基于BIM的地铁车站建筑一体化协同设计研究

何苑

（广州地铁设计研究院股份有限公司）

1 引言

地铁作为大城市目前主要的公共交通工具，运力强、速度快、安全性高、准点率高，可以极大帮助城市降低交通压力。但在地铁车站建筑工程项目中，还存在很多问题亟待解决。

1.1 地铁工程建设的特点以及在协同设计中的难题

1）涉及专业多

地铁作为一个大规模的系统工程，地铁车站在施工过程中需要总包、轨道、设计、施工、咨询、强审等十余家单位及建筑、结构、线路、机电系统等三十多个专业，如何在不同专业和单位之间高效协同工作成为地铁工程建设的一大难题。

2）投入成本高

地铁建设每一公里投入大概需要6亿元～7亿元，造价成本高，单条铁路线投资动辄几百亿，给城市财政带来了巨大压力。

3）建设时间长

一条地铁线从开始施工到线路投入使用往往需要数年时间，在这几年的时间内，会有多种因素影响导致设计和施工的变更，这些无法预料的变更会阻碍整个工程进度的把控。

4）工程周围环境复杂

地铁车站通常建在城市繁华人口集中的区域，附近建筑和地下市政管线交错，周边环境和水文地质条件复杂，工程设计和施工要考虑的影响众多。

1.2 BIM技术的快速发展

信息化的高速发展和应用推进了整个建筑行业的革新，基于对建筑数字化进一步深入地钻研和尝试，建筑施工技术和施工流程都迎来了全新变革。BIM技术近年来在我国建筑行业迅速发展，它被作为改变传统建筑行业的一项关键技术进行推广。BIM技术在我国被翻译为建筑信息模型，它的核心思想是通过计算机信息技术打造和应用BIM模型，在工程中完成数字化工程信息的实时更新和共享，提高建筑行业的施工质量和效率。随着国内建筑行业BIM技术的迅速发展，我国政府部门也出台多项专项政策进行扶持，BIM技术的研究与应用开始大范围推广落地[1]。

通过研究地铁工程投入成本高、涉及单位及专业多、建设时间长、工程周围环境复杂等特点，笔者认为，只有解决各个单位和专业协同工作的难题，才能大幅提高地铁项目的工程质量和施工效率。传统的施工过程通常存在信息孤岛现象，导致设计变更频现和施工进度不可控。所以，现在需要引入BIM技术和一体化的协同方法来创建提高车站建筑设计效率的新一代一体化协同设计方法。

2 BIM技术在地铁车站一体化协同设计中的应用特点

2.1 地铁工程一体化协同设计的特点

地铁车站工程一体化协同设计主要具有以下三个特点。

陕西省已建成的山洪灾害防治非工程措施项目，在今年汛期向中央上报实时雨水情信息82.86万条，约占全国上报信息1／10。在主汛期先后发生的13次强降水过程中，已建成的县级山洪灾害监测预警平台共收到雨水情信息18.6万条次，发布预警短信13.6万条，启动乡镇、村组预警广播3486次，提前向暴雨洪水影响区的184个乡镇、856个村组发出预警信息，紧急撤离转移人员9.3万人，减免了人员伤亡，极大地减轻了群众财产损失。

1）自适应性

地铁车站工程的设计是一个不断推翻修改的过程，随时需要对建筑平面图和文档做修改，这就需要一种能够自适应的方法来帮助一体化协同设计，通过BIM技术平台的智能化管理可以帮助设计者对整个项目进行智能化操作。

2）参数化

信息数据的不停交互贯穿地铁车站工程一体化协同设计的全过程，这些信息用参数化设计进行定义，并随着用户需求及环境的改变而实时更新，完全做到自动化设计[2]。

3）技术集成性

现代信息化技术是地铁车站工程一体化协同设计中各活动、各专业的基础，得益于各种信息技术的优势，建筑信息数据的交互得以实现，最终达到智能化设计的目标。

2.2 BIM技术在建筑一体化协同设计中的优势

建筑项目从开始到结束，过程中产生了大量的静态数据以及三维模型数据、进度数据、成本管理等动态数据，BIM将这些数据集成到一个模型当中，而其本身的技术特点为项目的标准化协同奠定了基础，使设计工作变得集成、协作。综合地铁工程的特点，BIM技术可以解决地铁车站建筑工程中多单位、多专业、多方合作的痛点和难点。可以实现项目从设计、施工到运维全生命周期的信息共享，为整个项目一体化协同设计提供了更有效的技术手段。

3 基于BIM的一体化协同模式

3.1 内容一体化协同

内容一体化协同主要是指单个或单专业的模型创建协同，包括基于BIM的参数化设计、模型创建程序的自适应性、联动性以及互操作性。地铁车站建筑项目使用BIM技术进行内容一体化协同设计后可以实现设计的自动、智能。

1）基于三维对象的参数化建模

BIM作为各种建筑信息数据参数化集合的平台，设计师在建模之前可以植入相关的建筑规范或者规则。例如，在自动生成建筑构件时，新生成的构件大小尺寸不合理，系统会实时报警并改正，保证构件的准确性。

2）不同应用程序间的交互性

在实施地铁车站建筑工程项目时，不同软件的程序互通和文件交互格式成为主要问题。当前BIM数据模型主要以IFC标准为基础，各参与方为了更好地进行数据交换，必须采用统一的数据格式。IFC标准中明确了地铁车站建筑项目中建筑物的所有组成部分，描述了建筑模型中的所有具体和抽象元素，为项目各参与者之间信息的共享和交换提供了基础[3]。

内容一体化协同设计的组成主要有两部分。

1）BIM建模自动化

BIM系统需要充足的数字化信息来支撑构件的创建、编辑和修改，目前常用BIM软件自带构件库内容可以满足一般项目的设计需求；在一些大型公建使用某些非标准或不常见的建材或者设备时，构件库中的现有资源无法满足设计需求时，设计师可以根据设备的外形参数和相关专业属性自己创建全新的自定义建筑构件，这些自定义构件可以完美兼容融入完整的信息化模型。

2）多维模型的联动

BIM模型由各专业带有相关专业属性数字化信息的构件组成，这些构件同时具有信息和几何属性，包括数据、参数或拓展信息。BIM的应用可描述为将三维信息扩展为多维信息模型的过程，通过这个过程可以对项目进行动态和虚拟分析、造价的核算、施工进度模拟、现场管理、安全管理等；随着设计的变更，BIM信息化模型的数据实时的更改，多维BIM模型实时更新。例如，在二维工程图纸上修改图形数据，三维模型、工程量数据等信息会同时自动更新，这样就大大提高设计效率与质量。

3.2 多专业协同设计的流程

在多专业协同设计流程中以BIM模型作为基础，设计师在统一的标准和平台下进行设计，各个专业的设计数据实时更新分享，同时BIM平台还提供文档的版本控制和交流沟通，模型和设计信息实时同步。在整个流程中实现多专业的无缝对接，打破时间、空间的界限，进行并行的设计，提高了整体的工作效率，减少设计环节的时间周期[4]。

在前期准备阶段，主要流程是：

①建立模型、建立标准、模型交付标准；

②统一各专业项目参数，统一轴网和标高标准；

③建立各专业文件工作区，并划分工作区域，设定人员权限。

在协同实施阶段，主要流程是：

①各专业分别建立BIM模型，利用可视化特点及模拟分析程序对模型进行深化，形成各专业初步设计模型；

②将精确的各专业模型整合在一起，生成全专业模型；

③将全专业模型进行碰撞检测，并对碰撞问题进行处理及优化，生成“零错误”的施工模型，指导生产及施工过程。

4 结语

综上所述，基于BIM的地铁车站建筑一体化协同设计，依托BIM技术的特点和数据平台建设，成为当前解决我国地铁车站建筑工程项目建设痛点和难点的有力抓手。虽然，BIM在地铁车站建筑工程中的应用还处于初步阶段，但通过主管部门、设计单位、施工单位、运营单位的多方努力，必将出现多方一体协作，并基于BIM等信息技术的创新工作流程和方法。参与地铁车站建筑项目的各方，也要多层次、多角度去研究BIM技术，利用BIM技术，完善工程项目的全生命周期数字化模型，为促进智慧交通建设打下坚实的数据基础。