BIM技術在武漢市軌道交通12號線雙墩站初步設計階段中的應用

羅 偉 水 濱

(長江勘測規劃設計研究院有限責任公司，武漢 430014)

1 工程概況

武漢市軌道交通12號線作為武漢市遠景軌道交通線網“環+放射”骨架結構中的重要一環[1]。繞行三鎮，將兩穿長江，一穿漢水，成為武漢的首條環線地鐵，是促進主城發展和推動城市功能完善的重要交通戰略性工程，武漢軌道交通12號線目前正在開展初步設計。

雙墩站為地下三層14m雙柱島式車站，車站主體位于建設大道和漢西路交叉路口東側，與既有3號線雙墩站換乘，沿漢西路南北向呈一字型布置。

車站共設置3個出入口、3組風亭、2個安全出口(兼消防救援)，出入口分別設于漢西路東西兩側，風亭設于車站東側綠化內。

2 應用價值

伴隨著城市化進程，城市軌道交通因其運量大、綠色節能、快速高效的特性，成為緩解城市公共交通壓力的重要手段。城市軌道交通具有涉及專業眾多； 參與方較多，項目復雜程度高，建設周期長； 投資數額較大，資金管理難度大； 收益周期較長； 建設限制性因素較多； 工期要求嚴格的特點[2]。

采用傳統技術及管理手段進行設計時，由于各專業溝通不暢，造成信息不對稱； 為后期的實施留下諸多隱患[3]。尤其在初步設計階段，各個專業之間基于自身需求進行設計作業，導致方案協調不到位，出現各種矛盾，進而導致工期延誤，成本增加，甚至工程的質量問題。如何將所有信息進行融合后再設計，將城市地面信息、地下空間信息、地質地貌信息與城市發展規劃信息相結合，進行綜合考量，成為初步設計階段制約設計成果質量及后續優化施工圖設計的關鍵。為了保證工程建設的成本、時間、質量要求，亟需新型技術及管理措施來推動生產方式的變革。

BIM是一種用于指導項目建設運營全過程的信息系統，此概念的雛形為1975年美國喬治亞理工大學的查克·伊士曼提出的建筑描述系統(Building Description System，BDS)[4-7]。通過信息及數據與模型的融合，實現數字孿生的可視化功能； 同時利用數據與模型可分離的特性，可將數據復用于性能分析，進而進行設計優化及建筑物建設運營管理。

在雙墩站的初步設計階段中，利用城市數字沙盤進行模擬分析，優化站位及出入口布置，提升車站服務水平； 利用模型可視化及信息化特性，預見建設及運營階段的問題，對設計方案進行及時優化調整。對于設計企業，通過應用BIM技術可以大幅提升工作效率，避免返工與大量機械化作業； 對于業主，通過應用BIM技術，可以在初步設計階段即對方案整體進行科學有效的把控，同時對工程造價和實施難點有前瞻性規劃，對后期項目的落地實施提供有效保障。

3 BIM技術應用

3.1 方案比選

城市軌道交通站點周邊限制條件眾多，既要滿足規劃退距要求，還要考慮重要建筑設施、地下工程、管線及文物等防護要求。傳統的二維設計通常難以綜合考慮多種限制性因素，利用BIM技術，實現城市軌道交通規劃信息與城市整體規劃信息的整合。利用城市數字沙盤，在將自然條件、社會經濟條件等宏觀因素納入整體信息平臺中，整合線路及站點周邊的客流、用地、及建設條件，以數據對設計方案進行客觀評價，避免考慮不全面造成的設計返工。將建筑物與周邊重要設施的退距要求寫入模型中，結合Revit構建的城市沙盤，形成方案熱力圖。其中，紅色代表“禁止建設范圍”，橙色代表“Ⅰ級風險源范圍”，黃色代表“Ⅱ級風險源范圍”，綠色代表“Ⅲ/Ⅳ級風險源范圍”。通過基于C#語言的二次開發進行計算機語言與模型的交互，為線站位的選擇提供直觀明確的依據。

圖1 場地風險等級判別

3.2 可視化設計

傳統CAD設計過程中，設計人員使用平面圖、立面圖、剖面圖表達和展現設計成果，這種方式造成信息割裂，圖紙成果的一致性難以保證。軌道交通工程具有空間復雜，設計專業眾多的特點，BIM技術的可視化特點為設計人員提供了直觀的設計平臺，方便設計人員發現一些設計不合理及存在隱患的地方，提升設計質量。同時三維可視化的設計成果也是溝通的有效媒介，可以快速準確地解決各專業之間的協調溝通問題。

在雙墩站的初步設計過程中，利用Revit構建圍護結構及主體結構的土建三維模型，并對后期裝修效果中的燈帶、龍骨、標識標牌及主要設施等進行布置，做到“所建即所得”[8]，方便業主在初步設計階段即對后期實施效果有直觀的認識，對未來設計成果的認識也由二維圖紙向虛擬的三維空間轉換。

圖2 雙墩站模型

3.3 三維結構計算

雙墩站作為地下三層換乘車站，車站埋深約30m，屬于重大風險源工程，其換乘通道及盾構井部位屬于復雜結構節點，利用傳統二維計算，難以保證結果質量。利用Midas-Gen，構建三維有限元模型，綜合考慮結構與地下環境的綜合作用，為結構設計提供準確的依據。

圖3 室內裝修模型

圖4 三維有限元計算模型

3.4 碰撞檢查

地鐵車站涉及風、水、電等多專業，管線種類多，空間位置交錯復雜[9]，BIM技術的可視化及數據分析特性為快速尋找專業內及專業間的碰撞問題提供了可能。土建專業的碰撞問題主要為“軟碰撞”，即凈空不足問題； 管線專業內部及與土建專業的碰撞問題多因實施先后順序或專業間溝通不暢導致的“硬碰撞”，即空間關系重疊問題。在雙墩站的實踐應用中，利用Naviswork進行土建模型與機電模型的成果整合，對不同專業模塊設置個性化碰撞檢查標準，并自動進行碰撞檢查。通過規范化的提資格式及三維的問題截圖，有利于專業間的快速溝通。

3.5 工程量統計

BIM技術能夠將構件信息、三維立體模型、施工流程等系統整合，對工程量的編制和成本管理有著重要的意義[10-11]。在利用Revit進行設計過程中，將自動生成相關構件的性能、面積、體積等信息。在建模過程中，規范各類結構構件的種類屬性及材料信息。通過Revit的明細表功能，實現工程量的自動統計及實時更新。在實施過程中，通過對族名稱、材質等特性進行分類，可以方便快速分類統計工程量。同時Revit中的明細表統計工具可以用于建筑面積、圖紙目錄、防火分區、房間面積等多重信息，節省了大量設計中簡單的數據統計工作量。

圖5 碰撞檢查報告

圖6 工程量統計表

圖7 Revit出圖樣板

3.6 自動出圖

利用Revit中的圖紙工具，可對圖框樣式、圖幅、視圖位置、圖紙比例及顯示樣式等進行自定義，滿足圖審及后期施工要求。當模型改變時，所有相關圖紙會聯動更改，大幅提高了工作效率。同時僅需對圖紙剖切即可自動關聯圖紙，節省了大量工時。但目前由于缺少三維出圖的相關規范，軟件自身的設置又難以滿足傳統制圖規范要求，因此后續需要進行相關二次開發來適應圖審需求。

4 結論

BIM技術在城市軌道交通初步設計階段的應用，主要以優化方案布置和提升設計效率為主。初步設計的成果是后期建設的重要環節，利用BIM技術的信息化、可視化特點，易于方案比選，且可以有效規避很有傳統二維作業模式下功能要求考慮不足的情況。利用模型進行的工程量統計可以得到準確的工程量數據，大幅減少了造價人員的計量工作。圖紙與模型的聯動，實現了批量出圖，提升了設計人員的工作效率[8]。

但目前由于缺少相關出圖及交付規范，BIM設計只能用于方案推敲及優化，而難以一次性形成圖審文件。未來配合相應的二次開發工具，有望推動BIM技術在軌道交通設計領域的大面積推廣應用。