BIM技術在鐵路客運站房的運用實踐

摘 要：以海南西環線鐵路東方站為例，分析BIM技術在鐵路客運站整個建筑全生命周期的運用實踐。從可視化、協調性和模擬性三個方面探討BIM技術相對于傳統二維設計的優勢。總結在鐵路客運站設計階段運用BIM技術的經驗，并為BIM技術在后期的施工和運營維護階段的運用提出了方向。

關鍵詞：建筑信息模型；全生命周期；可視化；協調性；模擬性

中圖分類號：TU20 文獻標識碼：A

1 概述

建筑信息模型及其運用（Building Information Modeling，簡稱BIM）是建筑過程的數字展示方式用來協助建筑的數字信息交流合作。建筑信息模型涵蓋了幾何學、空間關系、地理信息系統、各種建筑組件的性質及數量，它可以用來展示整個建筑全生命周期，包括了建設過程和運營過程。建筑的各個部分、各個系統在建筑信息模型都能反映出來，建筑內部信息可以十分方便地從建筑信息模型中提取。因為建筑信息模型能夠結合各種數字信息來展示對象，這相對于傳統計算機輔助設計只用矢量圖形構圖表示物體的設計方法來說，用數字化建模的組件表示現實中用來建造建筑物的各種構件是個本質上的改變。目前在全世界范圍BIM技術已經得到廣泛運用，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技術來完成其整個設計項目。

2007年BIM技術開始進入中國的工程應用領域，從上海世博會國家電網館工程到深圳機場擴建等大型工程均采用BIM技術。BIM技術的運用主要分為三個階段，包括設計階段，施工階段，運營維護階段。鑒于BIM技術的發展趨勢及區別于傳統二維設計的顯著優勢，將其首先用于設計階段。BIM技術在設計階段的運用在房屋建筑設計中相對成熟，但在鐵路站房設計中運用較少。因為鐵路站房設計的專業不僅涉及建筑，結構，風水電等設備專業還包括站場，路基，軌道，接觸網，橋梁等專業。這使得BIM技術運用更加全面和復雜，專業接口更多，技術難度加大，模型信息更加完整。下面以海南西環鐵路東方站為例，探討BIM技術在鐵路客運站運用的操作可行性。

2 項目慨況

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

3 BIM技術的實踐

本次建筑設計滿足使用功能要求，并注重實用、美觀，體現“以人為本，以流為主”的理念。運用BIM技術優化方案，集中體現生態、綠色、環保、節能和可持續發展的設計理念。圖3是運用BIM技術檢查機電管線專業在建筑物內部的碰撞關系。圖4是結構專業的模型展示，運用BIM技術可以直觀的看到建筑空間中建筑結構的三維效果。圖5是方案概念階段的。

可持續性分析挑檐遮陽與幕墻溫度的關系。圖6是風環境分析，以BIM技術為基礎，非計算流體力學背景的工程師可直接基于多種3D格式源模型進行風環境定性分析和表現。冬季東北風工況下分析得出行人高度處風速不大于GB2006《綠色建筑評價標準》規定的5m/s限值 。冬季站房建筑前后大部分區域風壓差值不超過5Pa，滿足GB2006《綠色建筑評價標準》。夏季南風或西南風工況下分析得出行人高度處風速不大于GB2006《綠色建筑評價標準》規定的5m/s限值。夏季站房建筑前后大部分區域風壓差值大于2Pa，有利于站房自然通風。

BIM技術的運用優勢不僅體現在設計階段建筑模型的數據在建筑信息模型中的存在是以多種數字技術為依托，更是以這個數字信息模型作為各個項目的基礎，可以進行各個相關工作。建筑工程與之相關的工作都可以從這個建筑信息模型中拿出各自需要的信息，既可指導相應工作又能將相應工作的信息反饋到模型中。因此在施工階段和運營維護階段BIM技術的優勢可以在可視化、協調性和模擬性三個方面體現。目前大部分的圖紙是在二維表達，各個專業構件的信息在圖紙上的采用線條繪制表達，構件真正的構造形式需要設計過程和施工過程中的參與人員在二維表達的基礎上理解和想象。可視化設計的設計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技術的協調性可在建筑物建造前期對各專業的碰撞問題進行協調，生成協調數據，提供出來。例如協調解決電梯井布置與其他設計布置及凈空要求的矛盾，這使得各專業之間的協調操作變得簡單，也方便施工過程中的設計變更出圖。圖8是結構模型進行的施工模擬，從設計模型到施工模型，可以滿足施工算量和施工模擬方面的要求。BIM技術的模擬性并不是只能模擬設計出的建筑物模型，還可以模擬不能夠在真實世界中進行操作的事物。在后期的運營維護階段，利用BIM技術的模擬性可以直觀模擬運營狀態的情景，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，主要氣流方向指向玻璃幕墻上的排煙窗，證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%，且主要氣流場能夠有效將火源燃燒產生的有害煙霧抬升，通過排煙窗排除，不會擴散至門等主要逃生通道，滿足人員疏散條件，火災時，候車廳大門需保持打開，利于補充空氣形成對流，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秒建筑的全部區域疏散完成。另外在管理人流分布、緊急狀態預案、日常管理與制度方面BIM技術的模擬性可以讓客運站的運營管理工作更加高效便捷。

結語

由于東方站目前尚未開始施工，故本次東方站的BIM技術運用重點放在設計階段。通過設計階段的實踐，BIM技術使得建筑設計過程更加直觀快捷，建筑設計有據可依，各種模擬結果為建筑設計提供支撐。BIM技術在設計初期需要投入更多的設計資源和時間，但后期修改工作可以大大減少，由于錯誤率得到控制，BIM技術可以提高整個設計階段的效率。傳統的設備專業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使得設備專業 的投入增大很多，設計格局也發生變化。另外在設計階段各個專業間溝通快速有效，進一步打破了專業溝通壁壘。基于目前設計階段的實踐可以預見BIM技術提供的數據平臺使得建筑設計信息可以為施工、運營維護提供各種有效信息。三維可視化功能加上時間維度，可以進行施工過程虛擬。利用BIM技術進行各專業碰撞檢查，減少在施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，減少圖紙變更和施工現場返工的同時節約項目投資。針對下一步東方站馬上面臨的施工和運營維護階段，BIM技術將進一步與實踐結合來體現其優勢。

參考文獻

[1]何關培、王軼群、應宇墾.BIM總論[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]葛文蘭、于曉明、何波.BIM 第二維度——項目不同參與方的 BIM 應用[M] .北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]柏慕培訓.Autodesk Revit Architecture 2011——建筑施工圖設計實例詳解[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]張利.信息時代的建筑與建筑設計[M].南京：東南大學出版社，2002.

[5]張茂軍.虛擬現實系統[M].北京：科學出版社，2001.

獲獎情況：海西線東方站站房BIM三維設計獲得“首屆工程建設BIM應用大賽二等獎”和“2013年度中國建筑業建筑信息模型邀請賽最佳BIM拓展應用獎”

作者簡介：毛靈（1981-），男，中國中鐵二院工程集團有限責任公司建筑二所副總建筑師，研究方向：交通建筑設計及其理論。endprint