基于BIM的地鐵車站建筑一體化協同設計研究

何苑

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司）

1 引言

地鐵作為大城市目前主要的公共交通工具，運力強、速度快、安全性高、準點率高，可以極大幫助城市降低交通壓力。但在地鐵車站建筑工程項目中，還存在很多問題亟待解決。

1.1 地鐵工程建設的特點以及在協同設計中的難題

1）涉及專業多

地鐵作為一個大規模的系統工程，地鐵車站在施工過程中需要總包、軌道、設計、施工、咨詢、強審等十余家單位及建筑、結構、線路、機電系統等三十多個專業，如何在不同專業和單位之間高效協同工作成為地鐵工程建設的一大難題。

2）投入成本高

地鐵建設每一公里投入大概需要6億元～7億元，造價成本高，單條鐵路線投資動輒幾百億，給城市財政帶來了巨大壓力。

3）建設時間長

一條地鐵線從開始施工到線路投入使用往往需要數年時間，在這幾年的時間內，會有多種因素影響導致設計和施工的變更，這些無法預料的變更會阻礙整個工程進度的把控。

4）工程周圍環境復雜

地鐵車站通常建在城市繁華人口集中的區域，附近建筑和地下市政管線交錯，周邊環境和水文地質條件復雜，工程設計和施工要考慮的影響眾多。

1.2 BIM技術的快速發展

信息化的高速發展和應用推進了整個建筑行業的革新，基于對建筑數字化進一步深入地鉆研和嘗試，建筑施工技術和施工流程都迎來了全新變革。BIM技術近年來在我國建筑行業迅速發展，它被作為改變傳統建筑行業的一項關鍵技術進行推廣。BIM技術在我國被翻譯為建筑信息模型，它的核心思想是通過計算機信息技術打造和應用BIM模型，在工程中完成數字化工程信息的實時更新和共享，提高建筑行業的施工質量和效率。隨著國內建筑行業BIM技術的迅速發展，我國政府部門也出臺多項專項政策進行扶持，BIM技術的研究與應用開始大范圍推廣落地[1]。

通過研究地鐵工程投入成本高、涉及單位及專業多、建設時間長、工程周圍環境復雜等特點，筆者認為，只有解決各個單位和專業協同工作的難題，才能大幅提高地鐵項目的工程質量和施工效率。傳統的施工過程通常存在信息孤島現象，導致設計變更頻現和施工進度不可控。所以，現在需要引入BIM技術和一體化的協同方法來創建提高車站建筑設計效率的新一代一體化協同設計方法。

2 BIM技術在地鐵車站一體化協同設計中的應用特點

2.1 地鐵工程一體化協同設計的特點

地鐵車站工程一體化協同設計主要具有以下三個特點。

陜西省已建成的山洪災害防治非工程措施項目，在今年汛期向中央上報實時雨水情信息82.86萬條，約占全國上報信息1／10。在主汛期先后發生的13次強降水過程中，已建成的縣級山洪災害監測預警平臺共收到雨水情信息18.6萬條次，發布預警短信13.6萬條，啟動鄉鎮、村組預警廣播3486次，提前向暴雨洪水影響區的184個鄉鎮、856個村組發出預警信息，緊急撤離轉移人員9.3萬人，減免了人員傷亡，極大地減輕了群眾財產損失。

1）自適應性

地鐵車站工程的設計是一個不斷推翻修改的過程，隨時需要對建筑平面圖和文檔做修改，這就需要一種能夠自適應的方法來幫助一體化協同設計，通過BIM技術平臺的智能化管理可以幫助設計者對整個項目進行智能化操作。

2）參數化

信息數據的不停交互貫穿地鐵車站工程一體化協同設計的全過程，這些信息用參數化設計進行定義，并隨著用戶需求及環境的改變而實時更新，完全做到自動化設計[2]。

3）技術集成性

現代信息化技術是地鐵車站工程一體化協同設計中各活動、各專業的基礎，得益于各種信息技術的優勢，建筑信息數據的交互得以實現，最終達到智能化設計的目標。

2.2 BIM技術在建筑一體化協同設計中的優勢

建筑項目從開始到結束，過程中產生了大量的靜態數據以及三維模型數據、進度數據、成本管理等動態數據，BIM將這些數據集成到一個模型當中，而其本身的技術特點為項目的標準化協同奠定了基礎，使設計工作變得集成、協作。綜合地鐵工程的特點，BIM技術可以解決地鐵車站建筑工程中多單位、多專業、多方合作的痛點和難點。可以實現項目從設計、施工到運維全生命周期的信息共享，為整個項目一體化協同設計提供了更有效的技術手段。

3 基于BIM的一體化協同模式

3.1 內容一體化協同

內容一體化協同主要是指單個或單專業的模型創建協同，包括基于BIM的參數化設計、模型創建程序的自適應性、聯動性以及互操作性。地鐵車站建筑項目使用BIM技術進行內容一體化協同設計后可以實現設計的自動、智能。

1）基于三維對象的參數化建模

BIM作為各種建筑信息數據參數化集合的平臺，設計師在建模之前可以植入相關的建筑規范或者規則。例如，在自動生成建筑構件時，新生成的構件大小尺寸不合理，系統會實時報警并改正，保證構件的準確性。

2）不同應用程序間的交互性

在實施地鐵車站建筑工程項目時，不同軟件的程序互通和文件交互格式成為主要問題。當前BIM數據模型主要以IFC標準為基礎，各參與方為了更好地進行數據交換，必須采用統一的數據格式。IFC標準中明確了地鐵車站建筑項目中建筑物的所有組成部分，描述了建筑模型中的所有具體和抽象元素，為項目各參與者之間信息的共享和交換提供了基礎[3]。

內容一體化協同設計的組成主要有兩部分。

1）BIM建模自動化

BIM系統需要充足的數字化信息來支撐構件的創建、編輯和修改，目前常用BIM軟件自帶構件庫內容可以滿足一般項目的設計需求；在一些大型公建使用某些非標準或不常見的建材或者設備時，構件庫中的現有資源無法滿足設計需求時，設計師可以根據設備的外形參數和相關專業屬性自己創建全新的自定義建筑構件，這些自定義構件可以完美兼容融入完整的信息化模型。

2）多維模型的聯動

BIM模型由各專業帶有相關專業屬性數字化信息的構件組成，這些構件同時具有信息和幾何屬性，包括數據、參數或拓展信息。BIM的應用可描述為將三維信息擴展為多維信息模型的過程，通過這個過程可以對項目進行動態和虛擬分析、造價的核算、施工進度模擬、現場管理、安全管理等；隨著設計的變更，BIM信息化模型的數據實時的更改，多維BIM模型實時更新。例如，在二維工程圖紙上修改圖形數據，三維模型、工程量數據等信息會同時自動更新，這樣就大大提高設計效率與質量。

3.2 多專業協同設計的流程

在多專業協同設計流程中以BIM模型作為基礎，設計師在統一的標準和平臺下進行設計，各個專業的設計數據實時更新分享，同時BIM平臺還提供文檔的版本控制和交流溝通，模型和設計信息實時同步。在整個流程中實現多專業的無縫對接，打破時間、空間的界限，進行并行的設計，提高了整體的工作效率，減少設計環節的時間周期[4]。

在前期準備階段，主要流程是：

①建立模型、建立標準、模型交付標準；

②統一各專業項目參數，統一軸網和標高標準；

③建立各專業文件工作區，并劃分工作區域，設定人員權限。

在協同實施階段，主要流程是：

①各專業分別建立BIM模型，利用可視化特點及模擬分析程序對模型進行深化，形成各專業初步設計模型；

②將精確的各專業模型整合在一起，生成全專業模型；

③將全專業模型進行碰撞檢測，并對碰撞問題進行處理及優化，生成“零錯誤”的施工模型，指導生產及施工過程。

4 結語

綜上所述，基于BIM的地鐵車站建筑一體化協同設計，依托BIM技術的特點和數據平臺建設，成為當前解決我國地鐵車站建筑工程項目建設痛點和難點的有力抓手。雖然，BIM在地鐵車站建筑工程中的應用還處于初步階段，但通過主管部門、設計單位、施工單位、運營單位的多方努力，必將出現多方一體協作，并基于BIM等信息技術的創新工作流程和方法。參與地鐵車站建筑項目的各方，也要多層次、多角度去研究BIM技術，利用BIM技術，完善工程項目的全生命周期數字化模型，為促進智慧交通建設打下堅實的數據基礎。