地鐵車站建筑設(shè)計的運用性

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0引言

地鐵因其具有載客量大、安全快捷等優(yōu)勢備受社會各界的青睞，地鐵工程成為城市化建設(shè)中的重點建設(shè)項目，由于地鐵工程建設(shè)涉及到諸多專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，且屬于隱蔽工程，因此，地鐵建筑設(shè)計難度較大。BIM技術(shù)在地鐵建筑設(shè)計中應(yīng)用，利用BIM技術(shù)的優(yōu)化性及可視化等應(yīng)用優(yōu)勢，為地鐵建筑設(shè)計方案的科學性與合理性提供了有效保障。

1工程概況

福建省某市地鐵一期工程，共有車站5個，分別為：杏錦路車站標準寬度為20.9m，總長為294.15m，建筑面積為17069.2m2；董任站標準寬度為20.7m,總長230.305m，建筑面積為1325.6m2。地鐵1號和6號線在集美中心站換乘，換乘站廳設(shè)計為“T”形，該站標準寬度為20.7m，總長為604.5m（停車線長度為332m、車站長度為272.5m），建筑面積為22508.12m2；誠毅廣場站標準寬度為20.7m,總長為196.85m，建筑面積為11192m2；軟件園站為左右雙線設(shè)計，兩條線路標準寬度均為20.7m，其中左線總長為181.566m、右線總長為179.907m，建筑面積為13520m2。該地鐵交通線全程以建筑信息模型技術(shù)展開設(shè)計，設(shè)計方案的重點內(nèi)容在于管線的三維設(shè)計，每個車站都采用綜合集成形式設(shè)計管線，各個車站相對獨立零碰撞，有利于設(shè)計方案質(zhì)量提升和現(xiàn)場施工。同時，設(shè)計人員利用建筑信息模型技術(shù)優(yōu)化完善車站的設(shè)備機房和管理室，最終設(shè)計方案體現(xiàn)的效果是科學的車站功能區(qū)劃和整體工程完備的功能應(yīng)用，同時車站外觀實現(xiàn)了流暢的線形設(shè)計。

2BIM技術(shù)在地鐵建筑設(shè)計中的應(yīng)用

2.1三維可視化設(shè)計

地鐵車站的傳統(tǒng)設(shè)計方式為平面設(shè)計，最終以二維方式交付使用［1］。設(shè)計二維平面圖紙非常方便快捷，在相當長的時期內(nèi)得到了普遍應(yīng)用。而現(xiàn)代科技的高速發(fā)展讓工程逐漸向三維形體轉(zhuǎn)化，二維方式的平面圖紙設(shè)計逐漸式微，而新出現(xiàn)的三維形體設(shè)計無法在施工過程中把設(shè)計人員的思路和構(gòu)想完美呈現(xiàn)出來，這就需要在地鐵車站設(shè)計中引入建筑信息模型技術(shù)，有了這項技術(shù)的加持，二維平面圖紙設(shè)計方式中遇到的復雜難題被突破。利用這項技術(shù)設(shè)計地鐵車站，設(shè)計人員把平面和線形的設(shè)計元素構(gòu)成了三維形式的設(shè)計對象，這是二維方式無法準確表述的。設(shè)計人員利用建筑信息模型技術(shù)實現(xiàn)地鐵車站的三維形式設(shè)計，在模型上模擬檢測管線的空間碰撞風險，即使遇到相對復雜的形體也可直觀表達出來。檢測空間管線碰撞時有兩種類型，即軟碰撞和硬碰撞。軟碰撞在實體線存在，它不是直接碰撞，但是無法達到施工過程對間距和空間的實際需要；硬碰撞則是相關(guān)實體的直接交叉碰撞，舉例來說，如果以傳統(tǒng)二維方式設(shè)計地鐵車站的“T”形換乘站廳，是無法全面呈現(xiàn)換乘節(jié)點部位的立體關(guān)系以及各單體的相互位置關(guān)系的，相關(guān)人員無法通過二維平面設(shè)計圖紙直觀地判斷樓層的凈高度是否能保證地鐵通行，如果無法保證乘客與地鐵列車充裕的通行空間，軟碰撞風險的概率就會大幅上升，如果設(shè)計時引入建筑信息模型技術(shù)，就可有效規(guī)避上述風險的發(fā)生幾率［2］。建筑信息模型軟件除了規(guī)避軟碰撞，還可把地鐵線路路徑實現(xiàn)動畫顯示，等于是把地鐵線路構(gòu)成了一個三維立體的虛擬空間模型，有利于設(shè)計和決策人員直觀清晰地透視全部設(shè)計預期效果，施工過程也會更加便捷，有利于控制工程質(zhì)量。

2.2參數(shù)化設(shè)計

地鐵設(shè)計引入建筑信息模型技術(shù)，不是簡單地對三維對象進行空間羅列，更重要的是把全方位的參數(shù)信息賦予了三維對象，舉例來說，選購施工材料時須對材料的生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品特點以及功能屬性方面進行考量，使相關(guān)工程構(gòu)件達到智能化高度，在此基礎(chǔ)上三維模型實現(xiàn)到建筑信息模型的升級，這就是參數(shù)化設(shè)計的特點。把它用于地鐵車站設(shè)計，可大幅提升設(shè)計過程的精準度和效率。以扶梯設(shè)計為例，車站坡度和機箱程序是必須考慮的因素，在模型上可對高度進行精準測算，以此保證吊鉤位置設(shè)計的精準度。如果設(shè)計過程需要構(gòu)建建筑信息扶梯模型，把扶梯技術(shù)參數(shù)調(diào)整合理就可建模。

2.3協(xié)同設(shè)計

傳統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計主要是指網(wǎng)絡(luò)平臺的利用，即網(wǎng)絡(luò)的管理平臺，資源庫以及通信軟件等構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺，通過平臺溝通傳遞數(shù)據(jù)信息，而引入建筑信息模型技術(shù)，等于是在協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)上又構(gòu)建了設(shè)計平臺，設(shè)計人員利用該平臺完成內(nèi)部專業(yè)設(shè)計后修改相關(guān)權(quán)限再予以開放，而且不僅是內(nèi)部修改的隨時性，別的專業(yè)得到修改信息也可據(jù)此完善自身設(shè)計方案，這種協(xié)同設(shè)計模式可有效規(guī)避信息傳遞受阻，避免設(shè)計方案出現(xiàn)錯誤、疏漏、缺陷和碰撞風險，設(shè)計方案可借此提升精準度和設(shè)計效率。同時，利用協(xié)同設(shè)計還可以保證不同專業(yè)在同一個模型上開展設(shè)計而互不干涉，大大節(jié)省了重復建模的時間消耗［3］。例如：利用傳統(tǒng)模式設(shè)計地鐵車站，具體程序是相關(guān)人員先行繪制車站建筑的平面圖和剖面圖，形成文件向結(jié)構(gòu)設(shè)計部門傳輸，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員再對相關(guān)圖紙進行仔細閱讀后再開展后續(xù)設(shè)計，這種流程設(shè)計如果遇到方案調(diào)整，負責結(jié)構(gòu)設(shè)計的人員需要回頭對調(diào)整后的結(jié)構(gòu)進行反復測算后再繼續(xù)設(shè)計，極易對方案的整體性造成損害，設(shè)計人員工作量會明顯增多，也會失去對設(shè)計時間的精準掌控。如果引入建筑信息模型技術(shù)，即使還是原來那個設(shè)計方案和模型，新技術(shù)條件下可實現(xiàn)模型測算的高精度，還可在3D空間直觀可視地顯示出來，設(shè)計過程和方案變得簡潔而易于理解，有利于提升設(shè)計效率，確保工程順利進行。

2.4材料明細表自動生成

利用建筑信息模型技術(shù)設(shè)計地鐵車站，在模型構(gòu)建完成后，還可自動生成材料明細表，包括房間、建筑面積、結(jié)構(gòu)以及門窗等各類明細表，即使模型進行了調(diào)試，明細表也可以隨之完成修改，相較于傳統(tǒng)明細表制作形式，人工成本核算實現(xiàn)了機械化，有利于壓縮資源和時間成本。

2.5分析項目工程量和施工成本

地鐵車站設(shè)計可借助建筑信息模型技術(shù)提升精細化程度，通過對計算機輔助設(shè)計軟件和電子表格軟件的綜合利用，與建筑信息模型技術(shù)形成優(yōu)勢互補，設(shè)計工序借此可提升連貫性。同時，建筑信息模型可精準分析施工過程中產(chǎn)生的以及總工程量，可更加科學系統(tǒng)地完成工程的信息統(tǒng)計，保證精準測算工程量和施工成本。有了建筑信息模型技術(shù)的加持，工程的總體三維立體模型能與施工成本管理及工程質(zhì)量形成高效聯(lián)動，某個細微環(huán)節(jié)的錯誤數(shù)據(jù)都能引發(fā)模型的快速反應(yīng)，從而及時更新相關(guān)明細表，再生成電子表格文件把新明細表格導出來。地鐵車站設(shè)計利用電子表格軟件可有效提高數(shù)據(jù)信息分析和處理的工作效率。

2.6二維圖形出圖

地鐵車站的傳統(tǒng)設(shè)計模式下繪制相關(guān)平面和剖面圖，其順序是先平面圖后剖面圖，這種順序非常鮮明且難以更改，而一項工程往往需要繪制數(shù)量龐大的設(shè)計圖紙，如果需要對其中某些平面圖進行較多的修改，往往會無法完全修改剖面圖，需要設(shè)計人員具備極高的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)，才能完成全部平面和剖面圖的修改任務(wù)。設(shè)計人員可進入BENTLEY功能平臺，利用其功能系列里面的切圖系統(tǒng)對模型依據(jù)實際需要進行隨意切剖，具體到地鐵車站建筑，可利用這種功能完站廳層，站臺層以及站臺板下等部位相關(guān)平面圖的剖切，且可實現(xiàn)獨立繪制，如果設(shè)計人員有更多表達需要，可結(jié)合重復剖切疊合再生成整圖，同時，若施工后期需要對模型進行局部調(diào)整，只要指令相關(guān)局部完成切圖即可實時更新，效率提升非常明顯。完成抽圖即刻構(gòu)建相關(guān)文件，可結(jié)合新平面圖再標注相關(guān)尺寸，套圖框以及文字說明和軸網(wǎng)添加，最終得到完整圖紙。需要注意的是下列問題［4-6］：①建筑工程的平面圖包含大量表達內(nèi)容，若剖切只有一次，則電腦反應(yīng)耗時較長，而一次剖切設(shè)計人員并不能完成所有意向，如果剖切須多次重復則時間浪費嚴重，通行做法是分圖層剖切，既直觀又省時；②地鐵車站設(shè)計圖紙的二維模式中線型類型多種多樣，背景虛線，軸線點劃線和線路雙點劃線都在此列，圖紙比例有變，則線型比例也要變，目前的軟件雖然包括線型類型齊全，但是無法實現(xiàn)線型比例的自動切換，還需相關(guān)人員人工修改操作；③在BENTLEY功能平臺上只能獲取DGN格式的圖紙文件，而傳統(tǒng)設(shè)計模式所得文件是CAN格式，它沒有很好的兼容性，轉(zhuǎn)換過程易造成文字尺寸出現(xiàn)移位，如果用戶不是三維軟件用戶，給他們提供相關(guān)資料需要人工對文字尺寸進行標注，非常不方便。BIM設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計比較見表1。

2.7構(gòu)件設(shè)備管理

地鐵設(shè)備在進行標簽粘貼時可利用電子標簽系統(tǒng)完成，因為相關(guān)地鐵構(gòu)件一般體積龐大且比較隱蔽，利用電子標簽可使跟蹤管理變得方便快捷，但是利用射頻識別技術(shù)無法詳細全面地記錄全部信息，利用建筑信息模型技術(shù)可有效彌補不足，建筑信息模型技術(shù)可詳細全面記錄包括設(shè)備生產(chǎn)廠家，規(guī)格型號以及出廠日期等在內(nèi)的全部基本信息，從而形成該建筑多維數(shù)據(jù)庫。在地鐵工程的施工過程和后期運維階段，射頻識別技術(shù)和建筑信息模型技術(shù)有良好的互補性，可對地鐵設(shè)備進行全程包括物流，安裝使用，檢測和監(jiān)測以及維護方面的數(shù)據(jù)記錄和存儲，從而實現(xiàn)地鐵工程生命周期的全過程管理。

2.8管線碰撞分析

對于多種線纜交接的地方往往處理起來較為復雜，通過BIM技術(shù)模擬并提前規(guī)劃好標高、路徑，讓線纜布置更加合理、美觀。標準化的制定保證了設(shè)計成果的科學性及準確性，最終的施工圖模型已與施工成果近乎一致，這讓地鐵工程朝著數(shù)字化的方向又邁進了一步。

3結(jié)語

綜上所述，科學合理的地鐵建筑設(shè)計方案，是保證地鐵工程建設(shè)正常有序開展的基本條件。但是，受地鐵工程自身特點的影響，地鐵建筑設(shè)計中存在較多難點，提高了地鐵建筑設(shè)計的復雜性和設(shè)計難度。深入探究BIM技術(shù)在地鐵建筑設(shè)計中的應(yīng)用途徑和應(yīng)用策略，不僅能夠促進BIM技術(shù)應(yīng)用價值的充分發(fā)揮，也有助于推動國內(nèi)地鐵建筑設(shè)計水平的提升。

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作者: 米艷麗 單位:
中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司