德國科隆輕軌11號線 擴建規劃的BIM應用

隨著經濟和社會的發展，人口增長、交通需求、交通空間和運輸能力與受影響人群和環境之間總有著難以調和的矛盾。因此，檢查基礎設施各方面的兼容性，共同優化工程解決方案，提高其接受度，是基礎設施建設中的重點。如今的技術為解決這一問題提供了許多創新方案，例如德國科隆鐵路樞紐擴建工程所使用的建筑信息模型（BIM）技術。該工程的項目之一是在科隆列車總站東北側邊緣為輕軌11號線（S11）建設一個附加的中間站臺（圖1）。

1 S11擴建項目

科隆鐵路樞紐是德國鐵路股份公司（DB）線路網絡中車流量最大的區域之一，而科隆列車總站是其核心組成部分。11條線路在這里匯合;每天有超過1 000列區域客運列車和200多列長途客運列車經過這里;有28 萬多名旅客在這里集散。

科隆位于德國北萊茵—威斯特法倫州（以下簡稱“北威州”），是經濟發展和人口增長非常迅速的城市。預計至2025年，此地的客運列車數量將相應增加。

多年來，科隆及其周邊地區的鐵路樞紐的潛力已幾乎挖掘殆盡。在運營過程中，即使發生微小的異常情況也可能對整個地區的鐵路運輸產生負面影響。貨物運輸和旅客運輸難以實現從公路到鐵路的交通轉換。而且，科隆—波恩發展區至今還不能開行更多的區域客運列車。

為了滿足不斷增長的運輸需求，必須大力提高科隆輕軌線路網絡的運輸能力，并為其他交通方式提供高效的線路網絡。為此，德國聯邦運輸和數字基礎設施部（BMVI）將科隆鐵路樞紐擴建工程納入了《聯邦交通基礎設施計劃2030》中，并歸入“需求緊迫的新項目”類別。該工程包括可逐步實施的17個基礎設施項目，目的是為本地、區域和長途旅客提供更加全面、可靠的服務。其基本理念是結合優化的運營流程，有效緩解鐵路樞紐的運輸壓力，并為未來交通量的增大做好準備。

擴建科隆輕軌主線（S11）是在科隆鐵路樞紐中擴建輕軌的關鍵項目。該主線連接科隆會展中心/道依茨公司站和科隆列車總站。該項目將在科隆列車總站東北側（即背對科隆大教堂的一側）修建一個附加的中間站臺。為此，還需要新建一座連接站臺的上跨橋。

對于該項目，DB下屬工程與咨詢有限責任公司（DB Engineering & Consulting GmbH）科隆辦事處已于2017年春季完成了基礎調查工作，在2018年9月將初期規劃提交給DB下屬線路網絡子公司（DB Netz AG）和DB下屬車站與服務子公司（DB Station & Service AG）。

2 科隆列車總站現狀帶來的挑戰

科隆列車總站位于市區內（圖2），西北側緊鄰科隆大教堂，東側有萊茵河和霍亨索倫橋，因此輕軌主線的軌道只能向東北的布雷斯勞廣場方向延伸。列車總站主入口之一的A、B 2條通道連接布雷斯勞廣場。布雷斯勞廣場站是地鐵換乘站。列車總站東北部還有乘客和員工停車區，東南部有出租車停車區、地下停車場、公交車站等。S11的現有橋梁結構于1987年建成，是當時輕軌擴建第2階段項目的組成部分，而現今規劃的線路要與之相連。這些橋梁起于科隆列車總站的東頭，跨過Trankgasse街上方的鐵路軌道、約翰內斯大街和車站的A、B通道。

由于交叉的地鐵隧道（圖3）和布雷斯勞廣場/科隆列車總站地鐵站現有結構的限制，無法按常規使用現有柱網來建設規劃軌道或平臺橋梁。為了根據現有布局對新建筑物下部使用狀況進行擴展和改善，計劃采用軸網建設橋墩。這一決定也是出于城市規劃建設的考慮。

3 利用 BIM 技術的規劃

由于該項目規模大且極具復雜性，因此對其進行跨專業的規劃也面臨許多挑戰。為了實現各專業之間更好的協作，并獲得直觀的視覺化效果，該項目的規劃利用了BIM技術。

BIM建模從創建3D現狀模型開始。由于對規劃模型的要求很高，因此項目人員使用3D激光掃描方法采集點云和360°強度圖像，并用它們生成360°地形全景圖;進行大規模測量，利用讀取的測量數據為點云標定地理參考;然后將生成的點云轉換為Revit格式的3D測量模型。這是所有專業進一步規劃的基礎。每個專業都以此為基礎創建自己的專業模型，并將其整合到3D協作模型中（圖4）。此外，還通過添加地理信息系統（GIS）數據，描述地形，以及生成數字化環境模型。

為規劃科隆S11擴建項目，項目人員創建了一個公共數據環境（CDE），可以保存和調用規劃團隊在規劃過程中的規劃信息。項目人員還通過組織良好且高度標準化的流程對數據管理、協調和傳輸進行規范，這既可以確保信息透明、安全，也能促進項目參與者之間更好的溝通和理解。

所有專業的人員可以使用統一的結構模型（在該結構模型中，對象按專業進行分類，注釋和定位），共同參與規劃。這樣能夠有效減少內部測試的次數以及創建的相似文檔的數量，從而優化規劃方面的資源管理。采用虛擬設計審閱（VDR）技術時，項目參與者可對規劃結果有一個清晰的概覽，并且所有人獲得的信息水平相同。其中的許多信息是在規劃階段通過3D結構模型創建、實現可視化、得到分析，以及用于不同用途。通過3D結構模型可以輕松地進行碰撞檢測，以及證明復雜建筑幾何形狀的可行性。

BIM技術在方案研究方面也有顯著優勢。除了具有相鄰槽形和支柱結構的工程基礎設施之外，還可以將地上、地下結構的交通基礎設施，以及信號、接觸網、供電和地下電纜等設施設備都無碰撞地導入模型中。通過將成本和用量數據導入模型，還可以進行成本和收益比較，從而提出不同的方案。這樣就可以針對優選方案進行透明的決策。此外，還可使用參數化的3D模型對所研究的方案進行渲染。

4 公眾參與

為了使交通建設項目得到公眾的更多理解和接受，從而加快項目的實施或使其成為可能，北威州政府于2018 年成立了交通聯盟，該聯盟由該州交通部管轄，由來自經濟界、科學界和公眾的80多名成員組成。

該聯盟嘗試通過促成公眾早期參與交通項目規劃，加速規劃進程，其開展的2個示范項目之一就是科隆鐵路樞紐輕軌擴建項目。其原因在于，德國的基礎設施項目規劃通常可在幾年內完成，但由于反對和訴訟，項目獲得批準往往需要很長時間，有時甚至是幾十年。通過從一開始就讓公眾和利益相關方參與到項目規劃中，并盡可能顧及各方利益以使項目得到各方的接受，可以縮短這一過程。公眾參與方式有以下3種。

（1）在線對話。聯盟與公眾在www.sbahnkoeln.de網站上的在線對話是其與公眾就擴建S11問題進行交流的開始。聯盟通過在該網站上公開項目計劃書、航拍照片和其他細節信息向公眾展示了規劃要點。根據網上公開內容，相關各方可以隨時通過互聯網查詢相關信息或去現場了解情況，向規劃者、項目發起人及其合作伙伴提問，并提出自己的建議。

（2）信息交流會。網絡上的對話不能代替面對面的交流。而聯盟主辦的2個信息交流會為公眾提供了與項目參與方代表、規劃者進行深入討論的機會。信息交流會沒有遵循固定的流程，而是由公民自由決定何時開會，何人參會，目的是讓盡可能多的人表達他們的看法和建議。

（3）磋商。與政治界、經濟界、科學界和相關協會中的人士進行公開、透明的對話是公眾參與的一種重要方式。在項目初期規劃時，科隆市成立了6個工作組，以協調規劃理念;同時，還與環保局、環保協會召開了協商會。從2018年春季開始，公眾可以就S11擴建規劃提出問題，進行討論，表達訴求。在線對話收到了300多個反饋，600多人參加了信息交流會。從那時起，規劃者一直在整理公眾的建議，權衡不同的利益，研究這些建議在技術和經濟上的可行性。大多數建議得到了采納，規劃也據此做出了相應調整。根據公眾意愿調整后的新規劃將作為優選方案得以實施。

5 結論

在現有建筑基礎上（特別在居民密集區）進行建設，需要在初步規劃階段采取考慮到各種挑戰的規劃方法。各種因素（包括現有的地上和地下基礎設施、管道系統、電纜線路、留給所規劃基礎設施的局促空間和較短施工時間，以及各個需要考慮的利益相關方）嚴重限制了項目規劃的自由度和隨后的建設自由度。在過去，由于只能在一定程度上考慮上述因素，因此初期規劃的詳細程度不夠，往往會導致規劃的不確定性。

在科隆列車總站S11擴建項目中，上述因素都存在，因此早在規劃開始時，即在基礎調查和初期規劃階段（工作階段1和階段2）就根據《德國建筑師與工程師計費法定標準》（HOAI），選擇了一種特殊的項目處理辦法。為解決現有基礎設施和空間狹小帶來的問題，在規劃核心階段采用了BIM技術。為使居民、環境協會、運營商及其他參與方盡早接受項目方案，規劃人員展示了BIM規劃的結果以及項目的其他可視化效果。為了使各個利益相關者能在初期規劃階段表達自己的訴求，并盡可能全面地將其想法納入規劃之中，北威州交通聯盟將該項目作為試點項目來開展。這是能夠在短短2年內完成基礎調查和初期規劃的前提條件之一。

參考文獻

[1]Amir Safiri， Jens Sch?fer. Ausbau der S-Bahn-Linie S 11 im Hauptbahnhof K?ln[J]. Der Eisenbahn Ingenieur，2019（11）：25-28.

蘇靖棋 編譯

收稿日期 2020-01-18