BIM正向設計及應用
——以青藏線西寧至格爾木提質工程德令哈站站房項目為例

王濱

中鐵第一勘察設計院集團蘭州鐵道設計院有限公司 甘肅 蘭州 730000

1 工程概況

本項目以正向設計為設計理念，通過BIM設計團隊與專業設計人員一對一的模式，共同開展全專業、全流程的BIM正向設計。本次設計分為新建站房和既有站房改造兩部分，新建站房中間為單層，設置進站大廳、商務候車區、綜合服務中心、客服用房，兩側為二層，設置出站廳、行包用房與車站管理用房及設備機房等[1]。既有站房調整旅客衛生間布局，原售票廳改為商務候車區，原二層部分車站管理用房改為商務候車室。車站站場總規模為2臺7線，建筑面積10878.9m2，設計上追求形體與自然環境的和諧統一，在滿足使用功能的同時又兼顧經濟與美觀。

2 BlM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

BIM中心明確BIM應用目標：基于三維可視化的BIM正向設計，可以全面控制設計效果 ，有效提高專業配合質量，BIM模型的二三維數模聯動，可以解決“圖模不一致”的問題，并實現計算可視化，提高設計的附加值。

2.2 BIM團隊組織架構

本項目由建設單位西寧站改造工程建設指揮部負責項目協調，中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所提供第三方BIM咨詢，鐵一院總工辦牽頭針對本工程的特點及需求迅速組建BIM項目部，BIM工程師職責分工清晰明確。

2.3 BIM軟硬件配置

圖1 BlM軟件技術路線

本項目應用的軟件以Revit為主，輔助盈建科，鴻業、斯維爾等BIM應用軟件以及定制開發的BIM項目協同管理平臺開展正向協同設計。

3 BlM正向設計實施

3.1 建筑專業BIM正向設計

通過BIM模型完成前期方案比選，從外觀造型、材質、功能用途等多方面、多角度對比確定設計方案；利用斯維爾、鴻業等軟件完成節能、消防設計；通過插件的一鍵平面、一鍵立面、剖面圖、樓梯平面詳圖、衛生間詳圖等命令對BIM模型快速進行標注，實現建筑設計方案更直觀。

3.2 結構專業BIM正向設計

利用YJK for Revit軟件計算完進行活載、恒載導算，模型同步到工作集；自動出柱、梁、板、基礎施工圖，導出上部結構計算書、下部結構計算書；實時動態生成三維鋼筋數據來進行三維設技術交底。

3.3 給排水專業BIM正向設計

利用BIM軟件布置衛??；確定給水立管（冷水、熱水給水）的位置，立管不得穿梁、柱，立管的位置應根據房間功能，盡量設置在用水房間內或靠近用水房間；然后進行排水立管位置的確定，布置室內排水主管道（公共衛生間、公共盥洗室的排水形式采用異層排水）；定義好衛浴后，利用軟件進行給水以及排水自動設計[2]。利用鴻業的給水、排水計算功能，生成給水以及排水水力計算書，根據出具的給水計算書、排水計算書，計算好管徑以后賦回BIM模型中。

3.4 暖通專業BIM正向設計

在暖通專業的BIM正向設計工作中，熱負荷計算是最為核心的一部分內容。利用BIM熱負荷計算，選擇房間性質及熱負荷類型，批量修改房間采暖設計溫度；計算結果導回Revit中自動布置散熱器；使用一鍵標注命令快速出具采暖平面圖和系統圖來指導現場施工。

3.5 電氣專業BIM正向設計

利用BIM軟件進行照明標準管理，照明標記及照度計算；根據計算結果自動布燈，并出具照度計算書；利用快速標注出照明平面圖、電氣平面圖、消防應急與疏散照明平面圖、防雷平面圖、綜合布線圖來指導現場施工。

4 BlM模型應用

利用BIM技術，綜合考慮結構實際標高，機電設備施工方案等情況下，利用BIM技術可視化和碰撞檢查功能，及時發現構件之間的碰撞，生成碰撞報告。事前對設計錯誤進行預警并修正，避免返工，材料浪費，做到節約環保，綠色施工。根據碰撞報告，由建筑專業負責人組織結構、給排水、暖通、電氣負責人召開BIM協調會，制定調整方案，綜合考慮施工規范和施工工序，結合施工預留空間、支吊架設計等施工需求進行管線綜合優化，達到最合理的綜合排布效果和支吊架綜合利用。在完成綜合排布的樓層內，真人模擬查看管線凈高和綜合排布，也可查看各個管線的詳細信息，對比管線排布后建筑物的凈高與裝飾吊頂是否有沖突，將凈高不符合要求的地方，形成凈高分析報告反饋給各專業設計人進行模型的修改。

5 BlM創新應用

5.1 室外風環境模擬

將BIM模型導入建筑性能分析平臺，進行模型分析，建筑BIM設計師可以調整建筑群朝向、間距、形狀和綠化景觀布局等，優化建筑群自然通風效果，通過不同方向的風速計算得出成果來反饋給設計人員來確定建筑的外立面和建筑方位，輸出模擬報告書進行綠建評價[3]。通過對模型進行室外通風模擬分析分析，高度在Z=1.5m，建筑物外風速在0.00m/s到1.5m/s之間，小于5m/s，不會影響人的室外正常活動，無風區域很少，有利于污染物的擴散。

5.2 室內自然通風模擬

通過對模型進行分析，建筑物室內風速在0.00m/s到1.91m/s之間，平均風速為1.8m/s，室內空氣流動合理，沒有出現不流動的區域，旋渦較少，通風效果良好。

方案一：男女衛生間采用隔墻分開，使用的門為M1021，衛生間空間狹小，通風效果差。

方案二：將檢補票間移除，男女衛生間采用門洞的方式進出，采用隔墻分開，衛生器具并排放置，衛生間空間充足，通風效果良好。

通過對衛生間門窗位置及開口大小進行調整，計算導出衛生間自然通風模擬分析報告，最終確定第二種設計方案為最優方案。

5.3 采光分析模擬

依據《建筑采光設計標準》（GB50033-2013)，車站前外立面為幕墻，出站后方外立面為混凝土墻，分析室內自然光臨界照度（lx）值得出車站進站大廳采光效果優于候車廳采光效果。

方案一：夾層男衛生間窗戶為C1221。

方案二：夾層男衛生間窗戶為C1521，同時在右側增加從一層至夾層的樓梯。

BIM設計人員對夾層的房間開窗面積和樓梯布置進行兩種不同設計方案的采光分析對比，輸出采光模擬分析報告，最終確定第二種設計方案為最優方案。

5.4 負荷能耗分析

通過對模型進行負荷計算模擬分析，得出全年的逐時負荷，可以清晰地看出任何時間建筑物的能耗負荷，可以為建筑外圍護結構的調整做對比分析參數，合理布置空調系統，節能減排，推動綠色建筑設計。

通過對建筑物全年的負荷能耗分析：

方案一：屋頂為兩側為鋼結構網架屋頂，室外空調機環網架布置。

方案二：屋頂兩側采用混凝土屋頂，室外空調機及通風風管根據下層房間分布布置，降低空調系統能耗消耗。

方案二中的室外空調機布置方案及通風風管排布方案更優于方案一，選擇方案二。

6 結束語

青藏鐵路西寧至格爾木段提質工程德令哈站站房項目BIM正向設計是BIM中心積極探索房建類項目全專業、全流程BIM正向設計模式的應用典范，通過BIM設計與專業設計團隊的深度融合，改善了傳統設計分散低效的配合單模式，再結合BIM項目管理平臺將設計生產的所有信息以共享構件模型為數據入口進行結構化歸集，充分梳理各設計專業間的邏輯關聯和配合時序，整合針對工程計算、系統設計、工程量提取及施工圖生成等關鍵環節的應用軟件，開發軟件數據交互的專項插件，完善設計模板以強化參數化驅動建模及出圖效率，達成設計數據同步可視化聯動效能，優化正向設計流程和適用模式，提高整體設計質量與效率。