè)計(jì)二維平面圖紙非常方便快捷，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)得到了普遍應(yīng)用。而現(xiàn)代科技的高速發(fā)展讓工程逐漸向三維形體轉(zhuǎn)化，二維方式的平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)逐漸式微，而新出現(xiàn)的三維形體設(shè)計(jì)無(wú)法在施工過(guò)程中把設(shè)計(jì)人員的思路和構(gòu)想完美呈現(xiàn)出來(lái)，這就需要在地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)中引入建筑信息模型技術(shù)，有了這項(xiàng)技術(shù)的加持，二維平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方式中遇到的復(fù)雜難題被突破。利用這項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)地鐵車(chē)站，設(shè)計(jì)人員把平面和線形的設(shè)計(jì)元素構(gòu)成了三維形式的設(shè)計(jì)對(duì)象，這是二維方式無(wú)法準(zhǔn)確表述的。設(shè)計(jì)人員利用建筑信息模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)地鐵車(chē)站的三維形式設(shè)計(jì)，在模型上模擬檢測(cè)管線的空間碰撞風(fēng)險(xiǎn)，即使遇到相對(duì)復(fù)雜的形體也可直觀表達(dá)出來(lái)。檢測(cè)空間管線碰撞時(shí)有兩種類(lèi)型，即軟碰撞和硬碰撞。軟碰撞在實(shí)體線存在，它不是直接碰撞，但是無(wú)法達(dá)到施工過(guò)程對(duì)間距和空間的實(shí)際需要；硬碰撞則是相關(guān)實(shí)體的直接交叉碰撞，舉例來(lái)說(shuō)，如果以傳統(tǒng)二維方式設(shè)計(jì)地鐵車(chē)站的“T”形換乘站廳，是無(wú)法全面呈現(xiàn)換乘節(jié)點(diǎn)部位的立體關(guān)系以及各單體的相互位置關(guān)系的，相關(guān)人員無(wú)法通過(guò)二維平面設(shè)計(jì)圖紙直觀地判斷樓層的凈高度是否能保證地鐵通行，如果無(wú)法保證乘客與地鐵列車(chē)充裕的通行空間，軟碰撞風(fēng)險(xiǎn)的概率就會(huì)大幅上升，如果設(shè)計(jì)時(shí)引入建筑信息模型技術(shù)，就可有效規(guī)避上述風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生幾率［2］。建筑信息模型軟件除了規(guī)避軟碰撞，還可把地鐵線路路徑實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)顯示，等于是把地鐵線路構(gòu)成了一個(gè)三維立體的虛擬空間模型，有利于設(shè)計(jì)和決策人員直觀清晰地透視全部設(shè)計(jì)預(yù)期效果，施工過(guò)程也會(huì)更加便捷，有利于控制工程質(zhì)量。

2.2參數(shù)化設(shè)計(jì)

地鐵設(shè)計(jì)引入建筑信息模型技術(shù)，不是簡(jiǎn)單地對(duì)三維對(duì)象進(jìn)行空間羅列，更重要的是把全方位的參數(shù)信息賦予了三維對(duì)象，舉例來(lái)說(shuō)，選購(gòu)施工材料時(shí)須對(duì)材料的生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品特點(diǎn)以及功能屬性方面進(jìn)行考量，使相關(guān)工程構(gòu)件達(dá)到智能化高度，在此基礎(chǔ)上三維模型實(shí)現(xiàn)到建筑信息模型的升級(jí)，這就是參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。把它用于地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)，可大幅提升設(shè)計(jì)過(guò)程的精準(zhǔn)度和效率。以扶梯設(shè)計(jì)為例，車(chē)站坡度和機(jī)箱程序是必須考慮的因素，在模型上可對(duì)高度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)算，以此保證吊鉤位置設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度。如果設(shè)計(jì)過(guò)程需要構(gòu)建建筑信息扶梯模型，把扶梯技術(shù)參數(shù)調(diào)整合理就可建模。

2.3協(xié)同設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)主要是指網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的利用，即網(wǎng)絡(luò)的管理平臺(tái)，資源庫(kù)以及通信軟件等構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)溝通傳遞數(shù)據(jù)信息，而引入建筑信息模型技術(shù)，等于是在協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上又構(gòu)建了設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員利用該平臺(tái)完成內(nèi)部專業(yè)設(shè)計(jì)后修改相關(guān)權(quán)限再予以開(kāi)放，而且不僅是內(nèi)部修改的隨時(shí)性，別的專業(yè)得到修改信息也可據(jù)此完善自身設(shè)計(jì)方案，這種協(xié)同設(shè)計(jì)模式可有效規(guī)避信息傳遞受阻，避免設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)錯(cuò)誤、疏漏、缺陷和碰撞風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)方案可借此提升精準(zhǔn)度和設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，利用協(xié)同設(shè)計(jì)還可以保證不同專業(yè)在同一個(gè)模型上開(kāi)展設(shè)計(jì)而互不干涉，大大節(jié)省了重復(fù)建模的時(shí)間消耗［3］。例如：利用傳統(tǒng)模式設(shè)計(jì)地鐵車(chē)站，具體程序是相關(guān)人員先行繪制車(chē)站建筑的平面圖和剖面圖，形成文件向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門(mén)傳輸，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員再對(duì)相關(guān)圖紙進(jìn)行仔細(xì)閱讀后再開(kāi)展后續(xù)設(shè)計(jì)，這種流程設(shè)計(jì)如果遇到方案調(diào)整，負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人員需要回頭對(duì)調(diào)整后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)測(cè)算后再繼續(xù)設(shè)計(jì)，極易對(duì)方案的整體性造成損害，設(shè)計(jì)人員工作量會(huì)明顯增多，也會(huì)失去對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)間的精準(zhǔn)掌控。如果引入建筑信息模型技術(shù)，即使還是原來(lái)那個(gè)設(shè)計(jì)方案和模型，新技術(shù)條件下可實(shí)現(xiàn)模型測(cè)算的高精度，還可在3D空間直觀可視地顯示出來(lái)，設(shè)計(jì)過(guò)程和方案變得簡(jiǎn)潔而易于理解，有利于提升設(shè)計(jì)效率，確保工程順利進(jìn)行。

2.4材料明細(xì)表自動(dòng)生成

利用建筑信息模型技術(shù)設(shè)計(jì)地鐵車(chē)站，在模型構(gòu)建完成后，還可自動(dòng)生成材料明細(xì)表，包括房間、建筑面積、結(jié)構(gòu)以及門(mén)窗等各類(lèi)明細(xì)表，即使模型進(jìn)行了調(diào)試，明細(xì)表也可以隨之完成修改，相較于傳統(tǒng)明細(xì)表制作形式，人工成本核算實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，有利于壓縮資源和時(shí)間成本。

2.5分析項(xiàng)目工程量和施工成本

地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)可借助建筑信息模型技術(shù)提升精細(xì)化程度，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件和電子表格軟件的綜合利用，與建筑信息模型技術(shù)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，設(shè)計(jì)工序借此可提升連貫性。同時(shí)，建筑信息模型可精準(zhǔn)分析施工過(guò)程中產(chǎn)生的以及總工程量，可更加科學(xué)系統(tǒng)地完成工程的信息統(tǒng)計(jì)，保證精準(zhǔn)測(cè)算工程量和施工成本。有了建筑信息模型技術(shù)的加持，工程的總體三維立體模型能與施工成本管理及工程質(zhì)量形成高效聯(lián)動(dòng)，某個(gè)細(xì)微環(huán)節(jié)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)都能引發(fā)模型的快速反應(yīng)，從而及時(shí)更新相關(guān)明細(xì)表，再生成電子表格文件把新明細(xì)表格導(dǎo)出來(lái)。地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)利用電子表格軟件可有效提高數(shù)據(jù)信息分析和處理的工作效率。

2.6二維圖形出圖

地鐵車(chē)站的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下繪制相關(guān)平面和剖面圖，其順序是先平面圖后剖面圖，這種順序非常鮮明且難以更改，而一項(xiàng)工程往往需要繪制數(shù)量龐大的設(shè)計(jì)圖紙，如果需要對(duì)其中某些平面圖進(jìn)行較多的修改，往往會(huì)無(wú)法完全修改剖面圖，需要設(shè)計(jì)人員具備極高的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)，才能完成全部平面和剖面圖的修改任務(wù)。設(shè)計(jì)人員可進(jìn)入BENTLEY功能平臺(tái)，利用其功能系列里面的切圖系統(tǒng)對(duì)模型依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行隨意切剖，具體到地鐵車(chē)站建筑，可利用這種功能完站廳層，站臺(tái)層以及站臺(tái)板下等部位相關(guān)平面圖的剖切，且可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立繪制，如果設(shè)計(jì)人員有更多表達(dá)需要，可結(jié)合重復(fù)剖切疊合再生成整圖，同時(shí)，若施工后期需要對(duì)模型進(jìn)行局部調(diào)整，只要指令相關(guān)局部完成切圖即可實(shí)時(shí)更新，效率提升非常明顯。完成抽圖即刻構(gòu)建相關(guān)文件，可結(jié)合新平面圖再標(biāo)注相關(guān)尺寸，套圖框以及文字說(shuō)明和軸網(wǎng)添加，最終得到完整圖紙。需要注意的是下列問(wèn)題［4-6］：①建筑工程的平面圖包含大量表達(dá)內(nèi)容，若剖切只有一次，則電腦反應(yīng)耗時(shí)較長(zhǎng)，而一次剖切設(shè)計(jì)人員并不能完成所有意向，如果剖切須多次重復(fù)則時(shí)間浪費(fèi)嚴(yán)重，通行做法是分圖層剖切，既直觀又省時(shí)；②地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)圖紙的二維模式中線型類(lèi)型多種多樣，背景虛線，軸線點(diǎn)劃線和線路雙點(diǎn)劃線都在此列，圖紙比例有變，則線型比例也要變，目前的軟件雖然包括線型類(lèi)型齊全，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)線型比例的自動(dòng)切換，還需相關(guān)人員人工修改操作；③在BENTLEY功能平臺(tái)上只能獲取DGN格式的圖紙文件，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式所得文件是CAN格式，它沒(méi)有很好的兼容性，轉(zhuǎn)換過(guò)程易造成文字尺寸出現(xiàn)移位，如果用戶不是三維軟件用戶，給他們提供相關(guān)資料需要人工對(duì)文字尺寸進(jìn)行標(biāo)注，非常不方便。BIM設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)比較見(jiàn)表1。

2.7構(gòu)件設(shè)備管理

地鐵設(shè)備在進(jìn)行標(biāo)簽粘貼時(shí)可利用電子標(biāo)簽系統(tǒng)完成，因?yàn)橄嚓P(guān)地鐵構(gòu)件一般體積龐大且比較隱蔽，利用電子標(biāo)簽可使跟蹤管理變得方便快捷，但是利用射頻識(shí)別技術(shù)無(wú)法詳細(xì)全面地記錄全部信息，利用建筑信息模型技術(shù)可有效彌補(bǔ)不足，建筑信息模型技術(shù)可詳細(xì)全面記錄包括設(shè)備生產(chǎn)廠家，規(guī)格型號(hào)以及出廠日期等在內(nèi)的全部基本信息，從而形成該建筑多維數(shù)據(jù)庫(kù)。在地鐵工程的施工過(guò)程和后期運(yùn)維階段，射頻識(shí)別技術(shù)和建筑信息模型技術(shù)有良好的互補(bǔ)性，可對(duì)地鐵設(shè)備進(jìn)行全程包括物流，安裝使用，檢測(cè)和監(jiān)測(cè)以及維護(hù)方面的數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)地鐵工程生命周期的全過(guò)程管理。

2.8管線碰撞分析

對(duì)于多種線纜交接的地方往往處理起來(lái)較為復(fù)雜，通過(guò)BIM技術(shù)模擬并提前規(guī)劃好標(biāo)高、路徑，讓線纜布置更加合理、美觀。標(biāo)準(zhǔn)化的制定保證了設(shè)計(jì)成果的科學(xué)性及準(zhǔn)確性，最終的施工圖模型已與施工成果近乎一致，這讓地鐵工程朝著數(shù)字化的方向又邁進(jìn)了一步。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，科學(xué)合理的地鐵建筑設(shè)計(jì)方案，是保證地鐵工程建設(shè)正常有序開(kāi)展的基本條件。但是，受地鐵工程自身特點(diǎn)的影響，地鐵建筑設(shè)計(jì)中存在較多難點(diǎn)，提高了地鐵建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和設(shè)計(jì)難度。深入探究BIM技術(shù)在地鐵建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用途徑和應(yīng)用策略，不僅能夠促進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的充分發(fā)揮，也有助于推動(dòng)國(guó)內(nèi)地鐵建筑設(shè)計(jì)水平的提升。

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作者: 米艷麗 單位:
中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司