地铁车站BIM技术在地下空间设计中的应用研究

陈庆周， 隋伟， 张洁贞， 赵媛， 麻景瑞

（1. 山东轨道交通勘察设计院有限公司；2. 方圆标志认证集团山东有限公司）

1 引言

在地铁车站地下空间设计中，BIM 技术的应用发挥着重要的作用。通过BIM 技术，可以实现地铁车站模型的精确建立、可视化展示和综合分析，从而提升设计的质量和效果。此外，BIM 技术还支持碰撞检测、冲突解决、数据管理和协调等方面，为地铁车站的可持续性设计和维护管理提供了有力支撑。

2 地铁车站地下空间设计

2.1 地铁车站地下空间的特点和要求

地铁车站地下空间是一个重要的城市交通枢纽，需要满足高效的客流运输需求。由于地铁车站是大量人员进出的场所，必须具备宽敞的站厅、站台和通道，以确保人流的顺畅流动，并提供充足的安全出口和应急通道，还需要考虑人们的舒适感受，如合理的通风系统、舒适的温度和湿度控制等。地铁车站作为公共交通枢纽，必须具备高度的安全性，包括防火、防爆、防盗等措施，因而地下空间的设计应遵循相关安全标准和法规，设计合理的疏散通道和安全设施，以确保乘客在紧急情况下能够迅速撤离[1]。此外，地铁车站地下空间还需要兼顾功能性和美观性，应与周围环境相协调，体现城市形象和风格，车站的功能性也至关重要，应合理布局售票处、候车区、洗手间、商店等，以满足乘客的各种需求。在设计过程中，需要通过优化能源利用、减少废物产生和提高材料的可持续性，地铁车站地下空间设计可以降低对环境的影响，并提高整体的可持续水平。

2.2 传统地下空间设计存在的问题和局限性

传统地下空间设计缺乏全面的数据和信息支持，传统设计中通常依赖手工绘制的平面图和剖面图，无法准确捕捉到地下空间的复杂性和细节，导致设计结果存在误差和不完善之处。地下空间设计涉及多个专业领域，包括交通、结构、给排水、电力等，传统设计往往是各个专业独立进行，缺乏有效的沟通和协调机制，导致各个专业之间存在冲突和不一致性，影响整体效果。此外，传统地下空间设计缺乏实时的交互性和可视化展示，无法实时反映出地下空间的变化和效果，设计者和决策者很难准确评估设计方案的可行性和效果，导致决策的盲目性和风险，且对于复杂的地下地质条件和地下设施的考虑较为有限。地下空间的设计必须充分考虑地质特征、地下水位、地下管线等因素，以避免工程风险和冲突。地下空间的设计不仅仅是一次性的决策，还需要随着时间的推移进行管理和更新，传统设计由于缺乏有效的管理平台和工具，使得方案的实施和后续管理困难重重。

3 BIM技术在地下空间设计中的应用

3.1 3D建模和可视化

传统的地下空间设计依赖于平面图和剖面图，无法全面呈现地铁车站的复杂性和细节。采用BIM技术，可以建立一个三维的虚拟模型，包含地铁车站的各个组成部分，如站厅、站台、通道、设施等，以及与之相关的地下管线、地质情况等信息。完成对地铁车站地下空间的模型建立后，可以通过数据采集、测量和扫描等手段，获取真实场地的准确数据，如地形地貌、建筑结构、地下管线等，并在BIM 软件中进行处理和整合，形成一个高精度的三维模型，快速调整和优化各个空间元素的布局和尺寸，以满足设计要求。在地铁车站地下空间的可视化展示和分析方面，BIM技术提供了强大的功能和工具，对地铁车站模型进行多角度、多层次的展示，包括平面图、立面图、剖面图和三维视图等，以呈现地下空间的空间布局和组织结构，BIM技术还支持虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等技术的应用，通过头戴式显示器或移动设备，使设计者和决策者能够身临其境地体验地铁车站的地下空间，更好地理解设计意图和空间关系。通过地铁车站地下空间的可视化展示，设计者和决策者可以直观地评估和比较不同方案的优劣，发现潜在的问题和冲突，并及时做出调整和改进，并应用该技术对地下空间的各项指标进行分析和评估，如人流分布、通风效果、疏散能力等，以提供科学依据和数据支持，为设计决策提供参考[2]。

例如，在北京地铁1 号线玉泉路站项目施工过程中，通过BIM技术建立了精确的地铁车站模型，并进行了多层次的可视化展示和分析。施工团队通过数据采集和测量等手段获取了地铁车站工地的准确数据，为后续的地铁车站模型建立提供了基础。基于这些数据建立了地铁车站的三维模型，包括站厅、站台、通道、设施以及与之相关的地下管线等要素，并结合实际工程要求，对各个构件进行了准确的尺寸和布置设计，确保模型的精确性和可靠性。模型可以模拟不同施工阶段的状态，如基坑开挖、结构施工、设备安装等，帮助施工团队直观了解每个施工阶段的空间布置和进展情况，为施工计划和资源安排提供依据。施工团队还利用BIM模型进行施工进度和资源的管理，对不同施工任务进行时间计划和资源分配，实现施工进度的控制和优化，BIM模型与施工进度的集成可以实现实时的进度监控和调整，有助于及时发现和解决施工延误或冲突。

3.2 碰撞检测和冲突解决

BIM技术可以实现对地铁车站地下空间的碰撞检测，早期发现和解决潜在的冲突问题，从而提高设计质量和工程效率。施工团队可在BIM模型中输入各个专业的设计数据，如结构、管线、设备等，BIM软件可以进行三维空间的碰撞检测，自动检测不同元素之间的冲突。例如管线与结构的交叉、设备与通道的重叠等，通过可视化展示和分析，设计者和设计团队可以直观地发现冲突问题，避免后期施工阶段的重大纠正和调整。一旦发现碰撞和冲突问题，BIM 技术提供了多种方法和工具来解决这些问题，空间调整和优化能够重新布局或调整元素的尺寸、位置和方向，以消除冲突。

各个专业团队还可以通过BIM软件进行协同设计，实时共享设计数据和进度，及时解决冲突问题。此外，还可以使用BIM 软件提供的冲突检测和冲突解决工具，如碰撞矩阵、冲突报告等，帮助设计者和设计团队更好地管理和解决冲突。通过BIM技术进行碰撞检测和冲突解决可以显著减少设计阶段的错误和冲突，降低施工风险和成本。该技术还为地铁车站的地下空间施工提供了更高的质量和工程效率，减少了后期的变更和调整，提升地铁车站地下空间的整体可行性和可操作性。

3.3 数据管理和协调

在地铁车站地下空间设计中，通过建立地铁车站地下空间的BIM数据库，利用BIM技术实现不同专业之间的数据协调和共享，可以实现信息的一致性、准确性和及时性，提高设计效率和质量。

在建立地铁车站地下空间的BIM数据库的过程中，需要收集、整合和管理各个专业的数据，存储和管理地铁车站地下空间的所有相关信息，并提供一个中心化的平台供各个专业团队进行数据输入、共享和查询，不同专业之间可以共享同一数据源，避免了数据的重复录入和信息的不一致性。

BIM技术还可以将不同专业之间的数据协调和共享，不同专业的设计团队可以将各自的设计数据输入BIM 模型中，该技术为设计团队提供了协作功能，包括实时共享数据、版本控制、冲突检测等，可以及时了解其他专业的设计变更和进展情况，及时进行协调和调整，避免冲突和交叉问题的发生。例如，在香港地铁西港城站设计施工过程中，该项目团队利用BIM技术建立了一个综合的BIM数据库，集成了来自不同专业的设计数据，包括结构、供电、通风、给排水等各个方面的信息[3]。在该BIM 数据库中，结构团队可以将结构设计数据输入BIM 模型中，供电团队根据这些数据进行电力系统设计，并实时更新到BIM模型中，也就是说，各个专业团队可以及时了解其他专业的设计变更和进展情况，实现协同工作和沟通。通过数据管理和协调的应用，可以实现地铁车站地下空间设计中的多专业协同工作，提高设计的准确性和一致性，设计者和决策者可以更加全面地了解整个地铁车站地下空间的情况，做出更明智的决策，并降低后期施工阶段的风险和成本。

3.4 可持续性和维护管理

可持续性和维护管理是地铁车站地下空间设计中的重要考虑因素，而BIM 技术提供了有效的工具和方法来支持可持续性设计和维护管理，BIM 技术在地下空间设计中的可持续性考虑方面发挥了重要作用，可以进行能源模拟和分析，评估地铁车站的能耗情况，优化能源利用和节能措施。例如，在设计阶段模拟不同的能源系统和设备配置，评估其对能源消耗的影响并选择最优方案，BIM 技术还支持可持续材料选择和生命周期评估，帮助设计者选择环保和可再生材料，并评估建筑设施的整体环境影响[4]。通过这些可持续性考虑，地铁车站的地下空间设计可以实现资源的有效利用、能源的节约和环境的保护。

在伦敦地铁系统中，BIM 技术被广泛应用于地铁车站的维护管理，整合各种设备和设施的信息，包括维修记录、维护手册、设备参数等，维护团队可以实时查看和更新维护信息，进行设备的监控和维护计划的制定。例如，维护人员可以在BIM 模型中标记设备的维修历史和维护计划，定期进行设备检查，并及时记录和更新维护信息，提高维护的效率和准确性，降低设备故障率，延长设备的使用寿命，减少维修成本和能源消耗。

除了维护管理，BIM 技术还可以支持地铁车站的设施管理和运营管理，基于该技术建立的模型可以实时查看和更新地铁车站的设施信息，包括设备位置、维修历史、设备保养计划等，对于设施的合理布局和运营管理至关重要[5]。在运营管理方面，BIM技术可以实现对地铁车站的运营数据的实时监测和分析，为运营决策提供数据支持和参考。

4 结语

BIM技术在地铁车站地下空间设计中的应用研究涵盖了多方面，通过BIM技术的应用，可以实现精确的地铁车站模型的创建和可视化展示，提升设计的准确性和可行性。同时，BIM 技术还能进行碰撞检测和冲突解决，避免施工中的问题和延误。在数据管理和协调方面，BIM 技术能够实现不同专业之间的数据共享和协同工作，提高设计和施工的效率。