德国科隆轻轨11号线 扩建规划的BIM应用

随着经济和社会的发展，人口增长、交通需求、交通空间和运输能力与受影响人群和环境之间总有着难以调和的矛盾。因此，检查基础设施各方面的兼容性，共同优化工程解决方案，提高其接受度，是基础设施建设中的重点。如今的技术为解决这一问题提供了许多创新方案，例如德国科隆铁路枢纽扩建工程所使用的建筑信息模型（BIM）技术。该工程的项目之一是在科隆列车总站东北侧边缘为轻轨11号线（S11）建设一个附加的中间站台（图1）。

1 S11扩建项目

科隆铁路枢纽是德国铁路股份公司（DB）线路网络中车流量最大的区域之一，而科隆列车总站是其核心组成部分。11条线路在这里汇合;每天有超过1 000列区域客运列车和200多列长途客运列车经过这里;有28 万多名旅客在这里集散。

科隆位于德国北莱茵—威斯特法伦州（以下简称“北威州”），是经济发展和人口增长非常迅速的城市。预计至2025年，此地的客运列车数量将相应增加。

多年来，科隆及其周边地区的铁路枢纽的潜力已几乎挖掘殆尽。在运营过程中，即使发生微小的异常情况也可能对整个地区的铁路运输产生负面影响。货物运输和旅客运输难以实现从公路到铁路的交通转换。而且，科隆—波恩发展区至今还不能开行更多的区域客运列车。

为了满足不断增长的运输需求，必须大力提高科隆轻轨线路网络的运输能力，并为其他交通方式提供高效的线路网络。为此，德国联邦运输和数字基础设施部（BMVI）将科隆铁路枢纽扩建工程纳入了《联邦交通基础设施计划2030》中，并归入“需求紧迫的新项目”类别。该工程包括可逐步实施的17个基础设施项目，目的是为本地、区域和长途旅客提供更加全面、可靠的服务。其基本理念是结合优化的运营流程，有效缓解铁路枢纽的运输压力，并为未来交通量的增大做好准备。

扩建科隆轻轨主线（S11）是在科隆铁路枢纽中扩建轻轨的关键项目。该主线连接科隆会展中心/道依茨公司站和科隆列车总站。该项目将在科隆列车总站东北侧（即背对科隆大教堂的一侧）修建一个附加的中间站台。为此，还需要新建一座连接站台的上跨桥。

对于该项目，DB下属工程与咨询有限责任公司（DB Engineering & Consulting GmbH）科隆办事处已于2017年春季完成了基础调查工作，在2018年9月将初期规划提交给DB下属线路网络子公司（DB Netz AG）和DB下属车站与服务子公司（DB Station & Service AG）。

2 科隆列车总站现状带来的挑战

科隆列车总站位于市区内（图2），西北侧紧邻科隆大教堂，东侧有莱茵河和霍亨索伦桥，因此轻轨主线的轨道只能向东北的布雷斯劳广场方向延伸。列车总站主入口之一的A、B 2条通道连接布雷斯劳广场。布雷斯劳广场站是地铁换乘站。列车总站东北部还有乘客和员工停车区，东南部有出租车停车区、地下停车场、公交车站等。S11的现有桥梁结构于1987年建成，是当时轻轨扩建第2阶段项目的组成部分，而现今规划的线路要与之相连。这些桥梁起于科隆列车总站的东头，跨过Trankgasse街上方的铁路轨道、约翰内斯大街和车站的A、B通道。

由于交叉的地铁隧道（图3）和布雷斯劳广场/科隆列车总站地铁站现有结构的限制，无法按常规使用现有柱网来建设规划轨道或平台桥梁。为了根据现有布局对新建筑物下部使用状况进行扩展和改善，计划采用轴网建设桥墩。这一决定也是出于城市规划建设的考虑。

3 利用 BIM 技术的规划

由于该项目规模大且极具复杂性，因此对其进行跨专业的规划也面临许多挑战。为了实现各专业之间更好的协作，并获得直观的视觉化效果，该项目的规划利用了BIM技术。

BIM建模从创建3D现状模型开始。由于对规划模型的要求很高，因此项目人员使用3D激光扫描方法采集点云和360°强度图像，并用它们生成360°地形全景图;进行大规模测量，利用读取的测量数据为点云标定地理参考;然后将生成的点云转换为Revit格式的3D测量模型。这是所有专业进一步规划的基础。每个专业都以此为基础创建自己的专业模型，并将其整合到3D协作模型中（图4）。此外，还通过添加地理信息系统（GIS）数据，描述地形，以及生成数字化环境模型。

为规划科隆S11扩建项目，项目人员创建了一个公共数据环境（CDE），可以保存和调用规划团队在规划过程中的规划信息。项目人员还通过组织良好且高度标准化的流程对数据管理、协调和传输进行规范，这既可以確保信息透明、安全，也能促进项目参与者之间更好的沟通和理解。

所有专业的人员可以使用统一的结构模型（在该结构模型中，对象按专业进行分类，注释和定位），共同参与规划。这样能够有效减少内部测试的次数以及创建的相似文档的数量，从而优化规划方面的资源管理。采用虚拟设计审阅（VDR）技术时，项目参与者可对规划结果有一个清晰的概览，并且所有人获得的信息水平相同。其中的许多信息是在规划阶段通过3D结构模型创建、实现可视化、得到分析，以及用于不同用途。通过3D结构模型可以轻松地进行碰撞检测，以及证明复杂建筑几何形状的可行性。

BIM技术在方案研究方面也有显著优势。除了具有相邻槽形和支柱结构的工程基础设施之外，还可以将地上、地下结构的交通基础设施，以及信号、接触网、供电和地下电缆等设施设备都无碰撞地导入模型中。通过将成本和用量数据导入模型，还可以进行成本和收益比较，从而提出不同的方案。这样就可以针对优选方案进行透明的决策。此外，还可使用参数化的3D模型对所研究的方案进行渲染。

4 公众参与

为了使交通建设项目得到公众的更多理解和接受，从而加快项目的实施或使其成为可能，北威州政府于2018 年成立了交通联盟，该联盟由该州交通部管辖，由来自经济界、科学界和公众的80多名成员组成。

该联盟尝试通过促成公众早期参与交通项目规划，加速规划进程，其开展的2个示范项目之一就是科隆铁路枢纽轻轨扩建项目。其原因在于，德国的基础设施项目规划通常可在几年内完成，但由于反对和诉讼，项目获得批准往往需要很长时间，有时甚至是几十年。通过从一开始就让公众和利益相关方参与到项目规划中，并尽可能顾及各方利益以使项目得到各方的接受，可以缩短这一过程。公众参与方式有以下3种。

（1）在线对话。联盟与公众在www.sbahnkoeln.de网站上的在线对话是其与公众就扩建S11问题进行交流的开始。联盟通过在该网站上公开项目计划书、航拍照片和其他细节信息向公众展示了规划要点。根据网上公开内容，相关各方可以随时通过互联网查询相关信息或去现场了解情况，向规划者、项目发起人及其合作伙伴提问，并提出自己的建议。

（2）信息交流会。网络上的对话不能代替面对面的交流。而联盟主办的2个信息交流会为公众提供了与项目参与方代表、规划者进行深入讨论的机会。信息交流会没有遵循固定的流程，而是由公民自由决定何时开会，何人参会，目的是让尽可能多的人表达他们的看法和建议。

（3）磋商。与政治界、经济界、科学界和相关协会中的人士进行公开、透明的对话是公众参与的一种重要方式。在项目初期规划时，科隆市成立了6个工作组，以协调规划理念;同时，还与环保局、环保协会召开了协商会。从2018年春季开始，公众可以就S11扩建规划提出问题，进行讨论，表达诉求。在线对话收到了300多个反馈，600多人参加了信息交流会。从那时起，规划者一直在整理公众的建议，权衡不同的利益，研究这些建议在技术和经济上的可行性。大多数建议得到了采纳，规划也据此做出了相应调整。根据公众意愿调整后的新规划将作为优选方案得以实施。

5 结论

在现有建筑基础上（特别在居民密集区）进行建设，需要在初步规划阶段采取考虑到各种挑战的规划方法。各种因素（包括现有的地上和地下基础设施、管道系统、电缆线路、留给所规划基础设施的局促空间和较短施工时间，以及各个需要考虑的利益相关方）严重限制了项目规划的自由度和随后的建设自由度。在过去，由于只能在一定程度上考虑上述因素，因此初期规划的详细程度不够，往往会导致规划的不确定性。

在科隆列车总站S11扩建项目中，上述因素都存在，因此早在规划开始时，即在基础调查和初期规划阶段（工作阶段1和阶段2）就根据《德国建筑师与工程师计费法定标准》（HOAI），选择了一种特殊的项目处理办法。为解决现有基础设施和空间狭小带来的问题，在规划核心阶段采用了BIM技术。为使居民、环境協会、运营商及其他参与方尽早接受项目方案，规划人员展示了BIM规划的结果以及项目的其他可视化效果。为了使各个利益相关者能在初期规划阶段表达自己的诉求，并尽可能全面地将其想法纳入规划之中，北威州交通联盟将该项目作为试点项目来开展。这是能够在短短2年内完成基础调查和初期规划的前提条件之一。

参考文献

[1]Amir Safiri， Jens Sch?fer. Ausbau der S-Bahn-Linie S 11 im Hauptbahnhof K?ln[J]. Der Eisenbahn Ingenieur，2019（11）：25-28.

苏靖棋 编译

收稿日期 2020-01-18