BIM技术在地铁车站结构设计中的应用研究

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　　摘要：近年来，伴随着城市规模的不断扩大，城市人口数量的不断增加，以及城市居民出行距离延长、出行次数增多，高运量、高速度、高频次的城市轨道交通得以迅猛发展。地铁工程设计涉及专业种类繁多、专业接口多、界面管理复杂，各专业设计图纸往往存在管线碰撞、接口标高不一致、空间布置不合理等问题。BIM技术三维信息模型的可视化设计、各专业的协同设计可以大大提高地铁设计的集成化程度，使得工期紧、任务重的地铁设计质量得以保证。
　　关键词：BIM技术；地铁；车站设计；应用
　　1 BIM的特点
　　BIM模型通过各种直观的物理特性将各种生涩难懂的工程数据展现在各种不人员面前，让各个层次的人员都能清晰明了地了解整个项目，并通过BIM软件提供的各种功能提取各自需要的数据。BIM为项目参与方提供了一个共享平台，参与各方可以随时查询项目相关信息，为项目管理提供所需的信息。各参与方可以在BIM模型中进行修改、编辑、更新，并将相关的信息第一时间传递到所有参与方。更好的实现各参与方之间的认知差别，将各种信息第一时间传递到各参与方。
　　BIM具有可视化，可以实现从数据模型中对建筑工程的效果进行观察，进而可以对工程整体的施工情况进行掌控，为施工设计与施工管理提供依据。其协调性可以及时对出现问题的地方进行沟通与调整，并确保施工可以顺利进行。其模拟性同时还可以进行5D模拟（基于3D模型的造价控制），从而来实现成本控制；对后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等，信息传达及时准确。
　　2 BIM技术在地铁车站结构设计中的应用流程
　　2.1车站结构建模
　　将 BIM 技术应用到地铁车站结构设计中，主要是利用Revit Structure 2012 建立地铁车站标准段的 BIM 三维模型。该建模软件通过检查支座、分析模型、检查物理模型等是否一致，对 BIM 模型加以完善。除此之外，该建模软件还能够在 BIM 技术配套软件 Robot Structural Analysis 2014 中導入相关模型，采用专业方法分析结构内力是否达标，不仅能够在较短时间内完成地铁车站的结构设计工作，而且降低了成本低，提高了设计的准确性。Revit 软件构成相对单一，不能满足车站结构的建模要求。因此不要盲目地将 Revit 软件应用到车站结构建模工作中，需要对相关构件簇进行合理创建，选择有效的样板文件对新型项目进行构建。完成上述工作后，同时选择已创建的簇文件、系统簇文件等完善构建效果，获得更好的站台区 3D模型。倘若选用重新创建的结构对三维模型进行构建，该软件将能够同时构建用于结构分析的三维分析模型。如需查看模型，双击项目浏览器分析模型即可。
　　2.2结构分析
　　该建模软件通过检查支座、物理模型和分析模型是否一致以及碰撞检查等使 BIM 模型更加完善。正确的实施方法为完成 BIM 模型制作之后，使用 Revitext Ensions 将该模型发送至 Robot Structural Analysis Professional；在发送模型的过程中，还要对基本选项和附加选项等进行灵活设置，主要包括杆端释放、自重工况、材料、模型转换等一系列内容 ；严格执行上述 2 项操作后，获得地铁车站 Robot 结构分析模型。开展结构分析工作时，因 Robot 和 Revit 兼容性好，倘若以Revit 为载体，定义模型材质、荷载组合、弹簧约束、支座等各个指标，这些指标都能够被 Robot 识别和使用，保留原有设置即可。与此同时，Robot Structural 还有一个优势就是其能够在第一时间将反馈分析结果反馈给 Revit，从而实现各类结构信息的双向对接。
　　3 BIM在设计阶段中的具体应用
　　3.1进行三维设计实现设计的可视化
　　传统地铁车站设计采用平面设计，设计成果交付也采用二维图纸。这种设计方法相对简单、操作方便、出图速度较快，但对于较为复杂的三维形体，很难通过大脑的想象完整的表达出来或者在施工时还原出来。BIM技术的运用，使这一问题迎刃而解。在车站设计过程中，设计元素不再是二维设计中的线和面，而变成了一个个三维对象。如二维图纸中的墙线变成了墙体，梁线变成了三维梁体，楼层面变成了三维楼板等等。
　　3.2突出典型的结构设计
　　突出模型结构复杂，直观地进行分析。通过复杂的分析过程，我们可以充分了解项目的复杂部分，进一步了解地铁站的一些内容。例如，观察地铁车站交通管理的充分性，检查复杂框架结构的不足，找出如何改善这种情况的方式。
　　3.3碰撞检测
　　通常情况下，碰撞检测工作主要从两点展开，分别是单专业模型碰撞检测和全专业整体模型碰撞检测，其中，单模检测包括建筑模型和综合管道的碰撞检测。建筑模型碰撞有时会发生地铁车站和地铁系统间的边接问题，或者是在布局上面有一些不合理的情况。应用三维立体模型就能够缩短问题查找的时间，同时以更快的速度提供应对方案。综合管道碰撞检测工作主要指的是在施工过程电、气、水等方面所使用的一些管道，有没有发生搭接碰撞的现象。以往的CAD设计方式，一般在管线方面的设计都比较粗犷，但Revit的应用，使各方面的设计都更为精细。而现场工作人员所需要的图纸则是越详细越好，单纯的示意图并不能够满足施工对于精确度的需求。而经过精细设计的图纸，能够衍生出更加明晰的管道布局。将工程设计更加精细化，可以给地铁站空余出更大的空间和高度，同时保证了工程项目的品质，并且使完工的速度更快。
　　3.4精确化相关参数
　　BIM技术不仅仅是简单的三维对象空间叠加，更重要的是能够赋予三维对象更多的参数信息，如形体多维参数、材料特征、物理特征、力学参数、设计属性、厂商信息、价格信息等，这使得建筑构件成为智能实体，三维模型升级为BIM模型。在地铁车站建筑设计过程中，构件参数化设计将大幅度提升设计效率及精确度。如车站扶梯设计过程中，需要根据车站坡度、坡向、机箱长度等计算提升高度以及吊钩位置，建立扶梯BIM模型后只需修改扶梯参数即可准确的得到扶梯提升高度及吊钩位置，同时自动生成扶梯平剖面图。
　　3.5生成设计图
　　在出图方面，使用BIM模型能够在后期自动生成施工图，过程中产生的各种信息存在联系，所以不能单独更改其中一个信息。因为BIM模型是以参数化作为基础的，因此在二维图纸中能够得到相关的信息，所以我们不能随便更改相关数字，这样就能够避免在设计过程中主观错误，保证施工图足够精准。利用BIM模型可以自动生成预留的孔洞，这些都能为后期的施工提供便利，帮助我们加快施工的进度，保证后期施工能够顺利。
　　结语
　　综上所述，根据地铁车站结构设计要求，灵活运用 BIM技术能够提高地铁车站工程的质量和施工效率。充分发挥BIM 技术优势进行建模工作，严格把控施工过程，减少工程漏洞，获得良好的地铁车站结构设计优化效果。
　　参考文献
　　[1]郑鑫鑫，王文君.地铁站设计简述[J].四川水泥，2015（04）.
　　[2]周增强.地铁车站结构的防水与堵漏施工技术[J].设备管理与维修，2017（11）.
　　课题支持：本课题受中国铁路设计集团有限公司科技开发重点课题：城市轨道交通工程数字化设计交付研究（合同号：721818）；基于BIM技术下的暗挖工法建造车站关键技术研究（合同号：721739）；城市轨道交通数字化建设与测评技术国家工程实验室数字化建设与评估技术研究实验平台支持。
　　（作者单位：中国铁路设计集团有限公司）
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