基于BIM技術的地鐵車站照度分析應用

趙文祥

（中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，浙江 杭州310000）

地鐵照明系統是維持地鐵正常運行的重要組成部分，也是地鐵系統耗能巨大的部分之一，如何選取合適的燈具并合理布置燈具，從而在滿足照明規范的前提下，提高燈具照明效率，減少照明用電量，有效降低照明系統能耗一直是地鐵照明設計的難點之一。[1]BIM技術擁有參數化、可視化等特點，基于BIM模型的照度分析可精準得出建筑物內特定區域的照度值。本文針對某地鐵站BIM建模后，對初始照明設備布置方案進行照度仿真分析，進而對初始方案優化得出最佳照明布置方案。

1 BIM軟件及照度仿真軟件

1.1 Ecotect Analysis仿真軟件

本次照度分析采用的Ecotect Analysis仿真軟件，主要負責針對地鐵站房的普通照明燈具、應急疏散照明燈具和應急標識布置方案，進行照度優化分析。Ecotect Analysis是Autodesk公司研發的一款全面分析建筑熱環境、光環境、聲環境的計算機模擬分析軟件，它采用有限差分法，利用網格將分析所在平面根據用戶需要分割成多個分析單元，對每一節點進行分析。[2]

Ecotect可以進行人工，自然光照明計算，并以三維圖表輸出采光系數、照度等數據。Ecotect為設計者提供了三維視覺的交互式信息反饋，除了標準化的圖表信息報告，分析結果還能直接在建筑表面和空間上顯示出來，使得建筑師能夠了解并展現出建筑實際運行性能。

1.2 基于BIM和Ecotect軟件結合的模型建立

BIM建模軟件采用的是Revit。Revit是Autodesk公司一套系列軟件的名稱，可幫助建筑設計師設計、建造和維護質量更好、能效更高的建筑。Revit是我國建筑業BIM體系中使用最廣泛的軟件之一，與Ecotect之間提供了很好的數據接口，便于數據的導入導出。

地鐵站照明分為：車站站廳、車站站臺、出入口通道、樓梯和辦公室，本文主要針對地鐵車站站廳及站臺區域照明情況進行分析優化。

2 地鐵車站普通照明仿真過程及優化

2.1 初始方案評估

（1）平面布置與設施布局

某地鐵站由地下兩層組成，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，站臺設兩組電扶梯和一組樓梯至站廳層，并設一部升降電梯站臺層，通過Revit建立簡化車站模型如圖1、圖2所示。

站臺層公共區長115.868m，寬10.476m，高4.65m，站廳層公共區長79.7m，寬19.55m，高5.2m。初始燈具布置，如圖3、圖4所示。

（2）仿真模擬過程

在Revit中建立車站簡化BIM模型，導入Ecotect軟件進行人工照明照度有限元仿真分析。建模過程中，我們分別以站廳層和站臺層乘客區域作為計算區域，應用方案初始的燈具布置方案及燈具參數，分析站廳層和站臺層的照度是否滿足設計要求，如不滿足要求，則對初始方案進行相應的優化。

對于建筑室內照明來說，其包含有自然采光和人工照明，通常人們把物體表面所得到的光通量與這個物體表面積的比值稱作照度E，單位為lx（勒克斯）。[3]

圖1 站廳層

圖2 站臺層

圖3 站臺層公共區燈具布置平面圖

圖4 站廳層公共區燈具布置平面圖

根據城市軌道交通照明的國家標準《GB/T 16275-2008城市軌道交通照明》，站臺層和站廳層各位置的照度要求見表1。

表1 城市軌道交通各類場所正常照明的標準值

2.2 BIM模型設置

如圖5、圖6所示。

圖5 站臺層燈具布置Ecotect圖

圖6 站廳層燈具布置Ecotect圖

初始燈具參數見表2所示。

表2 初始燈具參數

根據初始燈具參數，對不同燈具建立了燈具BIM模型，并設置初始燈具參數模型，如圖7所示。

（1）原方案站臺層照度仿真結果

如圖8、圖9所示。根據國標要求，站臺層標準照度值為150lx，初始方案中平均照度為98.6lx，低于標準值，且有些區域照度分布不均勻，需要進行優化。

（2）原方案站廳層照度仿真結果

從圖10、圖11可以看出，站廳層的立柱區域照度較高且不均勻，整體平均照度為133.1lx，不滿足標準，需要進行優化。

2.3 優化分析

根據仿真結果，我們對站臺層和站廳層的燈具布置及燈具選型進行了一定的優化，首先針對站臺的燈具布置，我們擬采用的布置方案如圖12、圖13所示，紅色的LED面板燈為我們優化后的布置。

因為站廳層和站臺層整體照度達不到標準，對燈具的型號與參數進行相應的更改，優化后的各燈具的參數見表3所示。

優化后的站臺層照度分布，如圖14、圖15所示。

優化后站臺層平均照度達到150.96lx，滿足標準，且照度分布較均勻。

優化后的站廳層照度分布，如圖16、圖17所示。

優化后站廳層平均照度達到211lx，去掉墻體與立柱區域，照度滿足標準，且照度分布較均勻，在售票區域的照度達到300lx，滿足標準。

3 結束語

圖7 各類型燈具BIM模型

圖8 站臺層照度平面圖

圖9 站臺層照度三維圖

圖10 站廳層照度

圖11 站廳層照度三維圖

圖12 站臺層優化燈具布置

圖13 站廳層優化燈具布置

圖14 優化后的站臺層照度平面圖

圖15 優化后的站臺層三維照度圖

通過建立BIM模型進行分析及仿真，將三維參數化燈具族布置在具有空間信息的房間內，這樣可以更接近真實情況，反映當前照明設計的效果。[4]

結合BIM的照度分析減少了原始模型的創建時間，并可以通過在BIM軟件中實時調整燈具的照明參數，更加快捷地展現照度分析結果并進行優化，從而給廣大乘客提供舒適的照明環境，使照明具有人性化；大幅度提高照明效果的同時，還可以節省大量的能耗費用。

圖16 優化后的站廳層照度平面圖

表3 優化燈具參數

圖17 優化后的站廳層三維照度圖