地铁车站建筑设计中BIM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：地铁车站;建筑设计;BIM;应用研究
本文通过BIM技术在工程实例的应用，分析了BIM技术相对于传统设计方法具有三维可视化设计、参数设计、协同设计、材料明细表自动生成等优势，为实现BIM技术在车站建筑设计中的应用提供了参考。
1BIM在国内应用现状
早在2010年，香港地铁已经实现20多座车站的模型化，形成依托BIM的信息管理网络;2011年上海地鐵开始应用BIM;2012年北京地铁10号线二期项目运用BIM进行全生命周期管理;2013年12月份广州地铁开始引进BIM技术，在广佛线二期和广州地铁6号线进行试点应用;2014年南宁市地铁将BIM技术运用于机电安装施工中。2015年7月1日，住房城乡建设部发布了《推进建筑信息模型应用指导意见》确立了BIM推进目标：到2020年末，建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。目前，北京、上海、广州、深圳、无锡、南京等城市的轨道交通工程中，业主已经在合同中明确规定采用BIM技术指导设计与施工。这一目标的确立进一步促进了BIM技术在建筑工程中的推广及应用。
2BIM在地铁设计过程中的应用实例
2.1三维化、可视化设计
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。BIM的三维化设计方法，不仅有利于复杂形体的表达，而且可以有效地进行空间碰撞检查。空间碰撞分为硬碰撞和软碰撞。硬碰撞是指实体与实体之间交叉碰撞;软碰撞是指虽然实体间并没有碰撞，但间距和空间无法满足相关施工要求。如在地铁车站建筑设计过程中，T型换乘站换乘节点处立体关系较为复杂，在二维设计中往往出现楼梯上方净高不满足行人通行要求，楼梯下方净高不满足车辆限界要求等软碰撞的情况。通过建立BIM模型可以直观地对空间关系进行检查，避免此类问题的发生。不仅如此，BIM系列软件还有强大的渲染和动画技术，可以直接对赋予材料参数、物理特征的模型进行渲染出具高度仿真的效果图，通过设置漫游路径生成漫游动画，结合VR技术还可以实现对模型的“虚拟”参观。这样就可以使设计者的设计意图更加直观的展现出来，更易于设计成果的表达，方便与业主的沟通。
2.2参数化设计
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。
2.3协同设计
传统意义上的协同设计往往是通过网络平台如网络通信软件、网络资源库、网络管理平台等实现各专业文件的传输和信息的沟通。BIM技术的协同设计基于同一个设计平台，各专业设计人员可以在本专业设计完成后开放修改权限，此时其他专业可以及时收到修改通知，并在此模型基础上完善自身专业设计内容。这样的协同设计方式可以有效避免传统设计过程中由于沟通不及时、传输信息不准确导致的错、漏、碰、缺，保证设计模型的准确，提升设计效率。基于同一模型的协同设计还可以使各专业的分析设计节省大量的建模时间。以地铁车站设计中建筑与结构专业为例，传统设计模式中，建筑设计人员利用CAD完成车站建筑平面图、剖面图绘制之后，将CAD文件传至结构设计人员手中。结构设计人员需要先阅读建筑设计图纸，在理解建筑设计意图之后，应用PKPM、ETABS、Midas等软件重新建模然后进行计算分析。如果建筑设计方案调整，结构设计人员又需要对结构计算模型进行相应的调整。对于地铁设计来说，涉及专业多、接口界面复杂，很容易引起方案的调整，这就大大加重了结构设计人员的工作量。而基于BIM的同一模型，结构专业进行分析计算的模型可以在建筑专业设计完成后直接应用。而且BIM结构分析软件可以实现结构构件与非结构构件的自动识别、非结构构件荷载自动转化、结构简图的自动输入，大大节省了结构设计人员建模工作量以及计算分析前处理的时间。
3结束语
鉴于BIM技术具有的三维可视化设计、参数设计、协同设计、材料明细表自动生成等区别于传统平面设计方法的优势，BIM技术在地铁设计过程中的应用，能够显著提升设计效率，减少设计过程中存在的错、漏、碰、缺，保证设计成果的质量。但是由于BIM设计系统工程庞大，各专业均需要配备相应的专业人才，构件中心协同设计平台需要较高的投入，导致BIM技术目前多数应用于施工、运营模型的建立，在设计过程中BIM技术的推广和应用还有很长的路要走。
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