BIM技術在高鐵站前廣場場地設計中的應用

趙哲逸

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 BIM技術概述

BIM(Building Information Modeling)即“建筑信息模型”，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為三維數字模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，以達到可視化設計、虛擬施工、數據化運營維護等目的[1]。目前，BIM技術因其可視化、參數化、協同性、全周期等特點，已經走出“建筑”的范疇，在場地設計甚至城市規劃設計過程中發揮越來越重要的作用。

2 高鐵站前廣場場地設計現狀分析

高鐵站前廣場不同于普通城市廣場，它肩負著城市對外聯系的重任，起著城際交通與城市交通轉化的作用，是城市融入區域發展的重要紐帶，是城市經濟發展的重要一環。

因此，高鐵站前廣場場地設計是在滿足基地現狀條件和相關的法規、規范基礎上，通過設計使場地中建筑、交通系統、室外設施、綠化景園、工程系統等要素和諧[2]，同時遵循“交通優先”“高效節能節地節資”“美觀協調”等原則[3]。設計中的難點主要集中在現狀條件和設計內容的有機結合、內外交通流線的有序布置、外部限制條件的對接等方面。通過BIM技術可以有助于解決以上問題，且能夠提高現狀資料數據準確性和完整性、提高設計方案的直觀程度，從而完善設計過程，幫助業主做出合理決策，加快項目進度。

3 項目概況

晉城東站站前廣場工程總用地323 798 m2，由城市主干道丹河快線分為東、西兩個地塊，東側地塊總用地148 540 m2，主要建設兼容客運樞紐功能的高鐵站前廣場(見圖1)；西側地塊總用地175 258 m2，主要建設文化景觀公園48 184 m2；配套建設9條道路，一座快速進站通道橋梁。項目總概算5.48億元。

4 BIM技術應用概況

BIM技術在晉城廣場項目中的應用概況見表1。

表1 BIM技術在晉城廣場項目中的應用概況

5 案例分析

基于晉城東站站前廣場工程，簡要分析BIM在高鐵站前廣場場地設計中的應用方法。

5.1 現狀資料數字化還原

高鐵站前廣場項目多位于城市建城區邊緣，普遍存在地形圖和相關資料陳舊或不完整問題，不能滿足場地設計和拆遷量統計要求，進而影響投資估算和概算。如果進行常規測量工作，會顯著增加項目初期的投入和工作周期，在某些項目中外業任務還會間接增加征拆難度。借助日漸成熟的無人機傾斜攝影技術，能夠實現在數日(ContextCapture工作流)甚至數小時(大疆智圖工作流)內對場地和周邊區域實現數字化還原，為場地留下“快照”。如同網頁“快照”可以作為線上交易的憑證，該成果也可以作為拆遷統計的基礎資料。設計單位也可以將其作為比地形圖和現狀照片更加直觀和高效的設計輸入數據。圖2所示晉城東站站前廣場西南部水東村原貌模型是設計人員使用大疆精靈4無人機，通過DJI GS Pro控制軟件拍攝的傾斜攝影圖像經ContextCapture計算生成，文件格式為3SM，文件大小660 MB，模型精度0.048 m～0.065 m。

5.2 地形分析

在ContextCapture和大疆智圖等實景建模軟件中，均可以根據傾斜攝影圖反向生成場地DEM文件，再通過GIS平臺或BIM參數化設計軟件(如Dynamo)[4]快速便捷的對場地進行多項分析和方案推導。

1)基于高程數據對DEM模型進行色譜染色，可以直觀了解場地與周邊地塊高程分布情況，對場地設計標高的確定有一定幫助，見圖3。

2)亦可利用GIS平臺中的坡度坡向分析功能或Dynamo[4]中的斜率判斷算法查看場地坡度分布情況和流水方向，幫助設計人確定合理的道路坡度和場地排水路線。

3)在站前廣場規劃設計時還應考慮廣場主要節點的視線、視野問題。將場地實景模型加載到BIM可視化軟件中可以模擬這些節點的人視點場景，以判斷廣場各部的朝向和布局是否會對旅客產生壓抑、單調、逼仄、雜亂、擁擠等負面空間感受。

5.3 立體交通設計

站前廣場設計遵循“交通優先原則”，廣場的交通疏解能力直接決定了廣場設計的合理性。在晉城東站站前廣場交通流線設計時，首先將流線進行了統計和分類。按照交通工具分為公交車、旅游大巴、出租車、社會車、非機動車、步行等；按照流線目的分為進站乘車流線、出站換乘流線、市域換乘流線、穿越流線、工作人員流線等，如圖4所示。

在分類基礎上，根據流線的特性和重要程度在平面圖上進行布置(見圖1)，此時將產生多處車流與車流、車流與人流的交叉。解決流線交叉的原則為：

1)保證主要流線人車分流；

2)優先保證進站流線效率；

3)縮短步行流線長度；

4)保證應急通道凈高。

通過傳統二維設計方式解決此類問題時，很難同時兼顧平面位置、道路坡度、橋下凈空要求，往往需要建筑專業拿出方案，再由橋梁和結構專業核實最終標高。在不利情況下往往需要多輪重復驗證。在晉城東站站前廣場立體交通方案設計中，有一處地庫出入口、消防車道、快速進站橋梁、人行道四者交匯的重要節點，設計人利用Revit建立了該節點“建筑低LOD模型+地形高LOD模型+橋梁上部高LOD模型”的混合精度模型。再利用Revit參數報告機制實時顯示路面坡度、橋下凈高等數據。最后在三維視圖中通過“移動、拉伸、輸入參數”等簡單操作進行立體交通布置，在較短時間找到了同時兼顧橋梁結構、道路坡度、路面排水、消防車道凈高等要求的合理方案(見圖5)。對比傳統“試錯式”的設計方法，該方式并未增加設計人員工作量。

5.4 豎向設計

土方工程量計算和優化是豎向設計中的重要內容。在方案設計階段，傳統的土方工程量計算方法有方格網法、斷面法、散點法[5]等，但這些方法均存在工作量大或誤差大的問題。而在Revit等BIM軟件中，可以輕松實現設計前后地形體積差的計算，且可以將此數值作為監控的對象，在設計調整過程中實時顯示變化。如果將挖方、回填、放坡、清表等土方工程分項建模，再將土質、密實度等對土方量的影響因素以系數方式列入計算，即可最大限度保證土方工程量計算的準確性，進而為土方平衡設計提供準確依據。

停車場、硬質鋪地、內部道路的豎向設計直接影響廣場與站房、城市道路、周邊場地的對接，是站前廣場項目方案階段就要明確的內容。借助BIM技術，可以快速對設計各部控制點進行標高調整，同時通過三維可視化的方式方便地進行驗證和優化。完成后的方案模型也可以參照5.3章節中的方法在GIS平臺中進行標高分布、坡度分布、水流路徑和視線的分析，使設計方案更加合理。

5.5 技術指標與設計方案聯動

高鐵站前廣場工程對城市發展和資源開發影響較大，因此面向城市規劃部門、自然資源管理部門、住建管理部門的方案調整和方案匯報極為頻繁。在這類匯報中必須保證相關技術指標的準確，這些指標主要包括用地面積、建筑面積、綠化面積、容積率、綠化率、各類車輛停車位數量、投資估算等。基于BIM技術的場地設計無需在每次方案調整后都手動更新各項指標，因為以上所有指標都可通過Revit中明細表功能保持與模型和圖紙的實時同步。這項應用既減少了重復工作量，又保證了指標數據的準確性和真實性，在設計過程中還可以及時反映設計調整帶來的各項變化。

5.6 綜合管線設計

雖然目前多數站前廣場項目設備和管線并不復雜，但是隨著“站城一體化”理念的迅速推廣，商業綜合體、住宅、大型娛樂設施等都將逐漸進駐站前廣場[6]。屆時，無論是室內管線的綜合排布還是室外管網的協同設計都將成為站前廣場項目的難點。BIM技術借助碰撞檢測、設備族庫等功能已經在無數知名項目的綜合管線設計中大顯身手，相信在未來的高鐵站前廣場設計中它仍然會發揮重要作用。

5.7 方案效果展示

作為城市對外聯系的窗口，高鐵站前廣場預期效果的高質量呈現非常必要。隨著BIM三維可視化技術的迅速發展在Autodesk工作流中產生了Fuzor，Lumion等[7]能夠與設計工作實時同步的渲染軟件，無需繁瑣的材質、燈光設置即可讓設計成果表現產生質的飛躍。而Bentley工作流中基于Microstation平臺的所有軟件，包括lumenRT動畫制作軟件，在近期均加入了實時讀取3SM格式實景模型的功能。3SM格式文件是一種由ContextCapture生成的、可以承載海量實景模式數據的、具有瓦片數據結構的獨立文件。通過它，Bentley工作流實現了從航測到設計成果展示全設計流程中傾斜攝影數據的無損傳遞，大幅提高了設計輸入數據的準確性和設計成果輸出的直觀性，如圖6所示。

6 結語

高鐵站前廣場規劃設計相比于常規城市廣場要求更高，設計難度更大，本文通過對實際項目中BIM及其相關技術應用的總結分析，證明了BIM技術在此類項目場地設計中能夠起到簡化設計流程，提高設計效率和成果質量的作用，為設計工作提供了全新的思路和技術手段。