陳慶周， 隋偉， 張潔貞， 趙媛， 麻景瑞

（1. 山東軌道交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司；2. 方圓標(biāo)志認(rèn)證集團(tuán)山東有限公司）

1 引言

在地鐵車站地下空間設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮著重要的作用。通過(guò)BIM 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地鐵車站模型的精確建立、可視化展示和綜合分析，從而提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。此外，BIM 技術(shù)還支持碰撞檢測(cè)、沖突解決、數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào)等方面，為地鐵車站的可持續(xù)性設(shè)計(jì)和維護(hù)管理提供了有力支撐。

2 地鐵車站地下空間設(shè)計(jì)

2.1 地鐵車站地下空間的特點(diǎn)和要求

地鐵車站地下空間是一個(gè)重要的城市交通樞紐，需要滿足高效的客流運(yùn)輸需求。由于地鐵車站是大量人員進(jìn)出的場(chǎng)所，必須具備寬敞的站廳、站臺(tái)和通道，以確保人流的順暢流動(dòng)，并提供充足的安全出口和應(yīng)急通道，還需要考慮人們的舒適感受，如合理的通風(fēng)系統(tǒng)、舒適的溫度和濕度控制等。地鐵車站作為公共交通樞紐，必須具備高度的安全性，包括防火、防爆、防盜等措施，因而地下空間的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，設(shè)計(jì)合理的疏散通道和安全設(shè)施，以確保乘客在緊急情況下能夠迅速撤離[1]。此外，地鐵車站地下空間還需要兼顧功能性和美觀性，應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，體現(xiàn)城市形象和風(fēng)格，車站的功能性也至關(guān)重要，應(yīng)合理布局售票處、候車區(qū)、洗手間、商店等，以滿足乘客的各種需求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要通過(guò)優(yōu)化能源利用、減少?gòu)U物產(chǎn)生和提高材料的可持續(xù)性，地鐵車站地下空間設(shè)計(jì)可以降低對(duì)環(huán)境的影響，并提高整體的可持續(xù)水平。

2.2 傳統(tǒng)地下空間設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題和局限性

傳統(tǒng)地下空間設(shè)計(jì)缺乏全面的數(shù)據(jù)和信息支持，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常依賴手工繪制的平面圖和剖面圖，無(wú)法準(zhǔn)確捕捉到地下空間的復(fù)雜性和細(xì)節(jié)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果存在誤差和不完善之處。地下空間設(shè)計(jì)涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，包括交通、結(jié)構(gòu)、給排水、電力等，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往是各個(gè)專業(yè)獨(dú)立進(jìn)行，缺乏有效的溝通和協(xié)調(diào)機(jī)制，導(dǎo)致各個(gè)專業(yè)之間存在沖突和不一致性，影響整體效果。此外，傳統(tǒng)地下空間設(shè)計(jì)缺乏實(shí)時(shí)的交互性和可視化展示，無(wú)法實(shí)時(shí)反映出地下空間的變化和效果，設(shè)計(jì)者和決策者很難準(zhǔn)確評(píng)估設(shè)計(jì)方案的可行性和效果，導(dǎo)致決策的盲目性和風(fēng)險(xiǎn)，且對(duì)于復(fù)雜的地下地質(zhì)條件和地下設(shè)施的考慮較為有限。地下空間的設(shè)計(jì)必須充分考慮地質(zhì)特征、地下水位、地下管線等因素，以避免工程風(fēng)險(xiǎn)和沖突。地下空間的設(shè)計(jì)不僅僅是一次性的決策，還需要隨著時(shí)間的推移進(jìn)行管理和更新，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)由于缺乏有效的管理平臺(tái)和工具，使得方案的實(shí)施和后續(xù)管理困難重重。

3 BIM技術(shù)在地下空間設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 3D建模和可視化

傳統(tǒng)的地下空間設(shè)計(jì)依賴于平面圖和剖面圖，無(wú)法全面呈現(xiàn)地鐵車站的復(fù)雜性和細(xì)節(jié)。采用BIM技術(shù)，可以建立一個(gè)三維的虛擬模型，包含地鐵車站的各個(gè)組成部分，如站廳、站臺(tái)、通道、設(shè)施等，以及與之相關(guān)的地下管線、地質(zhì)情況等信息。完成對(duì)地鐵車站地下空間的模型建立后，可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集、測(cè)量和掃描等手段，獲取真實(shí)場(chǎng)地的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，如地形地貌、建筑結(jié)構(gòu)、地下管線等，并在BIM 軟件中進(jìn)行處理和整合，形成一個(gè)高精度的三維模型，快速調(diào)整和優(yōu)化各個(gè)空間元素的布局和尺寸，以滿足設(shè)計(jì)要求。在地鐵車站地下空間的可視化展示和分析方面，BIM技術(shù)提供了強(qiáng)大的功能和工具，對(duì)地鐵車站模型進(jìn)行多角度、多層次的展示，包括平面圖、立面圖、剖面圖和三維視圖等，以呈現(xiàn)地下空間的空間布局和組織結(jié)構(gòu)，BIM技術(shù)還支持虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)頭戴式顯示器或移動(dòng)設(shè)備，使設(shè)計(jì)者和決策者能夠身臨其境地體驗(yàn)地鐵車站的地下空間，更好地理解設(shè)計(jì)意圖和空間關(guān)系。通過(guò)地鐵車站地下空間的可視化展示，設(shè)計(jì)者和決策者可以直觀地評(píng)估和比較不同方案的優(yōu)劣，發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和沖突，并及時(shí)做出調(diào)整和改進(jìn)，并應(yīng)用該技術(shù)對(duì)地下空間的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析和評(píng)估，如人流分布、通風(fēng)效果、疏散能力等，以提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，為設(shè)計(jì)決策提供參考[2]。

例如，在北京地鐵1 號(hào)線玉泉路站項(xiàng)目施工過(guò)程中，通過(guò)BIM技術(shù)建立了精確的地鐵車站模型，并進(jìn)行了多層次的可視化展示和分析。施工團(tuán)隊(duì)通過(guò)數(shù)據(jù)采集和測(cè)量等手段獲取了地鐵車站工地的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為后續(xù)的地鐵車站模型建立提供了基礎(chǔ)?；谶@些數(shù)據(jù)建立了地鐵車站的三維模型，包括站廳、站臺(tái)、通道、設(shè)施以及與之相關(guān)的地下管線等要素，并結(jié)合實(shí)際工程要求，對(duì)各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行了準(zhǔn)確的尺寸和布置設(shè)計(jì)，確保模型的精確性和可靠性。模型可以模擬不同施工階段的狀態(tài)，如基坑開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)施工、設(shè)備安裝等，幫助施工團(tuán)隊(duì)直觀了解每個(gè)施工階段的空間布置和進(jìn)展情況，為施工計(jì)劃和資源安排提供依據(jù)。施工團(tuán)隊(duì)還利用BIM模型進(jìn)行施工進(jìn)度和資源的管理，對(duì)不同施工任務(wù)進(jìn)行時(shí)間計(jì)劃和資源分配，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的控制和優(yōu)化，BIM模型與施工進(jìn)度的集成可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的進(jìn)度監(jiān)控和調(diào)整，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工延誤或沖突。

3.2 碰撞檢測(cè)和沖突解決

BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵車站地下空間的碰撞檢測(cè)，早期發(fā)現(xiàn)和解決潛在的沖突問(wèn)題，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和工程效率。施工團(tuán)隊(duì)可在BIM模型中輸入各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)、管線、設(shè)備等，BIM軟件可以進(jìn)行三維空間的碰撞檢測(cè)，自動(dòng)檢測(cè)不同元素之間的沖突。例如管線與結(jié)構(gòu)的交叉、設(shè)備與通道的重疊等，通過(guò)可視化展示和分析，設(shè)計(jì)者和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以直觀地發(fā)現(xiàn)沖突問(wèn)題，避免后期施工階段的重大糾正和調(diào)整。一旦發(fā)現(xiàn)碰撞和沖突問(wèn)題，BIM 技術(shù)提供了多種方法和工具來(lái)解決這些問(wèn)題，空間調(diào)整和優(yōu)化能夠重新布局或調(diào)整元素的尺寸、位置和方向，以消除沖突。

各個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)還可以通過(guò)BIM軟件進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)共享設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和進(jìn)度，及時(shí)解決沖突問(wèn)題。此外，還可以使用BIM 軟件提供的沖突檢測(cè)和沖突解決工具，如碰撞矩陣、沖突報(bào)告等，幫助設(shè)計(jì)者和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)更好地管理和解決沖突。通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)和沖突解決可以顯著減少設(shè)計(jì)階段的錯(cuò)誤和沖突，降低施工風(fēng)險(xiǎn)和成本。該技術(shù)還為地鐵車站的地下空間施工提供了更高的質(zhì)量和工程效率，減少了后期的變更和調(diào)整，提升地鐵車站地下空間的整體可行性和可操作性。

3.3 數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào)

在地鐵車站地下空間設(shè)計(jì)中，通過(guò)建立地鐵車站地下空間的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和共享，可以實(shí)現(xiàn)信息的一致性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

在建立地鐵車站地下空間的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，需要收集、整合和管理各個(gè)專業(yè)的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)和管理地鐵車站地下空間的所有相關(guān)信息，并提供一個(gè)中心化的平臺(tái)供各個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、共享和查詢，不同專業(yè)之間可以共享同一數(shù)據(jù)源，避免了數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入和信息的不一致性。

BIM技術(shù)還可以將不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和共享，不同專業(yè)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以將各自的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入BIM 模型中，該技術(shù)為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了協(xié)作功能，包括實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)、版本控制、沖突檢測(cè)等，可以及時(shí)了解其他專業(yè)的設(shè)計(jì)變更和進(jìn)展情況，及時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)和調(diào)整，避免沖突和交叉問(wèn)題的發(fā)生。例如，在香港地鐵西港城站設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用BIM技術(shù)建立了一個(gè)綜合的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，集成了來(lái)自不同專業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)、供電、通風(fēng)、給排水等各個(gè)方面的信息[3]。在該BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)中，結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)可以將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入BIM 模型中，供電團(tuán)隊(duì)根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并實(shí)時(shí)更新到BIM模型中，也就是說(shuō)，各個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)可以及時(shí)了解其他專業(yè)的設(shè)計(jì)變更和進(jìn)展情況，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作和溝通。通過(guò)數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)地鐵車站地下空間設(shè)計(jì)中的多專業(yè)協(xié)同工作，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和一致性，設(shè)計(jì)者和決策者可以更加全面地了解整個(gè)地鐵車站地下空間的情況，做出更明智的決策，并降低后期施工階段的風(fēng)險(xiǎn)和成本。

3.4 可持續(xù)性和維護(hù)管理

可持續(xù)性和維護(hù)管理是地鐵車站地下空間設(shè)計(jì)中的重要考慮因素，而B(niǎo)IM 技術(shù)提供了有效的工具和方法來(lái)支持可持續(xù)性設(shè)計(jì)和維護(hù)管理，BIM 技術(shù)在地下空間設(shè)計(jì)中的可持續(xù)性考慮方面發(fā)揮了重要作用，可以進(jìn)行能源模擬和分析，評(píng)估地鐵車站的能耗情況，優(yōu)化能源利用和節(jié)能措施。例如，在設(shè)計(jì)階段模擬不同的能源系統(tǒng)和設(shè)備配置，評(píng)估其對(duì)能源消耗的影響并選擇最優(yōu)方案，BIM 技術(shù)還支持可持續(xù)材料選擇和生命周期評(píng)估，幫助設(shè)計(jì)者選擇環(huán)保和可再生材料，并評(píng)估建筑設(shè)施的整體環(huán)境影響[4]。通過(guò)這些可持續(xù)性考慮，地鐵車站的地下空間設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)資源的有效利用、能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)。

在倫敦地鐵系統(tǒng)中，BIM 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地鐵車站的維護(hù)管理，整合各種設(shè)備和設(shè)施的信息，包括維修記錄、維護(hù)手冊(cè)、設(shè)備參數(shù)等，維護(hù)團(tuán)隊(duì)可以實(shí)時(shí)查看和更新維護(hù)信息，進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控和維護(hù)計(jì)劃的制定。例如，維護(hù)人員可以在BIM 模型中標(biāo)記設(shè)備的維修歷史和維護(hù)計(jì)劃，定期進(jìn)行設(shè)備檢查，并及時(shí)記錄和更新維護(hù)信息，提高維護(hù)的效率和準(zhǔn)確性，降低設(shè)備故障率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少維修成本和能源消耗。

除了維護(hù)管理，BIM 技術(shù)還可以支持地鐵車站的設(shè)施管理和運(yùn)營(yíng)管理，基于該技術(shù)建立的模型可以實(shí)時(shí)查看和更新地鐵車站的設(shè)施信息，包括設(shè)備位置、維修歷史、設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃等，對(duì)于設(shè)施的合理布局和運(yùn)營(yíng)管理至關(guān)重要[5]。在運(yùn)營(yíng)管理方面，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵車站的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，為運(yùn)營(yíng)決策提供數(shù)據(jù)支持和參考。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在地鐵車站地下空間設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究涵蓋了多方面，通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)精確的地鐵車站模型的創(chuàng)建和可視化展示，提升設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可行性。同時(shí)，BIM 技術(shù)還能進(jìn)行碰撞檢測(cè)和沖突解決，避免施工中的問(wèn)題和延誤。在數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào)方面，BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作，提高設(shè)計(jì)和施工的效率。