BIM技術及在鐵路客站設計中的應用

哈日其嘎 周彥華

[摘? 要]：文章解釋了BIM的概念，分析了BIM技術的設計方法，總結歸納了BIM在施工和運維中的應用，并以蘭州西、重慶西站為例詳細分析了BIM在鐵路客站建設過程中的應用以及取得的效果。BIM技術經濟、高效、實用，契合鐵路工程建設可持續發展的戰略目標，對推動BIM技術在工程技術中的發展與應用具有重要的指導意義。

[關鍵詞]：BIM設計; BIM應用; 鐵路客站

U291.6+1A

隨著科技進步和信息時代的到來，建筑行業也發生著日新月異的變化，其中BIM技術的出現為提高建設水平提供了新的契機。BIM技術在建設中的使用解決了傳統二維設計中無法解決的復雜空間多元化設計難題，確保了項目的高品質順利實施，同時為后期建筑運維提供了數據保障。鐵路客站是個極為復雜的建筑系統，通過BIM技術的應用使建設與運維深度結合，建設過程更加科學，運維更加便利。

1 BIM的概念與設計

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型就是通過數字化技術在計算機中建立一座虛擬建筑，并包含建筑物所具有的真實信息。其應用貫穿于整個項目全生命周期的設計、施工和運營管理各個階段。

1.1 BIM的設計

BIM在不同設計階段和不同項目中的作用各不相同，以有利于提高設計質量和設計效率為目標而進行應用。

1.1.1 前期性能化設計

在設計的前期可以利用BIM進行的性能化設計包括：

（1）場地設計：場地高程設計一般較為復雜，建筑與場地BIM模型完成后，可直接一次系統性的檢查整體場地和建筑的匹配度、還可進行土方算量、挖填方平衡、豎向設計優化等。

（2）光環境模擬：根據太陽高度角對場地進行全天的日照模擬，為方案的總體布局提供依據（圖1）。

（3）風環境模擬：利用計算機流體動力學（CFD）方法，對建筑外環境中的風流動情況進行模擬，對建筑外環境中的風流動情況進行模擬（圖2）。

（4）疏散模擬：利用BIM可以模擬出人員疏散的時間，每個疏散出口所疏導的人數等。

（5）煙氣模擬：在BIM中通過計算模擬火災發生時煙氣的擴散速度與時間，對設計方案進行校對。

1.1.2 2D-3D的輔助設計

2D-3D的輔助設計是指整個設計還是通過傳統二維設計方式進行，繪制二維圖紙然后將其轉換成三維模型，再對已有二維設計進行校正的應用（圖3）。這種應用可以實現：

（1）碰撞檢測：目前90%的BIM應用是通過碰撞檢測功能發現設計中錯、漏、碰問題。

（2）管線綜合：相比二維管線，顯然三維直觀的管線系統更能反映真實的空間狀態，通過BIM三維模型，進行管線綜合，能夠真實反映空間凈高。

（3）工程量的統計：BIM設計模型可以直接提量，且當模型更新時明細表統計量同步自動更新，從而對傳統算量起到輔助驗證作用。

（4）VR/AR表達：通過掃描二維碼可以在手機終端或利用專業的VR設備對設計進行真實場景的體驗和模擬。

1.1.3 2.5D輔助設計

在一些復雜的項目中，整體比較規整但局部非常復雜，復雜部分傳統的二維圖紙已無法表達清楚，這時設計還是采用二維設計，但復雜部分可以用BIM直接進行三維設計，然后將三維模型導成二維圖紙出圖，這種BIM應用即為2.5D輔助設計（圖4）。

1.1.4 BIM三維設計

特別復雜的項目，用傳統二維設計無法表達或者效率極低的時候，比如迪士尼的城堡項目可以直接采用BIM進行正向設計，各專業都在三維模型上工作，最后直接三維出圖或者生成二維圖紙出圖，這對設計的準確性和設計效率非常有益（圖5、圖6）。

1.2 BIM在建筑工程中的應用

1.2.1 BIM在施工中的應用

BIM技術的出現除了可以提高設計質量和設計效率外，對施工階段也有著諸多的益處，主要體現在：

（1）4D模擬施工：4D施工模擬就是把三維模型加上時間概念，模擬施工現場情況，從而更加直觀對施工進度進行預判、控制，更加科學地進行施工組織與籌劃，節約社會資源。

（2）輔助鋼結構深化設計：將鋼結構深化模型導入BIM軟件，輔助檢查鋼結構深化模型是否與原設計意圖匹配。

（3）輔助幕墻深化設計：在BIM模型上進行幕墻安裝設計，進行幕墻構造空間驗證，使幕墻構件的加工更加準確，減少因加工后與現場的不匹配而引起的返工。

（4）機電安裝設計：根據精裝要求、現場安裝工序條件等，對機電模型進行深化設計，確保安裝可行。

（5）3D施工管理平臺：通過搭建可視化施工管理平臺實現對現場質量和安全工作的管理。 此外，BIM模型可以作為載體對現場質量問題進行管理，基于模型的質量問題記錄、問題銷項，是提高質量管理的有效手段。

（6）數字化、工廠化、預制化加工：將BIM模型中的構件導出，列出模型清單，在工廠中進行精準預制，從而提高復雜構件的制作和安裝精度。

鐵路與公路哈日其嘎， 周彥華： BIM技術及在鐵路客站設計中的應用

1.2.2 BIM在運維中應用

BIM運維是指一整套基于BIM技術開發的，以工作流程為基礎，對建筑的設備設施、空間、人員進行智能化多維管理的建筑管理工具。這些管理工具是以BIM模型為載體，關聯了資產、設施、設備、資料等信息，以圍繞運維階段的需要，采用了物聯網、異構體系集成、移動互聯、二維碼等應用技術，實現基于三維動態建筑數據的資產與設施設備管理。眾所周知，對于建筑項目來講，其生命周期主要分為早期的規劃設計階段、中期的施工階段及后期的營運維護管理階段。從建筑投入建設到后期持續運營的整體生命周期中（大于50年），建造費用占總投入的20%，后期運營費用占總投入的80%。傳統的建筑運維管理存在紙質文件資料過多、管理難度大、工單管理落后、溝通成本、人員流動性對管理的影響較大等問題。采用BIM運維后可以有效解決這些問題，極大提高運營管理效率和質量。BIM運維主要包括設備設施管理、能源管理、空間管理、智能化管理、資料管理和安全管理等模塊，主要應用體現在幾方面：

（1）設施及資產管理。設施資產管理基于運維管理平臺主要實現資產盤點、折舊管理、報表管理、設施維護提醒以及包括會務以及租賃管理等功能模塊集成，方便建筑全過程設施和工程資產的有效管理。

（2）運營信息集成。基于BIM技術的運維平臺，實現了運維信息集成化、可視化的功能，提高了物業管理信息化水平，通過用能統計、電能管理、用水管理、用氣管理、人流管理、安防管理等模塊的集成應用，更好地體現綠色建筑和智慧建筑的理念。

（3）設備運營維護。通過運維平臺可以對建筑各層設備進行三維可視化瀏覽，隨時調看設備的基礎參數信息、動態信息。也方便維保工單追蹤，對設備故障作出及時響應。在遇到設備故障時，可以自動報警并第一時間通知維保責任人及時處理。

（4）多終端操作。BIM運維平臺實現了數據集成，各子系統（樓宇自控、火災報警、安防監控、辦公自動化等系統模塊）相對獨立運行，用戶可在網頁端、IOS端、安卓端任意選擇登陸方式，自由查看相關的信息，也方便協調各子系統的相互合作關系，完成系統的聯動控制。

3 BIM在鐵路客站中的應用

3.1 BIM在蘭州西站設計中的應用

蘭州西站是全路第一座運用BIM設計的客站（圖7）。BIM技術在蘭州西項目中主要運用包括：

（1）運用BIM技術對蘭州西站高架候車廳進行疏散模擬，校對和確定疏散口位置和疏散寬度，以保證在緊急情況下旅客能夠安全疏散。

（2）通過光環境模擬檢驗和調整立面與屋頂的開窗面積、開啟方式，達到白天在不開燈的情況下候車廳有足夠的照度，以實現綠色節能的目標。

（3）對車站進行風環境模擬，設計出合理的建筑風環境，進一步指導建筑內的自然通風設計。

（4）在BIM模型中通過碰撞檢測協助，共計發現問題175處（其中建筑、結構專業問題55處，機電設備管線問題120處）并調整解決，提高了設計質量，減少了施工中返工、延誤工期等問題（圖8、圖9）。

（5）對于復雜部位進行剖切三維展示，便于參建各方更好理解圖紙，減少誤解。基于設計階段的BIM應用，將設計階段的BIM成果轉移到了施工階段，在施工階段也進行了BIM應用的嘗試，根據BIM模型進行站房施工模擬搭建，提前了解施工中可能碰到的返工、窩工等問題，提高施工效率，建設工期由24個月減少到18個月;BIM技術用于4D施工管理以控制工程進度，更加直觀表達施工情況。在設計和施工階段采用BIM技術的基礎上，也對BIM運維進行了嘗試，將設計建造過程中的各類數據加以收集處理并模型可視化，結合運營期間的相應數據，采用大數據管理的模式和方法，以期打造全數字化維護管理系統。由于缺少BIM全生命周期應用的前期策劃，施工階段設備信息錄入不全等原因，最后蘭州西站BIM運維的應用沒有達到預期效果。

3.2 BIM技術在重慶西站設計中的應用

重慶西站與蘭州西站屬于同時期的車站（圖10），設計時間稍晚于蘭州西站，在蘭州西站BIM運營經驗的基礎上，對重慶西站復雜部位進行了BIM設計，主要包含方面有：

（1）對復雜幕墻運用BIM技術進行找形和板塊分割。由于重慶西站立面有雙曲面，如何通過模數化的板塊實現造型，并在安裝中精準定位以達到設計效果是影響重慶西站成敗的重要因素，但通過傳統二維設計很難實現這一目標，而借助BIM技術進行三維找形和板塊分割就相對容易達到效果。

（2）在重慶西站預應力清水混凝土雨棚的設計中，使用BIM技術實現了雨水管及各種電線、信息管線的精準預埋，為實現清水混凝土雨棚的完美效果打下了堅實的基礎。基于設計階段的BIM應用，重慶西站在施工階段也應用BIM技術實現了部分4D現場施工管理、幕墻復雜構件及局部單元的工廠化、預制化建造，對重慶西站正立面效果和清水混凝土雨棚效果的呈現起了巨大作用。

4 結束語

本文由BIM技術的概念展開，分析了BIM的設計原理及BIM在建筑工程中的應用，重點論述了在蘭州西和重慶西站中BIM技術的使用情況BIM技術的研究和推廣應用，對我國建筑工程的發展與進步、提高工程質量與運維效率具有十分重要的意義，尤其是對功能復雜的建筑有十分重要的參考價值。

參考文獻

[1] 鄭健.鐵路旅客車站細部設計[M].北京：人民交通出版社， 2010： 13-20.