基于BIM-GIS 可视化交互平台的地铁车站建模拆分研究

韩文君 梁 园 胡今强

(1. 常州市轨道交通发展有限公司 江苏常州 213001；2. 中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600)

1 引言

GIS 与BIM 融合后将全面解决GIS 三维模型信息内容简单、BIM 模型独立分散的现实问题[1]。BIM 使建筑物具备详细的内部空间几何及功能语义信息[2]。 依托建筑信息模型BIM 可以提高轨道交通建设质量、加快施工进度，保证施工安全，完善轨道交通智能化建设[3]。 BIM 与GIS 的集成与融合对未来建筑物的精细化发展起到重要作用[4]。 地铁建设中需将模型进行拆分，根据阶段任务在平台中合理展示。 地铁车站模型拆分原则是实现城市轨道交通BIM 与GIS 的融合的关键技术之一，我国相关规范标准针对地铁车站模型拆分原则涉及内容很少。 本文分析城市轨道交通中车站、市政管线、周边建构筑物、风险源建筑分别选择不同搭建平台，按位置区域、专业、地上地下等原则拆分后集成到GIS 应用平台中[5]，可实现BIM 数据与GIS 平台高效率对接。

2 地铁车站及场地环境建模拆分

城市轨道交通建设过程中，除地下车站本身的方案，在建设过程中受场地环境影响较大。 场地环境主要是市政管线、周边建构筑物、风险源建筑等。 在BIM-GIS 交互平台中，为实现地铁车站的重要应用，车站及场地环境需建立合理的建模拆分体系。

2.1 地铁车站建模拆分

2.1.1 车站拆分要素

为了实现BIM-GIS 交互平台应用需要，对车站主体及附属必须建模拆分。 车站拆分要素应包括：项目、阶段、车站、专业、区域等基本要素。 基本要素纳入车站建模拆分时，应有拆分优先等级，其优先等级顺序见表1。

2.1.2 区域拆分

拆分要素中最低层级为区域，因此受前面所有层级要素影响，其中影响区域拆分主要是阶段、专业两个基本要素。 对车站区域进行划分时，应针对不同阶段下，各专业建模按照不同区域进行拆分。阶段建议划分为建设过程中5 个重要阶段，区域按照主体、风道、出入口、区间。 建筑、结构专业的各阶段建模拆分详见表2[6]。

表2 结构及建筑专业各阶段建模拆分

2.2 场地环境建模拆分

2.2.1 市政管线

市政管线建模按专业拆分即可，一般分为8 个部分，见表3。 其管线尺寸较大：电力管沟模型、燃气管沟/管线模型、上水管沟/管线模型、热力管沟模型、污水管线模型、雨水管沟/管线模型。 另外尺寸较小的市政管线：电信管线模型、其他。 后两个部分的市政管线由于尺寸较小，可根据具体要求选择是否搭建模型。

表3 市政管线建模拆分

以环境调查资料为准，搭建模型的几何信息有场地内既有管线定位、尺寸、埋深，非几何信息有管线所属系统、环境安全等级、材质、是否改移等。

2.2.2 周边建构筑物

地铁沿线建构筑物范围边界以车站、区间、车辆段停车场外轮廓边界外50 ～100 m 范围及设计特殊要求的范围。 采用3Dmaxs 等平台搭建周边建构筑物模型集成到GIS 应用平台中，规划控制线等在GIS 应用平台中集成[7]，后期施工阶段搭建施工围挡、施工场地等采用BIM 软件搭建。 周边建构筑物建模拆分见表4。

表4 周边建构筑物拆分

2.2.3 风险源建筑

地铁全线风险源模型根据风险源分级进行搭建，按单体建筑进行拆分，见表5。 根据具体情况可对单体建筑再次拆分为地上、地下两部分以便于方案展示及优化。 特、一级风险源应作为必做项进行模型搭建[8]。

表5 特、一级风险工程建模要求

地下部分采用BIM 软件搭建模型，地上部分采用3Dmaxs 等平台集成到GIS 应用平台中[9]。

3 工程案例分析

3.1 车站概况

常州市轨道交通1 号线一期工程同济桥站为单柱双跨地下两层岛式站台车站，车站外包长度187.6 m，标准段外包宽度为19.7 m，总建筑面积11 412.63 m2，采用明挖施工法。 车站东北向为国泰新都小区，西北向为理想中学、田家炳中学原址，西南向为保护建筑，东南向为桃园绿地，影响管线为电力、燃气、上水管线。现状同济桥高架桥路连至吊桥路桃园路。 车站共设置2 组风亭、4 个出入口，车站总平面布置见图1。

图1 同济桥站平面布置

3.2 车站BIM 结构及建筑建模

同济桥站按照施工图设计阶段要求，根据各专业拆分原则将模型项目拆分[10]。 结构专业拆分为车站主体结构BIM 模型、风道结构BIM 模型、出入口结构BIM 模型；建筑专业拆分为车站建筑结构BIM 模型、风道建筑BIM 模型、出入口建筑BIM模型。

主体结构BIM 模型指车站主体永久结构模型，包括结构外墙、结构梁、结构板、结构柱、预留洞口等；主体建筑BIM 模型包括设备区隔墙、构造柱、门窗、公共区楼扶梯和栏杆、电梯、公共区闸机和栏杆，设备管理用房区楼梯和扶手等。

车站结构及建筑风道、出入口BIM 模型应包括地下部分的外墙、梁、板、柱、内隔墙、门窗、楼扶梯和栏杆；地上部分的外墙、梁、板、柱、内隔墙、门窗、楼扶梯和栏杆、地面台阶、 雨棚[11]。 考虑到设计阶段对方案调整、一体化设计单位对地面亭优化整合、减少方案调整优化的模型与BIM-GIS 可视化交互平台对接的工作量等因素，需将风道、出入口模型合理拆分[12]，以提高模型修改及与BIM-GIS 可视化交互平台对接的效率。

同济桥站出入口模型分为4 个部分：西北象限3 号出入口、东北象限2 号出入口、西南象限4 号出入口及小里程端风道、东南象限1 号出入口。 风道模型为大里程端1 号风道，拆分模型文件情况见表6 和表7，建筑专业BIM 建模拆分见图2。

表6 结构专业施工设计阶段建模拆分

表7 建筑专业施工设计阶段建模拆分

图2 同济桥站建筑BIM 建模拆分

3.3 市政管线建模

市政管线模型按专业拆分模型，同济桥站市政管线模型分为以下6 个部分：电力管沟模型(1 800 ×2 000、2 000×2 100 尺寸类型)、燃气管沟/管线模型(1 000 ×680 等尺寸类型)、上水管沟/管线模型(3 000 ×2 700 等尺寸类型)、热力管沟模型(3 600×2 500等尺寸类型)、污水管线模型(φ1 050 等尺寸类型)、雨水管沟/管线模型(φ1 500 等尺寸类型)，见图3。

图3 市政管线建模拆分

3.4 周边建构筑物及风险源建模

同济桥站西南象限为大成纺织集团有限公司(混2，保护建筑)，距车站主体基坑约23.0 m；西北象限为理想中学房屋(混3-5)，距车站主体基坑最近约25.0 m；车站东侧为国泰新都小区房屋(混3 ～20，条形基础)，距车站主体基坑最近约18.5 m，现状同济桥高架桥路连至吊桥路桃园路，采用3Dmaxs 整体建模。

周边风险建筑按单体建筑进行拆分，拆分为地上、地下两部分。 同济桥及周边建筑可将地上与地下建构筑物拆分以便于方案展示及优化，搭建拆分的地上、地下部分模型见图4。

图4 风险源建筑建模拆分

3.5 模型与BIM-GIS 可视化交互平台对接

按上述建模拆分后，车站设计模型拆分为车站主体模型、车站附属模型、市政管线模型、周边建构筑物、风险源模型共5 大部分，各个部分根据具体模型内容进行再次拆分，将模型传入BIM-GIS 可视化交互平台。同济桥站BIM 模型与GIS 平台数据交互情况见图5。

图5 BIM-GIS 可视化交互平台展示

图5 a 可见，施工设计阶段中车站BIM 结构及建筑模型进入BIM-GIS 可视化交互平台后，形成项目工程结构目录树。 第一级目录为常州轨道交通1号线，第二级目录为施工图设计等阶段，第三级目录为同济桥站，第四级目录为建筑、结构、风险源、市政管线等专业，第五级目录为主体、出入口1、出入口2、出入口3、出入口4、风道1，按照车站BIM 建模拆分导入BIM-GIS 平台后，可自动实现分线路、分车站及分专业的工程精细化管理及架构，在此基础上对各专业分区域进行管理，同时优化了平台承载能力，更精细区域内设备、材料的管理通过制定区域查找、筛选等平台功能实现。

图5b 可见，车站BIM 模型、市政管线模型、周边建构筑物模型、风险源模型进入BIM-GIS 可视化交互平台后，形成集成应用平台，通过平台功能实现对车站方案汇报、配合优化、临时永久占地表达、房屋拆迁评估分析等，对地铁建设空间几何信息、空间功能信息、施工管理信息、设备等各专业数据信息进行集成与一体化管理，形成的三维基础数据库系统，为各项BIM 应用输出数据。

4 结束语

地铁车站建模应基于BIM-GIS 平台应用，从车站主体及附属、市政管线、周边建构筑物、风险源建筑等模型拆分进行综合研究。 本次结合同济桥模型进入BIM-GIS 平台的实例，提出一种建模拆分体系，取得以下成效：

(1)建模拆分体系成果中应包含车站主体及附属、市政管线、风险源模型、周边建构筑物等模型。模型进入BIM-GIS 平台后，保障了城市轨道交通BIM 与GIS 的融合和数据间高效率交互。

(2)车站采用BIM 平台建模应根据项目、阶段、车站、专业、区域等基本要素拆分，提升了BIM-GIS平台自动实现分线路、分车站及分专业的工程精细化管理效率。

(3)市政管线建模按专业拆分，主要为热力管沟、电力管沟、上水管沟等尺寸较大的专业管线，电信等尺寸较小，可根据工程要求选择是否搭建模型，不过多占用平台内存，保证运行效率。

(4)周边建构筑物主要采用3Dmaxs 等平台搭建模型集成到GIS 应用平台中，规划控制线等在GIS 应用平台中集成，提升了数据信息管理和应用扩展开发。

(5)风险源建筑按单体建筑进行拆分为地上、地下两部分，地上部分主要采用3Dmaxs 等平台搭建模型，地下部分采用Revit 等BIM 建模平台搭建，两部分集成到BIM-GIS 交互平台中。 地面部分可视化强且内存占用少，地下部分数据精细且采集应用率高，极大提升了城市轨道交通中BIM 和GIS 的融合及数据交互。