BIM技術(shù)在鐵路客運(yùn)站房的運(yùn)用實(shí)踐

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

BIM技術(shù)在鐵路客運(yùn)站房的運(yùn)用實(shí)踐

毛 靈

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

以海南西環(huán)線鐵路東方站為例，分析BIM技術(shù)在鐵路客運(yùn)站整個(gè)建筑全生命周期的運(yùn)用實(shí)踐。從可視化、協(xié)調(diào)性和模擬性三個(gè)方面探討B(tài)IM技術(shù)相對于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。總結(jié)在鐵路客運(yùn)站設(shè)計(jì)階段運(yùn)用BIM技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，并為BIM技術(shù)在后期的施工和運(yùn)營維護(hù)階段的運(yùn)用提出了方向。

建筑信息模型；全生命周期；可視化；協(xié)調(diào)性；模擬性

1 概述

建筑信息模型及其運(yùn)用（Building Information Modeling，簡稱BIM）是建筑過程的數(shù)字展示方式用來協(xié)助建筑的數(shù)字信息交流合作。建筑信息模型涵蓋了幾何學(xué)、空間關(guān)系、地理信息系統(tǒng)、各種建筑組件的性質(zhì)及數(shù)量，它可以用來展示整個(gè)建筑全生命周期，包括了建設(shè)過程和運(yùn)營過程。建筑的各個(gè)部分、各個(gè)系統(tǒng)在建筑信息模型都能反映出來，建筑內(nèi)部信息可以十分方便地從建筑信息模型中提取。因?yàn)榻ㄖ畔⒛Ｐ湍軌蚪Y(jié)合各種數(shù)字信息來展示對象，這相對于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)只用矢量圖形構(gòu)圖表示物體的設(shè)計(jì)方法來說，用數(shù)字化建模的組件表示現(xiàn)實(shí)中用來建造建筑物的各種構(gòu)件是個(gè)本質(zhì)上的改變。目前在全世界范圍BIM技術(shù)已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，著名成功案例有德國慕尼黑的寶馬世界、梅賽德斯的奔馳博物館等均使用該項(xiàng)技術(shù)來完成其整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

2007年BIM技術(shù)開始進(jìn)入中國的工程應(yīng)用領(lǐng)域，從上海世博會國家電網(wǎng)館工程到深圳機(jī)場擴(kuò)建等大型工程均采用BIM技術(shù)。BIM技術(shù)的運(yùn)用主要分為三個(gè)階段，包括設(shè)計(jì)階段，施工階段，運(yùn)營維護(hù)階段。鑒于BIM技術(shù)的發(fā)展趨勢及區(qū)別于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的顯著優(yōu)勢，將其首先用于設(shè)計(jì)階段。BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的運(yùn)用在房屋建筑設(shè)計(jì)中相對成熟，但在鐵路站房設(shè)計(jì)中運(yùn)用較少。因?yàn)殍F路站房設(shè)計(jì)的專業(yè)不僅涉及建筑，結(jié)構(gòu)，風(fēng)水電等設(shè)備專業(yè)還包括站場，路基，軌道，接觸網(wǎng)，橋梁等專業(yè)。這使得BIM技術(shù)運(yùn)用更加全面和復(fù)雜，專業(yè)接口更多，技術(shù)難度加大，模型信息更加完整。下面以海南西環(huán)鐵路東方站為例，探討B(tài)IM技術(shù)在鐵路客運(yùn)站運(yùn)用的操作可行性。

2 項(xiàng)目慨況

海南西環(huán)鐵路東方站位于東方市八所鎮(zhèn)境內(nèi)，距東方市區(qū)約1.5Km。站址地勢較為平坦。車站建筑層數(shù)為候車廳部分一層，設(shè)備及辦公用房二層（圖1）。東方站站房主要功能分為客運(yùn)用房、公安用房、設(shè)備用房、辦公用房等。站房建筑面寬115.2m，站房建筑進(jìn)深30.0m，站房建筑中部檐口高度20.0m。1-6.000標(biāo)高層為地下消防水泵房。±0.000m標(biāo)高層中部圍繞集散廳布置公共衛(wèi)生間、旅客服務(wù)用房、開水間、VIP候車室、公安值班室、客運(yùn)值班室等；候車廳右側(cè)為售票廳、售票室及售票用房、綜合控制和消防控制室；候車廳左側(cè)為變電所及電力設(shè)備房等。+6.000m標(biāo)高層右側(cè)為通信、信號、信息等弱電設(shè)備用房；左側(cè)主要布置車站辦公用房和部分弱電設(shè)備用房。結(jié)合建筑平面布局，東方站客流組織采取“下進(jìn)下出”流線模式。進(jìn)站流線為旅客購票后通過安檢進(jìn)入候車廳候車，后通過自動檢票機(jī)或人工檢票后進(jìn)站，基本站臺的旅客直接進(jìn)到基本站臺，二、三站臺的旅客通過地道進(jìn)入二、三站臺。出站流線為基本站臺的旅客由基本站臺直接至出站廳檢票后出站，中間站臺的旅客經(jīng)過地道到達(dá)出站廳檢票后出站。（圖2）

3 BIM技術(shù)的實(shí)踐

本次建筑設(shè)計(jì)滿足使用功能要求，并注重實(shí)用、美觀，體現(xiàn)“以人為本，以流為主”的理念。運(yùn)用BIM技術(shù)優(yōu)化方案，集中體現(xiàn)生態(tài)、綠色、環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念。圖3是運(yùn)用BIM技術(shù)檢查機(jī)電管線專業(yè)在建筑物內(nèi)部的碰撞關(guān)系。圖4是結(jié)構(gòu)專業(yè)的模型展示，運(yùn)用BIM技術(shù)可以直觀的看到建筑空間中建筑結(jié)構(gòu)的三維效果。圖5是方案概念階段的。

圖1 東方站鳥瞰圖

圖2 東方站總體模型

圖3 設(shè)備管線模型

圖4 結(jié)構(gòu)模型

可持續(xù)性分析挑檐遮陽與幕墻溫度的關(guān)系。圖6是風(fēng)環(huán)境分析，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，非計(jì)算流體力學(xué)背景的工程師可直接基于多種3D格式源模型進(jìn)行風(fēng)環(huán)境定性分析和表現(xiàn)。冬季東北風(fēng)工況下分析得出行人高度處風(fēng)速不大于GB2006《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的5m/s限值 。冬季站房建筑前后大部分區(qū)域風(fēng)壓差值不超過5Pa，滿足GB2006《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。夏季南風(fēng)或西南風(fēng)工況下分析得出行人高度處風(fēng)速不大于GB2006《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的5m/s限值。夏季站房建筑前后大部分區(qū)域風(fēng)壓差值大于2Pa，有利于站房自然

通風(fēng)。

圖5 可持續(xù)分析

圖6 風(fēng)環(huán)境分析

圖7 衛(wèi)生間管線布置

圖8 站房屋面施工模擬

BIM技術(shù)的運(yùn)用優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段建筑模型的數(shù)據(jù)在建筑信息模型中的存在是以多種數(shù)字技術(shù)為依托，更是以這個(gè)數(shù)字信息模型作為各個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，可以進(jìn)行各個(gè)相關(guān)工作。建筑工程與之相關(guān)的工作都可以從這個(gè)建筑信息模型中拿出各自需要的信息，既可指導(dǎo)相應(yīng)工作又能將相應(yīng)工作的信息反饋到模型中。因此在施工階段和運(yùn)營維護(hù)階段BIM技術(shù)的優(yōu)勢可以在可視化、協(xié)調(diào)性和模擬性三個(gè)方面體現(xiàn)。目前大部分的圖紙是在二維表達(dá)，各個(gè)專業(yè)構(gòu)件的信息在圖紙上的采用線條繪制表達(dá)，構(gòu)件真正的構(gòu)造形式需要設(shè)計(jì)過程和施工過程中的參與人員在二維表達(dá)的基礎(chǔ)上理解和想象。可視化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)界面可以做到一處修改，處處更新。圖7是廁所部分的管線布置圖，管線布置平面圖上的修改可以同步反映到三維模型視圖。BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性可在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提供出來。例如協(xié)調(diào)解決電梯井布置與其他設(shè)計(jì)布置及凈空要求的矛盾，這使得各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)操作變得簡單，也方便施工過程中的設(shè)計(jì)變更出圖。圖8是結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行的施工模擬，從設(shè)計(jì)模型到施工模型，可以滿足施工算量和施工模擬方面的要求。BIM技術(shù)的模擬性并不是只能模擬設(shè)計(jì)出的建筑物模型，還可以模擬不能夠在真實(shí)世界中進(jìn)行操作的事物。在后期的運(yùn)營維護(hù)階段，利用BIM技術(shù)的模擬性可以直觀模擬運(yùn)營狀態(tài)的情景，例如地震人員逃生模擬及消防人員疏散模擬等。圖9是模擬緊急情況的排煙處理，模擬顯示火源燃燒20秒后，主要?dú)饬鞣较蛑赶虿Ａ粔ι系呐艧煷埃C明排煙窗布置能滿足排煙要求火源燃燒20秒后，大部分空間有害煙霧濃度不超過2%，且主要?dú)饬鲌瞿軌蛴行⒒鹪慈紵a(chǎn)生的有害煙霧抬升，通過排煙窗排除，不會擴(kuò)散至門等主要逃生通道，滿足人員疏散條件，火災(zāi)時(shí)，候車廳大門需保持打開，利于補(bǔ)充空氣形成對流，更好地將有害煙霧抬升并通過排煙窗排出。圖10是緊急狀態(tài)疏散仿真，分析顯示候車室20秒疏散完成，50秒建筑的全部區(qū)域疏散完成。另外在管理人流分布、緊急狀態(tài)預(yù)案、日常管理與制度方面BIM技術(shù)的模擬性可以讓客運(yùn)站的運(yùn)營管理工作更加高效便捷。

結(jié)語

由于東方站目前尚未開始施工，故本次東方站的BIM技術(shù)運(yùn)用重點(diǎn)放在設(shè)計(jì)階段。通過設(shè)計(jì)階段的實(shí)踐，BIM技術(shù)使得建筑設(shè)計(jì)過程更加直觀快捷，建筑設(shè)計(jì)有據(jù)可依，各種模擬結(jié)果為建筑設(shè)計(jì)提供支撐。BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)初期需要投入更多的設(shè)計(jì)資源和時(shí)間，但后期修改工作可以大大減少，由于錯(cuò)誤率得到控制，BIM技術(shù)可以提高整個(gè)設(shè)計(jì)階段的效率。傳統(tǒng)的設(shè)備專業(yè)繪圖是二維圖紙為主且圖示語言比較簡單，三維的建筑模型表達(dá)使得設(shè)備專業(yè) 的投入增大很多，設(shè)計(jì)格局也發(fā)生變化。另外在設(shè)計(jì)階段各個(gè)專業(yè)間溝通快速有效，進(jìn)一步打破了專業(yè)溝通壁壘。基于目前設(shè)計(jì)階段的實(shí)踐可以預(yù)見BIM技術(shù)提供的數(shù)據(jù)平臺使得建筑設(shè)計(jì)信息可以為施工、運(yùn)營維護(hù)提供各種有效信息。三維可視化功能加上時(shí)間維度，可以進(jìn)行施工過程虛擬。利用BIM技術(shù)進(jìn)行各專業(yè)碰撞檢查，減少在施工階段可能存在的錯(cuò)誤損失和返工的可能性，減少圖紙變更和施工現(xiàn)場返工的同時(shí)節(jié)約項(xiàng)目投資。針對下一步東方站馬上面臨的施工和運(yùn)營維護(hù)階段，BIM技術(shù)將進(jìn)一步與實(shí)踐結(jié)合來體現(xiàn)其優(yōu)勢。

圖9 排煙模擬

圖10 疏散模擬

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獲獎情況：海西線東方站站房BIM三維設(shè)計(jì)獲得“首屆工程建設(shè)BIM應(yīng)用大賽二等獎”和“2013年度中國建筑業(yè)建筑信息模型邀請賽最佳BIM拓展應(yīng)用獎”

TU20

A

毛靈（1981-），男，中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司建筑二所副總建筑師，研究方向：交通建筑設(shè)計(jì)及其理論。