BIM與GIS融合在軌道交通附屬一體化方案設計中的應用

陳法仲 盧海朝 胡今強

（1.常州市軌道交通發展有限公司 江蘇常州 213001；2.中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

隨著城市軌道交通的快速發展，越來越多的線路及地下車站對城市景觀及環境影響越來越大［1］，BIM與GIS的融合可直觀地發現線路及地下車站與周邊環境的關系［2］。BIM可通過模型體現車站及區間設計的精確尺寸、標高及占位信息，能夠精確模擬出建設完成后的車站及車站附屬情況［3］。GIS通過獲取地理信息還原現狀場景情況，展現車站周邊的大場景，能夠直觀了解車站附屬建設條件［4］。將BIM與GIS集成至同一個平臺中，是實現地下車站附屬工程一體化設計一種非常有效的技術方法。我國相關標準及文章針對BIM與GIS融合在城市軌道交通附屬一體化設計中的應用論述較少。本文分析了將BIM與GIS技術融合，在GIS可視化交互平臺中可實現出入口、風亭、冷卻塔等與地面商業街一體化方案應用，使設計方案不僅滿足相關規范要求且更為合理。

2 地下車站及周邊建構筑物模型

城市軌道交通工程是在城市中修建的快速且大運量的交通工程［5］。地下車站的風亭、出入口、冷卻塔等附屬建筑物及地面設備應充分考慮對環境景觀的影響［6］，實現地下車站的附屬建筑物、地面設備與周邊建構筑物一體化設計。在BIM-GIS交互平臺中，為實現該一體化應用，地下車站及周邊建構筑物需有合理的建模要求。

2.1 地下車站

采用Autodesk Revit軟件建立地下車站的BIM模型［7］，為實現一體化設計應用，需要進行模型的拆分［8］。模型拆分按照專業、區域等基本要素［9］，附屬工程一體化設計的模型主要為建筑、結構、通風空調共三個專業的模型［10］，具體建模原則見表1。

表1 地下車站三個專業建模

2.2 周邊建構筑物

地鐵沿線建構筑物范圍邊界以車站、區間、車輛段停車場外輪廓邊界外50～100 m范圍及設計特殊要求的范圍。采用3ds Max等平臺搭建周邊建構筑物模型［11］，集成到BIM-GIS可視化交互平臺中，規劃控制線等在BIM-GIS可視化交互平臺中集成［12］，周邊建構筑物建模拆分見表2。

表2 周邊建構筑物建模

3 車站附屬一體化設計相關標準

《地鐵設計規范》（GB 50157—2013）針對地鐵車站風亭的防火設計有相關規定，其中風亭間距應符合以下規定：

（1）當采用側面開設風口的風亭時，進風、排風、活塞風口部之間的水平凈距不應小于5 m，且進風與排風、進風與活塞風口部應錯開方向布置或排風、活塞風口部高于進風口部5 m。

（2）當采用側面開設風口的風亭時，進風與排風、進風與活塞風亭口部之間的水平凈距不應小于10 m；活塞風亭口部之間、活塞風亭與排風亭口部之間水平間距不應小于5 m。

《地鐵設計防火標準》（GB 51298—2018）針對地鐵車站安全通道出入口的防火設計有相關規定，其中消防專用通道出入口的間距應符合以下規定：

排風井、活塞風井與消防專用通道出入口之間不應小于5 m。

4 附屬工程一體化應用案例分析

4.1 車站概況

常州市軌道交通1號線一期工程文化宮站為1號線與2號線的換乘站，采用“T”字換乘，位于常州市商業、金融中心的和平北路、延陵西路交叉口，1號線文化宮站位于和平北路下南北向設置，2號線文化宮站位于延陵西路下東西向設置。1號線文化宮站為14 m島式站臺地下三層車站，共設3個出入口和4個風亭，其中2號出入口及2號、3號、4號風亭位于開發地塊內。2號線文化宮站為14 m島式站臺地下二層車站，共設置9個出入口、4組風亭，1號線與2號線車站同期實施。車站總平面布置見圖1。

圖1 車站總平面圖

4.2 地下車站及周邊建構筑物建模

以2號出入口和6號安全口及相關風亭、冷卻塔為例，將BIM與GIS技術融合實現車站附屬工程一體化設計應用，其相關的地下車站及周邊建構筑物建模見表3。

表3 地下車站及周邊建構筑物建模

4.3 2號出入口一體化設計

（1）2號出入口處冷卻塔的優化

將2號出入口處車站附屬BIM模型導入BIMGIS可視化交互平臺后，發現冷卻塔和商業走廊統一采用玻璃幕墻圍擋，雖然保證了美觀性，但玻璃幕墻封堵嚴密，不利于冷卻塔排風，影響冷卻塔功能；且冷卻塔與商業走廊之間未設置隔墻，冷卻塔工作時排風及產生的噪聲影響到商業走廊，且行人可進入冷卻塔范圍內，無法保障行人的安全，也對冷卻塔的維護造成不利影響。

在GIS平臺中將方案優化，將冷卻塔周邊圍擋改為欄桿，保證通風，且在冷卻塔和商業走廊之間設置隔墻，優化前和優化后的冷卻塔方案見圖2。

圖2 優化冷卻塔方案

（2）3號風亭組的優化

將3號風亭組BIM模型導入BIM-GIS可視化交互平臺后發現設計存在問題：3號風亭組的新風百葉設計在商業走廊內，無法引進新風；排風百葉直接朝向居民區，對環評不利。

3號風亭組的BIM模型導入BIMGIS可視化交互平臺后，調整該處風亭百葉出風方案，活塞風孔面積由25 m2減至24 m2，將朝街的新風及活塞風百葉設置在東側，排風百葉頂出，新風與活塞風百葉間距為10 m，排風與活塞風百葉間距為5 m，優化前和優化后的3號風亭組方案見圖3。

圖3 3號風亭組優化方案

（3）1號風亭組的優化

將1號風亭組BIM模型導入BIM-GIS可視化交互平臺后發現設計存在問題：1號風亭組新風、排風、活塞風等百葉均設計在風亭同一側，與地面一體化商業結合后，間距不滿足規范要求。

與BIM-GIS可視化交互平臺中商業進行一體化考慮后優化1號風亭組的設計方案。優化方案將3處風亭百葉分別設置在除商業走廊外的3個側面，保證不同功能百葉間距滿足要求。新風與活塞風百葉、排風間距分別為10 m，排風與活塞風百葉間距為5 m，優化前和優化后的1號風亭組方案見圖4。

圖4 1號風亭組優化方案

4.4 6號安全口一體化設計

將4號風亭組BIM模型導入BIM-GIS可視化交互平臺后發現設計存在問題：新排風亭、6號安全口與冷卻塔整體布置較零散，風亭、安全口與冷卻塔之間間距較大，故占地面積較大，且新風孔與活塞孔間距不滿足規范要求。

利用BIM-GIS可視化交互平臺整合地面風亭，調整風亭位置減少占地范圍，新風井分兩個孔分別設置在兩面墻，使滿足距離要求，并將6號安全口門調整為側開，盡量拉開與排風亭出風百葉的間距。優化前和優化后的6號安全口方案見圖5、圖6。

圖5 6號安全口優化方案

圖6 6號安全口占地范圍優化

4.5 BIM-GIS可視化交互平臺的一體化設計效果

2號出入口一體化、6號安全口一體化設計中的地下車站出入口、風亭、冷卻塔及周邊建構筑物模型導入在BIM-GIS可視化交互平臺中，實現上述設計方案優化。2號出入口、6號安全口、冷卻塔及相關風亭的BIM模型與BIM-GIS平臺融合，實現文化宮站附屬工程一體化應用設計效果，見圖7、圖8。

圖7 2號出入口一體化設計效果

圖8 6號安全口一體化設計效果

圖7可見，設計階段中地下車站BIM模型和周邊建構筑物三維地理信息模型進入BIM-GIS可視化交互平臺后，真實展示出了地下車站出地面附屬建筑對周邊城市景觀的影響，設計不合理的細節問題得到逐一排查。使冷卻塔、風亭組、出入口與商業街完美地實現一體化設計。對2號出入口、3號風亭組及1號風亭組與商業街進行整體性考慮，綜合設計，形成單體建筑，和諧互融。同時對各風亭之間間距不滿足規范要求的進行優化設計，使其滿足地鐵設計相關規范。兩者的融合真實地反映出了對地鐵周邊居民區的影響，達到了對城市景觀的優化。

圖8可見，車站附屬模型在與周邊場景融合之后，可清晰地反映出各地面附屬單體在周邊環境中的布置情況，可清楚地分析其布置合理性。對4號風亭組與周邊環境結合進行整體考慮，在滿足風亭之間間距要求的前提下，整合地面風亭，減少占地，優化了設計方案，減少了對周邊環境景觀的影響。

5 結束語

地下車站附屬工程一體化設計采用BIM與GIS融合技術，對各出入口、風亭、冷卻塔與商業街等周邊建構筑物整體能非常有效地優化。本次結合文化宮站模型進入BIM-GIS可視化交互平臺中的實例，提出一體化設計方案，取得以下成效：

（1）地下車站BIM模型由建筑、結構、通風空調專業根據設計圖紙進行搭建，可模擬車站建成情況，體現車站規模及各出地面附屬設施布置，為一體化設計提供模型基礎。

（2）周邊建構筑物采用3ds Max進行模型創建，獲取地理信息進入BIM-GIS可視化交互平臺，重現車站周邊真實環境布置，為一體化設計提供環境基礎。

（3）將車站模型與周邊建構筑物模型集成至BIM-GIS可視化交互平臺，實現了地下車站附屬工程（出入口、風亭）、地面設備（冷卻塔）與車站區域地面建筑（商業街）的一體化設計，優化設計方案，減小了對城市景觀及環境的影響。

（4）對風亭、出入口、商業街整體考慮地面設計方案，優化位置及間距，冷卻塔布置與商業街、周邊建筑相結合，優化布置及商業街的外立面造型。

（5）對不同功能要求的風亭、冷卻塔在BIM-GIS可視化交互平臺中整體考慮，優化出風百葉、進風百葉的位置，與冷卻塔結合在一起，滿足規范間距要求，且優化減少永久占地面積。