探討BIM技術在地鐵建筑設計中的應用

張娥娥

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

1 BIM技術的概念與發展現狀

BIM技術可通過計算機模型的繪制方法將所需的建筑方案錄入其中，建立更直觀的三維模型，便于技術人員對其進行評測修改及施工人員進行實操參考。BIM技術不僅在傳統的土建項目中有廣泛的應用，在許多新興類的項目中也能體現其優勢[1]。

2 BIM技術的優點

2.1 建模可視化強

在傳統的建筑模型設計過程中，主要依靠計算機進行二維圖紙的繪制，需要技術人員從三視圖的角度進行模擬衡量，再結合3DMAX軟件對其進行立體化處理，在模型的直觀性、可視性上存在一定的不足，特別是設計人員對外進行設計內容的溝通和展示過程中，由于專業性過強，很難有效地將二維圖形轉化為三維結構，導致溝通和展示效果難以達到預期。應用BIM系統，可從不同的角度觀察模型，還可以在不同情況下結合設定參數的差異模擬實際效果，特別是在機電線路的設計中，可開展更為靈活的測試來模擬驗證通電情況下的設備使用情況，更好地提升了驗證設計方案的可行性與便捷性，也逐漸替代了傳統的建筑設計軟件。

2.2 圖像協調性佳

在建筑工程實際施工時，需要將三維設計圖紙轉制輸出，使其能夠轉變為適合技術人員進行施工參考的矢量圖形。在BIM系統中，不同類型的設計圖紙在數據源上具有統一性，即在某一個圖層內進行數據的修正后可以實現自動保存與同步更新，減少了逐一修正處理的工作量，還可以利用系統中的報錯功能來驗證建筑工程中結構參數的正確性。因BIM系統當中的圖像輸出、修正等功能具有便捷性，所以技術人員在對業主進行匯報展示時的直觀性更強，且可以類比在不同設計數據和工程結構情況下的實際應用效果，對于優化建設方案具有更好的指導輔助作用。BIM系統中還包含了對項目設計使用建材、工程量與成本的初步核算，有效地將設計、投資結合在一起，更好地優化了項目開展的前期準備。

具體的應用優勢如圖1所示。

圖1 BIM技術應用優勢分析

3 地鐵建筑工程設計與建設的技術需求

目前在我國許多城市的地鐵工程將地鐵建筑工程設計規劃與BIM軟件系統結合應用，如2010年上海地鐵工程、2012年北京地鐵工程等。2015年國家住建部正式頒發了關于著力在國內打造信息化建筑工程模型應用的相關文件，為BIM系統的廣泛應用提供了政策支持。從地鐵建筑的實際規劃與應用來看，不僅涉及地鐵通行隧道等較為基礎的建設環節，還包含了地鐵車站、人行通道和機電管理等多方面的內容，特別是對一些地鐵的建設方案綜合性要求會更高。通過BIM系統可以進行三維化的模型應用演示，內部相關的力學結構設計也能夠嚴格按照工程建設標準進行輸出，為后續的施工建設提供了廣泛的參考，也更有利于建筑工程方案的優化調整[2]。

4 BIM技術在地鐵建筑中的應用

4.1 建筑三維設計

在進行地鐵工程設計與規劃的過程中，采用傳統的平面化布設方式很容易由于三視圖轉換不到位和立體空間差異的問題而導致一些設計弊端，特別是在施工階段與施工單位進行技術交底時需要輔以更多的配套說明才能確保設計方案的有效落實。

在BIM系統中，地鐵建筑的規劃和設計可以采用三維直觀的方式從不同的角度進行轉換，其中的透視設計更好地實現了不同建筑區域的有效結合，使地鐵建筑設計方案更具有可視化的特性。在三維立體圖像的展示過程當中，技術人員可以更加直觀地看到地鐵建筑內部布設的所有管線的分布情況，特別是對于一些在高程上存在分布差異的管道，若僅采用二維圖像的處理方式則會出現各專業管線交叉的問題，不利于展開后期的管線線路碰撞測試和安全評定。通過應用BIM系統進行設計與測試，可以更好地確定各專業管線的布設位置，進一步提升地鐵建設的安全性與運行的高效性。

4.2 結構參數設計

由于地鐵內的建筑設計包含的類型較多，不同工序中的建筑參數范圍會對后續的安裝建設等產生直接影響，必須重視對設計過程當中的結構參數記錄。在BIM系統中可以采用構建相關函數的方式使地鐵建筑的結構參數和不同的工序建設之間形成有效聯系，在進行方案調整時也可通過改變其中的因變量實現所有參數的共同調整，更好地規避了修改方案時遺漏的問題。利用BIM系統進行地鐵建筑結構參數的設計，可幫助設計人員對后續施工、安裝和材料選擇進行科學合理的判斷。如在地鐵車站的樓扶梯設計中，地面傾角、高差和長度等參數會共同決定臺階數量和電扶梯設備的選擇與安裝，只有通過更加詳細的參數記錄才能確保整個設計方案的科學性和嚴密性。BIM模擬圖如圖2所示。

圖2 BIM設計模擬圖

4.3 模型檢驗測試

地鐵工程建設較復雜，且在不同的工程結構中對于建設技術的要求也有一定的差異性，在進行BIM模型設計的過程中，必須要重視檢驗測試工作的開展，確保各個細節的參數設計統一、符合安全運行的要求。以地鐵車站建設為例，在進行車站設計的檢驗測試過程中，需要先從基礎結構方面開展，包括地基的承載性、車站自重、結構穩定性等，在測試時要注意矢量性的模型的相關處理，同時提前設置檢驗測試過程中的參數選項，避免因模型端口未釋放等問題造成結果的偏差。

4.4 用材明細輸出

在應用BIM系統進行地鐵的規劃設計時，可以直接根據設計內容拉取所使用的材料規格、數量和單價等信息，對于項目采購、成本核算、造價管理等方面的工作都有較強的參考意義。對于一些較為繁雜的地鐵建設項目，如既有地鐵項目規劃中，涉及的材料清單內容更加龐雜，單純采用人工整理的方式很容易出現遺漏和偏差。

在利用BIM系統進行拉取時要先選擇對應的工程結構，明確其構造要求后對建材清單進行科學的排序整理，橫向對比不同材料的尺寸規格、生產廠家、單價成本、使用數量等方面的信息。對于一些項目設計成本過高的情況，還可以對其進行標注，由技術人員重新進行修正核算，為后續的采購、施工等工作做好充足的資料準備，有利于減少材料人員整理核算的工作量。當設計方案當中的建設細節出現變更時，材料需求清單中的細節數字也會自動更新調整，節省了人工成本[3]。

4.5 項目協同設計

BIM系統可以實現多終端登錄和信息文件的共享，所有技術人員只需要通過個人賬號登錄后就可依據不同的權限查看最新的設計文件，而其中一方根據工作需要對方案進行了修整調解后也可進行同步更新并記錄具體的修改人員和修改情況，在提升項目設計信息溝通暢通性的同時，也能更好地理清在方案設計過程當中的修改情況和對應責任，并能夠保留不同的設計版本，以便進行橫向的對比和分析，確定最優方案。協同設計可以根據設計方向的差異將復雜的項目進行有效拆解，如土木結構、機電建設等，利用BIM系統中的中心文件管理特點進行信息的同步更新，使設計成果能夠高度集中，輔助設計人員快速掌握實際設計結果。

4.6 二維圖紙輸出

在地鐵工程的實際施工過程中，不僅需要有三維圖形的參考，在一些復雜的管道建設處還需要設計二維剖面圖，以便進行細化分析和實操建設。在BIM系統中可直接根據需要截取剖面的坐標位置，并輸出對應的二維圖紙，不需要技術人員重新繪制圖紙，可體現出BIM系統的智能化和便捷化的優勢。在設計方案的二維圖紙輸出過程中，BIM系統可以對局部細節進行放大和分析，如在地鐵站臺位置處會涉及人行通道、地鐵軌道交接等多層設計需求，在剖面繪制的過程中可對所需要的坐標處進行多次切割和拼接處理，繪制成局部區域的完整圖紙，更有利于施工人員對其進行參考和對比。BIM系統中所有的圖紙數據都采用了同步更新的方式，當某一維度的圖紙出現了參數變更時，可以同時聯系二維圖紙和三維模型共同進行調整，進一步發揮模型設計的優勢性[4]。

4.7 開展全面設計

在地鐵工程的設計規劃過程中，需要考慮到建設地的周邊建筑、地下管線等方面的影響，對其開展更全面的規劃設計。技術人員可以先在BIM系統中錄入該區域的地下管網模型數據，以立體化的信息對地鐵可供建設的范圍進行有效確定，可以避免在后續施工過程中出現管道挖損問題。

在不同的城市區域規劃地鐵車站的位置時，需要將客流量、交通便利性、地理環境等多方面的因素共同納入考慮范圍中，BIM系統可幫助技術人員更加全面地分析，并提供可供建設的參考點，減少了設計人員的工作量。合理的地鐵站位設置，不僅有利于吸引客流，更符合地下空間的高效開發建設需求，確保了設計思路的科學性。

在BIM系統中，可把模擬化的建筑信息轉變為更加直觀的數據參數，這對核對信息的一致性帶來了極大的便利性，避免了在不同的設計圖層中由于數據偏差而引發的漏洞問題。

4.8 施工動態管理

BIM系統能夠根據設計方案自動計算總工程建設量，并結合甲方要求的建設周期對其進行科學劃分生成每日工作要點，充分考慮了不同工序項目開展之間的協調性和高效性。管理人員可根據每日的實際建設過程在BIM系統中錄入相應的工程量，系統可根據剩余工程量和時間對其進行動態化的調節，在確保設計方案中各項需求有效落實的同時，也可更好地避免項目超期和延誤交付的問題，將地鐵工程的建設與規劃有機結合，保障地鐵工程的項目質量。

BIM技術在地鐵建筑中的應用如圖3所示。

圖3 BIM技術在地鐵建筑中的應用

5 結語

在地鐵建筑工程的設計規劃過程中，必須要考慮其實際運載和使用過程中的需求性，通過BIM系統創建工程模型和設計建筑三維圖對地鐵建筑工程的實況進行有效模擬，確保了設計工作的全面性與科學性。在結構參數調整過程中，技術人員可以通過BIM系統對不同的工序環節之間進行協同設計，確保在某一結構參數進行調整的過程當中，其他相關的環節不會出現遺漏，更好地為后續工程動態管理和二維圖紙輸出提供重要的設計參考。