BIM技术在地铁车站结构设计中的应用

徐渊函

摘 要：近年来，随着我国城市化进程的快速推进，城市人口数量在不断增加，这使城市交通压力也在持续上升。为了有效缓解城市交通压力，我国大中型城市中的地铁工程建设项目正在逐渐增加。在地铁车站结构设计工作中，BIM技术发挥着重要的作用。基于此，本文先对BIM技术的优势进行简单介绍，然后介绍BIM技术在地铁车站设计中的应用，希望能够为地铁车站设计提供参考。

关键词：BIM技术；地铁车站；结构设计；应用分析

1 BIM技术的优势

1.1 可视化优势

在地铁车站设计中，很多设计工作还要依靠于传统的CAD软件，通过平、立、剖等方式来展现设计成果。在现在的设计中，由于地铁车站设计的规模相对较大，紧急依靠基于二维图纸的构想和设计是很难完成的。而BIM技术的应用则可以通过特殊的设计方式来达到可视化效果，能够让设计师通过三维立体的思考方式完成建筑设计，同时也方便设计过程中的改动和调整，可视化效果非常明显。

1.2 模拟性优势

BIM技术除了可以对建筑进行三维模拟外，还可以对建筑的节能、照明以及紧急疏散通道进行模拟设计，节约资源，提高建筑施工过程中的安全稳定性。BIM技术能够实现对整个施工建筑的精细化模拟，让施工更加贴合实际，符合科学，进而节约施工时间、控制施工成本。可以说，BIM技术的模拟性对于地铁车站设计有着重要的作用。

2 BIM技术在我国的应用现状分析

就BIM技术在我国地铁工程的应用而言，香港处于领先的位置，目前香港的82座地铁车站中，已有20多座实现了BIM建模，部分车站应用BIM技术实现了采光、烟雾、人流、能耗和碰撞检测等BIM更深层次的应用，不仅达到了工程概预算的要求，而且取得了良好的社会效果。中铁隆设计研究院在西安地铁五号线一期太乙路站和兴庆路站的设计过程中，创建了建筑、结构、综合管线模型，通过碰撞检测发现了500多处碰撞点并进行及时的沟通和修改，有效的提高了工程质量。天津地铁红旗南路站采用BIM技术进行管线综合设计，有效的解决了设备和管线的协调问题，缩短了设计周期，提高了设计质量，在设计阶段就为保障工程顺利施工创造了有利条件。上海地铁12号线曲阜站采用BIM进行管线碰撞检查、大型设备的安装以及后期维护路径设计研究，进行施工交底和施工模拟，有效的提高了工程质量。国内BIM技术一般应用于地标性、示范性、规模较大的建筑物，普及程度较低，而且仅局限于建筑物某一阶段或者某一方面的应用，涉及的面较窄，与国际存在较大差距。虽然BIM技术在地上建筑中的应用取得了一系列成就，但是在地下结构中的应用主要是结构建模、碰撞检查、4D施工模拟等某一方面，BIM平台整体功能在地下结构中的应用尤为不足。

3 BIM技术在地铁车站结构设计中的应用

3.1 在地铁车站结构建模中的应用

在地下结构中运用BIM技术，主要是利用RevitStructure2012建立地铁车站的BIM三维模型。地铁车站建模中，工程模型主要由建筑相关专业设计完成，主要借助载体为Revit软件。该软件包含有Mep、Architecture以及Structure三个模块，借助上述几个模块实现对建筑体设备、结构模型的综合分析具有极大优势。在建模环节中，Architecture软件可为后期土建模型设计提供依据，便于相关模型数据的全面可控性管理。方可实现构件装修、硬件设备设施的建立管理。Revit本身的软件构件族较少，无法全面满足车站结构的建模所需，因此应用Revit软件实施车站结构建模时，一定要创建需要的构件族，应用基于中国用户定制的Structure Analysis Default CHNCHS.rte项目样板文件创建新的项目，最后应用创建的族文件和系统族文件建立车站站台区的3D模型。在应用重新建立的结构族建立三维模型时，Revit软件会同时建立进行结构分析的三维分析模型，双击项目浏览器的分析模型就能够查看。

3.2 车站结构分析模型前处理

3.2.1 设备与管线模型

对于设备与管线模型的建立是在土建模型建立的基础上，以协同合作的方式来实现结构设计的。在模型的建立期间以及各管线专业的方案设计期间，必须要对上游的专业方案进行设计，以提高模型的影响价值。与此同时，设计人员还要对下游专业的预留条件进行更早获知与否。在综合了土建、管线及设备的BIM模型基础上，即可进一步进行管线的碰撞检测。对于协同合作的具体方式，就是将BIM技术应用平台作为搭建结构设计、实际施工以及经营业主之间的沟通桥梁。这样一来，就可以将应用BIM技术而获取的信息数据作为处理问题的依据与资料。

3.2.2 设备管线的碰撞检测

Revit提出和其他方式相比较为简单的碰撞检测工具，可以使模型内部按照类别区分的硬碰撞检测进行科学区分，但是其功能的重点是属于建模时施工的基本工具，因此对碰撞结果进行统计和归纳不是十分完善，并且难以实现检测之间的碰撞，所以需要利用Navisworks使自动检测碰撞得以实现，结合检测报告，将每个碰撞点存在的实际情况逐步列出，和可以使管线进行间隙碰撞检测和报告项目碰撞模型进行对照，进而对其功能进行相应的对照和查看。

3.3 车站结构分析与计算

使用Revitextensions将完善后的BIM模型发送到Robot Structure Analysis Professional，在发送过程中可以对模型进行基本和附加选项的设置，包含杆端释放、自重工况、材料、模型转换等，最后得到地铁车站Robot结构分析模型。由于Robot和Revit具有很好的兼容性，在Revit中关于模型材质、荷载、荷载组合、支座、弹簧约束等的定义均能被Robot识别和使用，不需要重新进行设置，同时Robot Structure可以将分析结果反馈给Revit，实现结构信息的双向对接。

添加荷载与荷载组合，在Robot中分别定义荷载工况，添加恒荷载与活荷载，恒荷载包括结构和设备自重、地层压力、水压力以及浮力，活荷载包括地面车辆荷载以及产生的侧向力和人群荷载。Robot Structure软件能够读取和使用Revit中关于荷载组合定义，同时也可以根据《建筑结构荷载规范》（GB5009—2012）自动进行荷载组合进行计算。

进行结构分析设置，在“工程首选”对话框中设置分析和显示的一些参数，例如：单位格式、材料、设计规范、网格划分等。在分析下拉菜单中可以通过添加和删除方式设置分析类型，例如基本组合、标准组合、模态分析、地震分析、时程分析等，本文仅设置基本组合和标准组合两种分析。Robot Structure在对结构分析模型划分单元的同时，会对分析模型进行结构分析检查，根据检查结果对结构模型进行修改和调整，加以完善，最后进行结构计算。

4 结语

综上所述，BIM技术在地铁车站结构中的应用是地铁建设过程中不可缺少的重要环节，因此，对BIM技术在地铁车站施工中的应用进行研究分析，能够进一步推动BIM技术在建筑行业的应用范围和普及程度，有利于我国建筑行业发展与国际接轨，不断提高我国建筑行业的施工效率及施工质量。

参考文献：

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[3] 陈丽娟.基于BIM技术的地铁车站管线综合安装碰撞分析研究[J].土木工程与管理学报，2015（1）：53.