基于BIM的地铁车站建筑一体化协同设计研究

王鹏

中铁第六勘察设计院集团有限公司 山东 青岛 266033

引言

地铁车站建筑工程项目复杂，涉及结构、电气、机电、给排水等多个专业。以往采用二维CAD等设计方式，各专业之间信息联通困难，设计修改频繁，阻碍了工程建设进度。BIM技术的出现带来了转机，它支持三维信息模型构建，实现了建筑工程信息的整合。通过BIM平台，包括建筑师、结构工程师、机电工程师、施工方等参与方可以共享一个信息整合模型，各专业之间信息共享互通，也便于统一修改，大大提高了协同设计效率。

1 地铁车站建筑的特点

1.1 复杂性

地铁车站建筑是一个复杂的系统工程，需要在多个方面考虑，如乘客流量、列车运行、安全管理、环境保护等。设计人员需要充分了解地铁运营规律和安全要求，针对性地进行设计[1]。同时，地铁车站建筑通常处于地下，需要考虑地质条件、地下水位等因素，这增加了设计的难度。通过BIM技术，设计人员可以对车站建筑进行三维建模和模拟分析，提前发现设计问题和施工风险，优化设计方案，确保车站建筑的安全性、可靠性和舒适度。

1.2 多学科交叉

地铁车站建筑设计需要多个学科的知识和技能相互融合，如建筑设计、结构设计、通风设计、电气设计、安保设计等。这些专业之间的交叉影响着车站的整体性能和运营效率。设计人员需要具备跨学科的知识背景和技能，能够在整体设计方案中考虑到不同学科的需求和限制。此外，各专业之间的协同配合和信息交流也非常重要，需要通过BIM技术实现各专业之间的信息共享和协同设计，确保设计方案的综合性和可行性。

1.3 施工难度大

地铁车站建筑的施工难度大，需要考虑到地下施工、防水、消防、通风等复杂问题，这些因素直接影响到地铁车站的运营安全和效率[2]。施工难度大会导致施工周期长，增加工程成本。在施工过程中，由于需要进行地下施工，施工现场的空气质量较差，工人的健康和安全也面临一定的风险。如果施工不当，可能会对周边环境造成一定的污染和影响。此外，由于施工难度大，需要精密地计划和协调，一旦施工出现问题，会对整个工程造成很大的影响，甚至可能会导致工程延期或停工，给工程方和业主带来不必要的损失。

1.4 运营要求高

在地铁车站建筑的设计过程中，建筑、结构、设备、通风、管线等多个专业之间需要进行协同配合，以保证车站的正常运营和乘客的安全[3]。例如，在某地铁车站的设计中，由于建筑和管线的布局问题，设计师需要将水泵房设置在地下二层，而在传统的设计模式中，由于不同专业之间信息交流不畅，建筑师可能并未考虑到水泵房的具体需求，导致最终建成的水泵房无法满足设计要求，从而影响车站的正常运营。

2 基于BIM的协同设计思路

2.1 项目信息共享

项目信息共享可以实现设计人员、工程师、业主、施工人员等多方参与，共同完成项目设计和建设。在BIM平台上创建项目后，可以将项目的基本信息、设计要求、设计标准等信息进行共享，让各个专业的设计人员了解项目的整体要求，进行协同设计。通过项目信息共享，可以有效避免信息交流不畅、设计冲突等问题，提高设计效率和质量。

2.2 各专业设计数据整合

各专业设计数据整合能够将不同专业的设计数据整合到一个统一的数字模型中，实现各专业之间的协同设计[4]。通过BIM技术，设计人员可以共享各自的设计数据，并在数字模型中进行数据整合、优化和管理，从而减少设计冲突和误解，提高设计质量和效率。此外，通过BIM技术，设计人员可以进行虚拟模拟、优化和测试，提前发现并解决潜在问题，降低设计变更和返工的风险，提高项目的可控性和可靠性。

2.3 空间协调

空间协调是可以在BIM平台上对各个专业的设计进行空间协调，避免出现设计冲突和错误，确保设计的完整性和一致性。通过BIM技术，设计人员可以对不同专业的设计数据进行三维空间的协调和优化，从而有效避免设计冲突和误解[5]。此外，BIM技术还可以对设计方案进行多维度、多角度地分析和优化，提高设计效率和质量。通过空间协调，可以最大限度地减少设计变更和返工的风险，降低项目成本和时间。

2.4 模拟分析

模拟分析可以通过BIM平台对建筑、结构、设备等方面进行模拟分析，优化设计方案，提高设计质量和效率。通过模拟分析，设计人员可以对建筑的结构、空气动力学、热力学等方面进行深入分析和优化，预测建筑的性能和效果。此外，BIM技术还可以对建筑的施工过程进行虚拟模拟和分析，提高施工效率和安全性。通过模拟分析，可以发现并解决潜在问题，避免设计变更和返工。

3 BIM技术在协同设计中的应用

3.1 建筑方面

地铁车站建筑的设计需要考虑到许多因素，包括车站的功能、安全、舒适度等方面。通过BIM技术，设计人员可以对地铁车站进行三维建模和空间分析，确定车站的尺寸、形态和空间分布[6]。通过BIM技术可以对车站的结构进行虚拟模拟和分析，优化设计方案，提高建筑的稳定性和安全性。此外，BIM技术还可以对车站的能耗、采光、通风等方面进行模拟分析，优化设计方案，提高建筑的节能性和舒适度。在地铁车站的建筑设计中，需要考虑到车站的人流量、逃生通道、设备布局等因素。通过BIM技术，设计人员可以对车站的人流进行模拟分析，确定车站的通道和出入口位置，以确保车站的通行效率和安全性。通过BIM技术还可以对车站的逃生通道进行虚拟模拟和分析，确保车站的安全性。

3.2 结构方面

在地铁车站建筑的结构设计中，BIM技术的应用可以有效提高结构的设计精度和效率，同时减少设计的错误和漏洞，确保结构的安全性和可靠性。BIM技术可以通过对地下水位、地质条件、荷载等因素进行三维建模和空间分析，确定结构的形态、尺寸和分布。在这个过程中，BIM技术可以帮助设计人员更好地理解建筑的结构性能，同时预测可能出现的问题，并通过模拟分析来解决这些问题。在结构的设计和分析过程中，BIM技术可以提供各种工具和模拟功能，包括有限元分析、结构优化、风荷载分析等，帮助设计人员快速、准确地完成结构设计和分析。另外，BIM技术还可以在结构的施工和监理过程中发挥作用。在施工过程中，BIM技术可以帮助工人准确、高效地完成结构的施工，避免出现施工错误和浪费，提高施工质量和效率。在监理过程中，BIM技术可以帮助监理人员对结构的施工情况进行监测和分析，及时发现并解决可能存在的问题，确保结构的安全性和可靠性。

3.3 设备方面

在地铁车站建筑的设计中，设备的设计对车站的正常运行和旅客的舒适度至关重要。通风系统需要满足车站内的通风换气要求，保证空气流通和旅客的舒适度。照明系统需要满足车站内的照明需求，保证车站内的照明充足、柔和，避免光线刺眼。安保系统需要满足车站内的安全需求，包括监控系统、消防系统等，确保车站内的安全和旅客的安全。通过BIM技术，可以对这些设备进行三维建模和空间分析，确定设备的位置、数量和布局。同时，BIM技术可以对设备的运行效率、能耗等方面进行模拟分析，优化设计方案，提高设备的效率和可靠性。例如，通过对通风系统的模拟分析，可以优化通风系统的设计，提高通风效率，降低通风能耗。通过对照明系统的模拟分析，可以优化照明系统的设计，提高照明效果，降低照明能耗。通过对安保系统的模拟分析，可以优化安保系统的设计，提高安保效率。

4 BIM在地铁车站建筑一体化协同设计中的优势

4.1 提高设计效率

在传统的建筑设计过程中，各专业之间的信息交流和协调存在着很多困难和问题，容易导致信息不畅、设计冲突、工期延误等问题。而BIM技术的应用可以解决这些问题，实现各专业之间的协同设计，提高设计效率。通过BIM平台上的信息共享和整合，各专业的设计人员可以共同参与到项目中来，实现协同设计。同时，BIM技术可以对各专业的设计进行空间协调和模拟分析，避免出现设计冲突和错误，优化设计方案，提高设计质量和效率。此外，BIM技术可以对文档进行管理，方便设计人员对设计文件进行共享和管理，确保设计文件的安全性和完整性。

4.2 提高设计质量

BIM技术可以在建筑设计中实现多种模拟分析，例如热力学分析、采光分析、空气流动分析等，以优化建筑设计方案。例如，设计团队可以通过BIM软件对建筑进行热力学分析，确定建筑的能耗状况并提出节能方案。又如，在通风系统设计中，BIM技术可以通过流体分析、压力分析等方法优化通风系统的设计，确保系统的运行效率和可靠性。此外，在结构设计中，BIM技术也可以进行模拟分析，以确定最佳结构方案和优化荷载分配，从而提高结构的安全性和可靠性。通过这些模拟分析，设计团队可以及时发现并解决设计问题，提高设计质量和效率。

4.3 减少施工风险

在建筑施工中BIM技术可以有效地减少施工风险，提高建筑施工的效率和安全性。通过BIM技术的三维建模和空间分析功能，施工团队可以更好地了解建筑的结构、布局和设备，避免设计误差和施工风险。同时，BIM技术可以实现施工进度的可视化，及时发现和解决施工问题，降低工期延误和成本超支的风险。举例来说，地铁车站建筑的施工需要考虑到地下水位、地质条件、荷载等因素。通过BIM技术的模拟分析功能，可以对地铁车站建筑的结构、地基、排水系统等方面进行模拟分析，发现并解决施工中可能存在的问题，如地基沉降、建筑变形等。同时，BIM技术可以对施工进度进行可视化，及时发现和解决施工问题，提高施工效率和质量，降低施工风险和成本。

4.4 提高项目管理水平

BIM技术可以将项目信息、设计数据、施工计划等各个方面进行集成和管理，从而提高项目管理水平。在项目实施过程中，BIM技术可以通过对项目进度、成本、资源等方面进行实时监控和分析，为项目管理人员提供科学、准确的决策支持。此外，BIM技术还可以提高项目的可视化和协同性，让各方在同一个平台上共享数据和信息，避免信息孤岛，提高项目执行效率。具体来说，BIM技术可以通过对项目信息进行数字化和可视化，实现全方位的信息共享和协同，让设计人员、施工人员和业主等各方在同一个平台上协同工作，实现高效地沟通和协作。同时，BIM技术还可以对项目的进度、成本等方面进行模拟分析，实时监控项目执行情况，及时发现问题并进行调整，从而保证项目按时按质完成。最终，BIM技术可以提高项目的管理水平，降低项目风险，提高项目的成功率。

5 结束语

随着城市化进程的加快，地铁车站建筑的建设已经成为一个重要的任务。地铁车站建筑的复杂性和多学科交叉特点给设计和施工带来了挑战。采用基于BIM的协同设计思路可以实现多学科之间的协同配合，提高设计效率和质量，降低施工成本和风险。因此，在地铁车站建筑的一体化协同设计中应用BIM技术是一个值得探讨和应用的方向。